虚拟现实中无人机倾斜摄影建模技术的应用

董昊锦

摘要：在现代计算机技术快速发展的过程中，利用虚拟现实技术进行智慧城市的建设，是未来我国现代化建设发展的重要方向。本文分析研究了虚拟现实中无人机倾斜摄影建模技术的应用，得出在其平台三维场景构建中具有较高的应用价值。

关键词：虚拟现实;无人机;倾斜摄影建模技术

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0116-01

1虚拟现实中应用无人机倾斜摄影建模技术的应用系统设计流程

在应用系统设计流程中，主要包括三大步骤：（1）利用无人机航拍采集到的信息数据进行模型处理。首先，利用无人机航拍采集到的倾斜影像，进行多视影像预处理，并且检查无人机航拍过程中相邻航带侧视影像飞行方向的一致性，从而明确图像放置位置以及摄像机参数设置，准备工作完成后，开始进行空中三角测量。其次，对部分野外控制点进行加密，从而获取精确外方位元素，以多视影像密集匹配的方法确定各个连接点，从而建立起三维TIN网络。当数据区块较大需要进行分块处理时，则可以采取自适应切块方法进行三维重建。最后，筛选纹理信息，完成自动纹理映射。（2）完成模型处理后，将其输出并转换成OBJ格式的三维场景模型，然后将其导入到3DS Max中，实施模型优化工作。通过将模型转化成可编辑状态，就可以将模型中的悬浮物进行删除，同时对模型大小进行相应的剪裁及其纹理进行合理修改，对于有水面的模型，如果存在变形可以针对变形进行修改。操作完成后，在UVW界面对映射错误的纹理进行修改。（3）模型优化步骤完成后，则进入系统实现步骤。将OBJ格式模型导出到Unity 3D引擎中搭建三维场景，同时通过c#语言写动态交互功能脚本，最终生成虚拟漫游系统。

2虚拟现实中应用无人机倾斜摄影建模关键技術

2.1倾斜影像联合空中三角测量

无人机倾斜摄影所得影像数据包括垂直影像与倾斜影像，传统的测算法已经不再适用于多元化的影像数据测算。使用倾斜摄影联合空中三角测量，是通过拍摄影像中所记录的影像参数，将拍摄瞬间的POS观测值当做是原始影像，粗略测算外方位元素，然后与传感器成像模型相结合，得到各个像元的坐标，利用相对定向的方法，进一步实施精确的元素匹配，得到像控点数据，获得测量结果。

2.2多视影像密集匹配

从根本上来说，进行多视影像密集匹配就是确定各个影像问的同名像点。在匹配过程中，为尽可能避免遮挡情况影像匹配结果，则需要重视冗余信息的有效过滤。在影像匹配中，可以通过灰度匹配算法、关系匹配算法以及特征匹配算法等寻找同名像点。

2.3构建TIN网络

在确定同名像点并获得其坐标后，则可以生成高密度云，构建出不同层次的TIN网络。同时，还可以进一步减少冗余数据信息，简化平坦区域三角网，从而获得场景三维信息。

2.4自动纹理映射技术

无人机倾斜摄影技术能够将实地情况真实的显现出来，能够达到建模精度的要求。自动纹理映射技术能够将影像拍摄的瞬时姿态进行还原，并通过将模型面与倾斜影像之间存在的索引关系联系在一起，将TIN网络模型作为基础，并联合数字三维技术、空间几何技术等多项技术，将所有影像数据都进行一次空间筛选，从而获得最具有模型适应性的影像集合，并将其读入到模型中，自动实现纹理映射。

2.5场景漫游

在虚拟场景中，通过一定的装备对场景实现全方位、多层次、多角度的浏览操作，就是场景漫游。场景漫游技术是在虚拟现实中实现人机交互的基础。在场景漫游设计中，通过对无人机倾斜摄影的速度、姿态的控制，可以实现对不同虚拟场景的浏览，包括在建筑中穿梭，从高处俯视，同时还可以登陆漫游，通过界面中的实时地图导航，用户可以进入到不同的虚拟场景中进行漫游，从而获得不同的观赏感受。

3模型构建

在模型构建过程中，需要确定建模系统。在实际应用中，可以采用Bentley公司Smart3D Capture全自动三维建模系统，其具有全自动、速度陕、稳定性强等优势，并且其对于数据源的兼容性较高，能够对多种数据输出格式进行优化，可以实现基于真实影像的超高密度点云数据。具体来说，Smart3D Capture在对数据进行处理过程中，在导人数据后，通过空中三角测量，匹配生成密集点云数据，并基于点云构建TIN网络，然后自动构建场景的三维模型，自动进行纹理切片映射，最终生成三维模型。在模型构建全过程中，都不需要人工进行干预，极大的节约了人力。同时需要注意的是，利用Smart3D Capture建模系统虽然能够陕速完成模型构建，在其仍旧存在需要改进的地方。例如在遮挡较为严重的场景中，或在水面、树林等区域，以及建筑物不规则等情况下，构建出的模型可能会存在变形或者缺失的情况。因此，在建模系统工作完成后，需要后期人工对模型进行检查优化，以使模型构建达到最优。

4系统实现

在漫游系统实现中，可以利用Unity 3D引擎实现对场景虚拟漫游系统的实现。Unity 3D引擎是Unity Technologies公司开发的一种多平台集成游戏开发工具，其具有模型兼容性优良、系统运行稳定性较高以及交互设计多样性等优势。具体来说，将模型导入到unity3D中后，系统即对其进行场景渲染、组织跳读、碰撞检测、交互控制等工作，最终完成系统实现。具体来说，在场景模型导人中，将OBJ格式的文件导人到unity3D中，通过创建灯光、调节光线、调整亮度等，实现不同天气条件下的现实场景，突出体现空间的层次感，同时在地面、建筑等场景中添加碰撞组件，进行碰撞检测。在虚拟现实平台构建中，最基本的是具有漫游功能，因此在系统中进行角色漫游的设计与实现非常重要。在漫游系统中，可以利用GuI界面对用户进行引导，使其既可以浏览其他界面，同时也能够自行选择不同的场景进行漫游。在GUI主界面中，可以根据不同的场景设置多样化的菜单选项，包括场景选项、导航选项、帮助选项等，用户可以点击选项进入不同界面。

Capture）结合在一起，极大地提高了构建城市三维模型的可行性，并且能够快速构建起城市三维场景，同时通过3Ds Max建模软件，实现了场景的进一步优化，最后将构建模型导入unity3D引擎中，能够实现虚拟漫游系统生成，完成三维交互式场景布局展示。总之，将无人机倾斜摄影建模技术应用于虚拟现实平台构建中，对于未来实现虚拟城市项目建设具有重要的促进作用，对于未来智慧城市的建设与发展具有重要的现实意义。