倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的运用探讨

赵 飞 安徽省煤田地质局第三勘探队

1 倾斜摄影测量技术

倾斜航空摄影技术作为当前比较先进的测绘技术，相比于传统技术通常对物体、地形的拍摄只能按照垂直角度进行，而该技术能够弥补传统技术的不足。该技术将多台传感器设置在同一个飞行器中，并且各个传感器的设置都是以不同角度完成，这样能够更好地保证测绘作业能够以多角度、多层次进行。该技术拥有的特点与优势具体如下：首先，能够精准地反映出被测对象的真实情况；其次，能够实现有效测量单张影像，使其在整个行业中的应用得到了有效拓宽；再次，能够全面采集整个建筑物的侧面纹理；最后，利用该技术所获取的数据量有限，适用于在网络上进行发布。

2 城市三维建模

2.1 数据的获取与处理

首先与实际需求进行结合，合理的设计测区航线，完成设计后将该技术应用在飞行器上进行航拍，拍摄时间与获取的影像信息要视实际情况而定。完成外业飞行后，利用软件将数据格式进行相应的转化，完成数据转化后，主要包含曝光点、影像号等相关数据。然后以此为基础科学的融合解算POS数据，进而将高精度的sol文件获得，最后将该文件、Event数据进行充分的综合分析，并对这些分析后的数据进行相关检校，将相应的外方位元素进行有效输出，为后来建立三维模型提供强有力的数据依据。

2.2 构建三维模型

（1）对同名点进行自动匹配：当相关数据准备好以后，相关人员会通过使用项目管理模块提取出有用的数据，并系统的检查整个影像的质量，以此为基础进行平衡光，调匀颜色，然后对同名点进行自动匹配处理，进而将该区域网当中存在的各个镜头所收集到的影像加密点进行提取APM文件。这样就能够更好地提高初始定向精度，从而获取精确的立体图形。（2）空三处理：科学设置相机的参数与影像，并在相关的软件中将自动匹配点相关的APM文件进行输入，通过使用惯导与模块更好地实现解算与分析空三，计算完成后所得出的结果能够全面掌握每张航片所具备的外方位元素文件。（3）对建筑物进行三维建模：首先，要进行有效提取房屋屋顶线，对3DEidter模块进行科学的利用，从而实现了屋顶的矢量化处理目的。在进行使用建模软件的过程中，要利用软件自带功能自定义选择屋顶的类型，在进行绘制不同类型的屋顶时，房屋线的选择可以采取不同种类的形式，而且要根据实际情况对其进行科学的调整与优化；其次，要将DEM模型进行精确的加载，然后对实体建模进行相应的处理，充分使用CityModeller模块，发挥出其应有的功能，这样能够有机的与房屋屋顶、DEM模型数据进行结合，便于更准确地计算出实体高度后进行相应的拉伸。最后，利用TextureMapper模块生成纹理信息，该软件会将其中纹理信息精度较高的从中优选出来，然后在白模上实现自动纹理贴。在此过程中，在建筑物中可能存在一部分地面与树木纹理贴，需要依据实际情况，对其进行相应的调整，最终能够得到整个摄影区最真实的三维模型，并且生成的该三维模型精度已经达到较高的标准。

3 倾斜摄影立体量测功能实现

3.1 多片立体量测建模

为了能够得到建筑物实体结构的外方位元素可以采用空中测量的方式，同时还可以与相机检校进行充分结合，利用共线方程将相关的影像和地面建筑之间的几何关系进行确定，将地面建筑多片立体结构的测量工作完成。在3dsMax中完整的保存所得到的三维坐标数据，利用该软件自身具有的挤出功能将其转换成为MESH对象，从而实现几何体重构的目标。在实际运行过程中，可按照建筑的实际类型情况，综合分析所得到的三维点信息，这样能够有效地防止出现过多的交互操作，同时将建模效率和准确率有效提高。如当建筑模型为平顶型建立时，将建筑屋顶轮廓角点坐标进行相应的选出，在3dsMax中将建筑样条线轮廓构建的过程中，按照浇筑的高度挤出样条线相应的高度，如果设计了女儿墙，其默认的高度就需要达到0.1m，利用具有插入功能的函数进行间距操作，将内轮廓生成。

3.2 纹理的提取

3.2.1 纹理最优路径选择

建立的三维模型必须要能够将建筑的实际情况展现出来，这需要从影像中将建筑的相关纹理获取到，并在三维几何体表面映射出来才能够实现。在对纹理进行优选时，同一墙体纹理能够同时出现在多幅影像上，首先需要将墙面法线进行准确的判定，找出中心到摄影中线之间所形成的夹角，当角度小于90°，就能够看见该墙面影像。按照选优的原则：①相同的墙体纹理能够在超过两幅的影像出现，则需要优先选择最大面积的纹理；②当其出现在一幅影像中，采集对象就可以作为该影像；③如果其存在一定的遮挡情况，需要选择最小遮挡物影像作为最终采集的对象。

3.2.2 纹理裁切和映射

按照选择最优纹理原则将最佳纹理信息、点坐标情况进行确定，从而将最小裁切矩形得出，为了便于后期对其进行归一化处理，通常情况下会将裁剪区长和宽进行科学的设置，然后按照设置的数值范围展开相应的裁切。在软件中采用的是数组形式将纹理信息在MESHMaP类对象中进行相应的保存，在TVFace类对象中保存了各个以数组形式所表示的索引坐标，当纹理与面顶点的数值相等时，这就说明坐标定点达到了对应关系。假设纹理坐标用u、v进行表示，矩形左上角点坐标用x0、y0进行表示，对应像点坐标用xi、yi进行表示，由此建立起相应的坐标关系式为：

式中，width、height为裁切矩形像素高度。

由于纹理映射过程中存在一定的映射偏差，需要通过人工干预的方式来进一步调整纹理信息。根据所建立坐标和影像，通过人工进行纹理信息判读，从而确定最优影像，由人工挤出建模轮廓，进而使纹理实现相应的提取和映射。

3.3 实验与分析

为了对该技术的应用效果进行验证，本文选取了比较有代表性的城市街区展开相应的建模实验。该实验以SWDC5相机作为基础获得数据，该相机分别由1个下视和4个斜视相机构成，共对5条航带进行了测量。由于实验地区拥有较多的中层建筑，并且建筑结构主要以简单为主，因此选定了一块街区作为实验量测建模。由此可以看出，该建模能够有效展示出建筑顶部细节，通过组合相机数据形成较为完整的三维模型。如图1所示，该图为街区整体所达到的效果，建筑在该区域能够达到均匀分布，一共耗时4 h完成该建模，相比于传统方式来说极大地提升了拍摄效率。

图1 街区整体效果图

4 结束语

综上所述，该项技术在城市建模领域的应用将关乎整体建筑施工质量及应用的功能使用。本文利用了倾斜设计技术将建筑的三维模型建立起来，并引入插件实现相应的渲染功能，从而更好地实现了快速构建城市的三维场景。通过研究得到了以下几个结论：①利用共线方程能够准确地确定影像和建筑之间存在的几何关系，通过3dsMax软件自身的挤出功能，能够将数据转换为MESH对象，从而将几何体实现重构，完成测量多片立体任务。②按照优选纹理的法则，从影像中得到所需要的备选影像，根据映射和分配原理将坐标映射建立起来，并通过人工进行相应的调整。