倾斜摄影的单体化建模研究

朱晓峰 谢枫 韩承永

(1.国网安徽省电力有限公司经济技术研究院,安徽合肥 230000;2.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司,安徽合肥 230000)

1 倾斜摄影建模工艺研究

倾斜摄影建模在倾角条件下,首先对共线方程进行了结算,通过对同名点的寻找,能够从整体上实现对连续相对相对定向模型的形成;然后通过对外业的利用,能够实现对点的绝对定向的控制,使实景模型在地理坐标中能够得以建立;最终能够实现在坐标中对影像姿态和实际模型的匹配,使纹理能够得到自动的映射。目前倾斜摄影主要有以下两种建模方式:(1)最为典型的街景工厂、Bently公司ContextCapture建模所应用的全自动技术,其中街景工厂的测绘更符合专业标准,然而却有着较高的使用要求以及价格,并且ContextCapture对消费级别更为合适,使用更加灵活便捷、价格相对更低,此外,倾斜摄影自动化建模软件还涉及到了括Photoscan以及无限界等;(2)华政空间、东方道迩公司所采用的LiDAR倾斜自动化三维建模软件,对专有软件的使用,能够处理来自机载传感器的倾斜影像以及点云数据,采用点云数据能够实现对形状信息的构建,并且倾斜影响能够实现对纹理图像的提供,使三维模型的自动构建能够更加快速,其优点是由于点云有着较大的密度,因此能够使实景模型的表达更具真实性以及高精度,然而在大部分情况下机载激光以及倾斜影响的飞行是独立的,需要采用人工的方式配准这两种数据,因此有着较高的人工成本,并且需要在相同的地块进行两次飞行[1]。

2 倾斜摄影模型单体化思路

2.1 矢量切割单体化

DP-Modeler是类人工建模中最具代表性的,其通过对倾斜摄影模型的使用,结合人工干预的方式对独立的三维模型进行了重新的构建,这一方式与人工建模较为类似,自然能够获取到单体化的结果,同时,还能够实现对模型效果的修饰[2]。

倾斜摄影模型切割通过对输电线路对应矢量面的采用,实现了对倾斜摄影模型的分割,也就是从物理上通过对三角面片网的连续分割,进而使单体化得到了实现。

二维矢量面渲染,指的就是以图层的形式在三维场景中对二维矢量面的添加,通过二维矢量面能够判断其范围中有哪些tin网,然后在tin网上用半透明的颜色进行覆盖。渲染时所采用的二维矢量面就相当是半透明的皮肤衣,以自上到下的形式,通过对模型表面的贴合,在内部实现了对完整模型的套合[3]。

类人工建模法与人工建模几乎有着相同的实现方式,单体化在生产数据模型的过程中就能够完成,所以,此类单体化方法有着最好的效果,并且也最适用于对管理和应用数据。然而类人工建模法对人力成本有着较大的需求,因此,其并不是最优的实现方式。

该算法有着如下缺点:(1)算法对模型面的切割是针对已生成的,并不能够对三角网进行重建,因此模型底部势必会出现较为明显的锯齿;(2)由于3DGIS无法像二维GIS那样对模型空间进行成熟、灵活的查询和分析,因此,其有着有限的分析功能;(3)由于倾斜摄影模型对多层LOD的自带,因此只能够对最精细的层进行切割,会导致数据原有的LOD受到破坏,进而无法实现对模型的直接加载,只能够进行导入;(4)通常只能够实现对三角网的切割,而无法实现对整块模型所对应纹理的切割,因此会导致多份纹理的出现,而大量重复的纹理会导致三维渲染性能受到直接的影响,当存在较大的数据量时会对三维浏览性能造成影响[4]。

2.2 矢量叠加单体化

市场上目前所应用的大部分倾斜摄影三维模型都对叠加配套矢量面进行了采用,通过对与摄影对象配套的二维矢量面的利用,将单体的实用性向用户进行了表达,并使其在操作中获得了体验,使对象化的表达和操作得到了实现,为倾斜摄影模型与二维矢量面提供了一体化的二三维通道,也就是对单体化的叠加。此类方法主要是通过对超图SuperMap等GIS典型性的GIS软件的应用,在进行三维渲染时,在倾斜摄影模型中将对应矢量面进行了动态的叠加,该矢量面在垂直地表的方向对包围盒的生成,并不会超过特定的阈值范围,并且能够实现对范围内的三角网的判断,通过半透明颜色与三角网的贴合,能够使模型从视觉上的完整套合得以实现,并且能够实现对单个操作的管理。此类方法有着便捷的操作,无需过多的人工干预,也不会对Mesh面造成破坏进而对模型的渲染速度造成影响,也不会对数据原始的LOD造成破坏,并且能够使原始数据的LOD保持完整。通过对已有DLG数据的使用能够实现对矢量面的配准,通过对正射影像的使用能够实现对矢量面的半自动勾画,通过对倾斜模型成果的使用能够实现对DLG的自动生成等。采用二维矢量对属性数据的挂接能够使GIS得到更加贴合功能的应用,并且二维对查询功能的分析更加成熟,更能够与GIS的应用需求相符合。

