摘 要：針對傾斜攝影模型“一張皮”，無法對目標進行單獨操作和管理的問題，歸納總結了3種傾斜攝影單體化方法，并將分析結果進行對比，運用于實際生產中。

關鍵詞：傾斜攝影;矢量;單體模型

　　1 基于傾斜攝影測量的實景建模

　　傾斜攝影測量技術是國際測繪領域近年來倡導使用的一項高新技術。它打破了以往影像只能從正攝角度拍攝的局限性，通過在同一飛行器上搭載多臺傳感器來多角度采集影像數據，使用戶能全方位地觀察、制作建筑，更加真實地反映地物的實際情況。利用航空攝影大規模成圖的特點，以及從傾斜影像批量提取和映射紋理的方式，能有效降低城市三維建模成本，快速建立城市三維模型，節省模型細部分析時間，簡化模型紋理采集與處理方法，縮短項目周期，提高工作效率;并可直接利用成果影像進行高度、長度、面積、角度、坡度等屬性的量測，擴展了傾斜攝影技術在行業中的應用。

　　2 傾斜攝影建模工藝研究

　　傾斜攝影建模首先在傾角條件下解算共線方程，通過尋找同名點將連續像對相對定向，形成連續整體模型;再利用外業控制點絕對定向，建立地理坐標下的實景模型;最終通過影像姿態和實景模型坐標匹配，實現紋理的自動映射?，F行的傾斜攝影建模方式主要分為兩種：①以街景工廠、Bently公司Context Capture為代表的全自動化建模方式，其中街景工廠更符合專業測繪，但使用要求高、價格昂貴，Context Capture更適合消費級別，靈活易用、相對便宜，傾斜攝影自動化建模軟件還包括Photoscan、無限界、Pixel4D等;②以華正空間、東方道邇公司為代表的Li DAR傾斜自動化三維建模，通過專有軟件，對機載傳感器獲取的傾斜影像(多角度傾斜攝影相機獲取)和點云數據(激光傳感器Li DAR獲取)進行處理，通過點云數據構建形狀信息，傾斜影像提供紋理圖像，快速自動構建三維模型，其優點在于因點云密度大，能更真實、更高精度地表達實景模型，不足之處為大多數情況下機載激光和傾斜影像是獨立飛行的，需人工對兩種數據進行配準，人工成本較高，同一地塊需飛行兩次。

　　然而，無論基于何種方式建模，由于其生成技術機制，傾斜攝影自動化建模沒有單體化，整個區域依然是一張起伏不平的連續的“表皮”，數據中的地表對象無法單獨選中操作和管理，屬性查詢、空間查詢以及專題圖制作等GIS操作都無法實施，導致三維數據“好看”不“好用”，降低了模型數據的價值和實用性。

　　3 傾斜攝影模型單體化思路與解決辦法

　　傾斜攝影模型單體化主要包括矢量切割單體化、矢量疊加單體化和模型重建單體化3種方式。

　　1)矢量切割單體化是一種最直觀的思路，即用建筑物、道路、樹木等對應的矢量面，對傾斜攝影模型進行切割，從物理上把連續的三角面片網分割開，實現單體化。該方法可從物理意義上把連片的模型真正分割開來，再對分割后的模型進行管理和操作。然而，由于傾斜攝影數據量大，切割是一項很費時費力的工作，不符合傾斜攝影建模高效率低成本的初衷。該算法的缺點表現為：①算法的切割是對已生成模型Mesh面的切割，而不是對三角網的重建，勢必會在模型底邊出現明顯鋸齒(三角面片的邊界);②由于3DGIS對模型空間查詢和分析能力遠沒二維GIS對面操作的成熟和靈活，因此其分析功能有限;③傾斜攝影模型本身帶有多層LOD，切割僅針對最精細層進行，破壞了數據原生的LOD，也就無法直接加載模型，只能采用導入的方式;④切割一般只是把三角網分開了，而整塊模型所對應的紋理并不會被切割開，因此會出現多份紋理，而重復大量的紋理是最影響三維渲染性能的，當數據量較大時將導致三維瀏覽性能的急劇下降。

　　2)目前市場上大部分基于傾斜攝影三維模型的應用均采用疊加配套矢量面的方式，利用與攝影對象配套的二維矢量面為用戶提供類單體的實用表達與操作體驗，實現了對象化的表達與操作，打通了傾斜攝影模型與二維矢量面之間的二三維一體化通道，即矢量疊加單體化。該方法主要以超圖Super Map等GIS應用軟件為代表，在三維渲染過程中，動態地把對應矢量面疊加到傾斜攝影模型上，該矢量面在一定閾值范圍內垂直地表方向生成包圍盒，判斷哪些三角網在其范圍內(包括空中三角網)，用半透明顏色貼合三角網，從視覺上實現模型被完整套合、單個管理操作的效果。該方法操作簡單，人工干預少，不會因破壞Mesh面而影響模型渲染速度，且不破壞原始數據的LOD。矢量面可通過已有DLG數據配準、正射影像半自動勾畫矢量面、傾斜模型成果自動生成DLG等多種方式獲取。通過二維矢量掛接屬性數據，更貼合GIS功能應用，且二維分析查詢功能成熟，更符合GIS應用的需求。