然而此类方法对单体的分离并不是真正意义上的,其表面虽然能够达到单体的效果,然而从事实上来说仅仅只是对对象轮廓的矢量面进行了调用,从真正意义的角度上来说,单体化的目标并不是单体,而是为了实现分离。然而作为智慧城市的基础空间数据,所需的城市三维模型需要具备所有的要素,也就是对所有地表东西的分离,能够再次对单体进行分离,为后续的用户提供更加便捷的使用。例如:关注输电线路的用户只需通过对自身所关心的输电线路的数据进行提取,而不必对周围环境不必关心的数据进行提取。

2.3 模型重建单体化

相关模型对单体化的重建中最为典型的就是天际航DP-Modeler、SVS智觉空间、中海达OSketch等软件,其基础数据源就是连续的倾斜摄影数据,并采用了人工干预的形式。其在相关软件中对建模成果进行了导入,以此来实现对其的精华编辑,能够通过对原有模型场景的重建进行分离,视模型能够实现单体化的效果。通过与地面照片的结合,对低空数据的集成,能够使航空影像所缺失的输电线路信息得到有效的弥补,在实现单体化的基础上能够对整个场景进行修饰。这一过程与人工建模有着极为相似之处,然而相比传统的建模方式来说,使用影响对建模的多角度观测,能够使模型与影响的套合得以完整,使模具的三维坐标信息更加精确。通过模型贴图对影像的自动采集,能够意见实现对模型贴图的映射。该方法相比矢量叠加单体化来说,对人力有着更大的需求,侧重于对产品的提供,而并不是应用GIS。

图1 采用DP-Modeler2.0 对模型进行重建和修饰

3 模型单体化实验结果与分析

(1)基于BentlyDescartesV8i软件,利用Mesh面切割后的效果。通过对Mesh面切割效果的利用。Descartes主要针对的文件格式为obj型,通过对所需裁剪模型区域的选择,会对Mesh面的模型分割造成直接的破坏。

(2)利用超图SuperMap9D叠加矢量面后的效果。采用相关软件对DSM的生成,在所有等值线提取完成后,可以实现对基本输电线路轮廓的生成。通过对轮廓线初始数据的删除、合并等操作后,能够实现对建筑物顶部矢量面的获取。

(3)利用天际航DP-Modeler2.0对输电线路的重建。

采用DP-Modeler2.0对模型进行重建和修饰,模型重建的建模方式与以往的3dMax类似,通过倾斜摄影模型对点、线生成特征的捕捉,通过在坐标内对照片和模型的纹理匹配,能够采用人工的方式对最佳纹理吻合区域进行选择,使纹理能够得到自动映射。如图1、图2所示。

图2 采用DP-Modeler2.0 对模型进行重建和修饰

4 倾斜摄影模型单体化应用

只有通过对倾斜摄影模型的单体化才能够使GIS数据从真正意义上得以实现,才能够对图形的属性进行查询等操作,并且分析三维空间能够使通视分析、可视域分析等得以实现[5]。使输电线路能够获得具有可操作性的三维数据,并且能够使解决方案与服务具有系统性以及完整性。由于三维建模通过倾斜摄影的实现,在效率、今天高度以及真实感等方面有着一定的优势,因此,被大规模城市视为了重要的三维重建手段。由于生产需求、应用领域的不同,因此需要做好对单体化方式的合理选择,使GIS分析能够实现与精细化三维实景模型的无缝整合。

5 结语

根据相关特点通过对航空摄影的大规模利用,以及倾斜影响对纹理的批量提取及映射。能够实现对输电线路三维建模成本的有效降低,使输电线路的三维模型能够得到快速的建立,能够实现对模型细部的快速分析,并且更加便于对模型的纹理进行采集和处,使项目周期能够得以缩短,使工作效率能够得到提升,且能够通过对成果影像的直接利用,对各种属性进行量测,比如长度以及面积等,使倾斜摄影技术在更多的行业中得到了应用。