　　然而，該方法并非真正意義上的單體分離，表面上看起來是單體效果，實則只是簡單地調用了對象輪廓的矢量面，真正意義的單體化不只是為了單體，也為了分離。而作為智慧城市的數據空間基礎，需要的是一個全要素的城市三維模型，即把地表的所有東西都分離出來，實現單體又分離的功能，為后續的用戶使用提供方便。例如：關注房屋的用戶可只提取自己關心的房屋數據，而不必提取不關心的周圍環境數據;關注路網的用戶可只提取關注的路網數據，這才是真正單體化的優勢。若不能做到分類實體的對象化管理，用戶不得不花更多的時間和更高的費用來處理不需要的數據。

　　3)模型重建單體化以天際航DP-Modeler、SVS智覺空間、中海達OSketch等軟件為代表，以連續傾斜攝影數據為基礎數據源，進行人工干預。將建模成果導入軟件進行精化編輯，通過模型重建在原有場景上達到分離效果，實現模型的單體化。結合地面照片，集成低空數據，能有效彌補航空影像對于底商、地面、城市部件等信息的缺失，在單體化的同時，完成整個場景的修飾。該過程更類似于人工建模，但與傳統建模方式相比，能通過對影像多角度地觀測建模，達到模型與影像的完整套合，使模型具有精確的三維坐標信息。模型貼圖自動從影像中采集，一鍵映射完成模型貼圖。該方法相較于矢量疊加單體化需要更多的人工干預，側重提供產品，而非GIS級別應用。

　　4 模型單體化實驗結果與分析

　　本文以武漢東湖高新技術開發區為實驗區，對該區域進行傾斜攝影，并利用Bentely Context Capture 4.3生成傾斜實景三維模型，選擇非農田(不具備單體化價值)、非高樓(高樓區傾斜攝影下部因遮擋嚴重，模型效果差)的普通民房區作為單體化實驗區域，原始模型如圖1所示。

　　本文對3種模型單體化方式進行對比：

　　1)圖2為基于Bently Descartes V8i軟件，利用Mesh面切割后的效果。Descartes主要針對obj格式文件，選擇需要裁剪模型區域，直接破壞Mesh面進行模型分割。

　　2)圖3為利用超圖Super Map 9D疊加矢量面后的效果。利用軟件生成DSM，提取所有等值線后，可生成建筑物基本輪廓。對初始輪廓線進行數據刪除、合并、線段點抽稀等操作，得到建筑物頂部矢量面，并為這些矢量面選擇合適的顯示方式(包括顏色、透明度、貼合模型方式等)，使矢量面向下延伸貼地，即可實現GIS意義上的單體化效果。

　　3)圖4為利用天際航DP-Modeler 2.0對房屋進行重建，并替換原有Mesh面的效果。DP-Modeler 2.0提供模型重建和修飾功能。模型重建與傳統3d Max三維建模方式類似，在傾斜攝影模型上捕捉點、線生成特征體，紋理通過照片坐標和模型坐標匹配，人工可進行干預選擇最佳紋理吻合區域，自動紋理映射。重建后的模型依然導出為osgb格式，替換原有osgb文件，以保證數據格式和特點的一致性。

　　對于用戶僅需存儲和拷貝其擁有的建筑模型，而不關心周邊情況，可采用矢量切割單體化方式，以滿足僅需單獨建筑模型的需求;對于傾向于對象的選中操作管理的用戶，僅將目標“對象化”和“可管理化”，則矢量疊加單體化方式代價更小，便捷高效;對于需要真正意義上的單體，更傾向于數據整飾優化的用戶，則模型重建單體化方式更為合適。

　　5 傾斜攝影模型單體化應用

　　傾斜攝影模型只有進行單體化后才能成為真正意義上的GIS數據，具備圖查屬性、屬性查圖、緩沖區查詢、制作專題圖等功能，并在三維空間分析方面實現通視分析，(動態)可視域分析，天際線、剖面線分析，三維體渲染等操作，為智慧城市、規劃、國土、測繪、軍事、災害應急、農林業、旅游、文物保護等行業提供可操作的三維數據來源，以及系統、完整的解決方案與服務。

　　基于傾斜攝影的三維建模因其高效率、高精度、高真實感、低生產成本的優勢，已成為大規模城市三維重建的重要手段。根據不同生產需求、應用領域選擇合適的單體化方式，將精細化三維實景模型與GIS分析無縫整合，在智慧城市建設中具有很強的應用價值。

 

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