三维城市建模技术流程

近年来，以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术，和知识社会环境下逐步孕育的开放的城市创新生态，驱动了智慧城市的形成与发展。

城市三维模型作为智慧城市的数字地图，为了方便后期管理与运维，在构建过程中，必须按照国家标准的技术规范，形成统一标准的城市三维模型。

2010年，为统一城市三维建模技术要求，国家住房和城乡建设部发布行业标准《城市三维建模技术规范》CJJ/T 157-2010，对城市三维模型的基本规定、建模单元划分与模型命名、数据采集与处理、三维模型制作等作出了相应的规定。



一、主要内容

城市三维模型是城市地形地貌、地上地下人工建(构)筑物等的三维表达，反映对象的空间位置、几何形态、纹理及属性等信息，主要包括地形模型、建筑模型、交通设施模型、管线模型、植被模型及其他模型等数据内容。



二、数据获取过程

传统三维建模方式采用人工实地拍照的方法，存在工作量大、时间成本高、纹理失真、模型精度低等缺点 。倾斜摄影利用多传感器，从多角度观测同一地物，地物纹理更加丰富，效果更加真实，是未来三维城市建模的主流方向 。

1.影像数据获取

倾斜摄影相机角度一般为45度，所以在画航线时，要超出所测的范围，这样才能把所测局域拍全。拍摄模式主要有环绕飞行和折线飞行两种。





为了保障建筑物纹理信息采集精度，一般来说，城市内因地物较多，旁向重叠度为70% ，航向重叠度为77% ，山区因地物简单，主要是对地形进行建模，航向重叠度为77% ，旁向重叠度为47% 。

数据采集注意事项

1）分辨率

垂直和倾斜影像的地面分辨率是倾斜摄影最为直观与重要的参数之一，也是直接决定后续三维建模质量的关键因素。倾斜影像自动空三时，为了保证量测点的精度，应尽量保证不同影像的分辨率一致。

2）相机焦距

相机选择是影像获取的关键因素之一，决定了所获取影像质量的好坏和摄影交会角的大小。如何搭配下视相机与倾斜相机的焦距，是影像获取的另一个关键因素。焦距较长的相机，视场角小，可以获取更多的影像纹理；焦距较短的相机，视场角大，影像变形也越厉害。

3）畸变参数

在航空测量中，畸变直接影响测量精度。畸变差使被摄物体与影像之间不能保持精确的相似性，造成影像几何变形。一般的办法是，固定相机镜头，减小相机畸变参数变化对加密成果的影响。或者是通过建立三维控制场，及时检测无人机航拍前后的相机畸变参数。

4）天气

天气因素会影响图像质量，主要是风、雾霾，雨雪，当风速过大时，应该考虑停止飞行。



5）像控点

像控点是摄影测量控制加密和测图的基础，野外像控点目标选择的好坏和指示点位的准确程度，直接影响成果的精度。想要达到预期的成相效果，像控点布设的好坏起着相当关键的作用。

无人机摄影完成后，需对摄影数据进行分析、整理，主要的成果包括倾斜影像和 POS 数据。

关于补拍

补拍是提升模型细节的重要工作，补拍时要注意周边安全，选择合适的位置和姿势。

补拍的目的是弥补死角细节，补拍重叠率控制在50%左右，补拍的照片色彩和亮度要尽量接近航线拍的照片。



2.建模原理

倾斜摄影测量三维建模以倾斜影像为数据源，集成倾斜影像与下视影像数据进行平差计算，构建三维环境，可弥补单一视角数据遮挡、纹理不丰富、多余观测不足等局限。



实景三维建模的关键技术有数据预处理、倾斜影像区域网联合平差、点云密集匹配、不规则三角网构建、纹理映射及三维建模等。其中，关键点是倾斜影像联合平差、纹理映射和实景三维模型自动构建。

倾斜摄影测量的优势

1）反映地物周边真实情况

相对于正射影像，倾斜摄影测量能够让用户从多个角度观察地物，更加逼真的反映地物的实际情况。通过实景建模软件批量提取及贴纹理的方式，能够大大提高三维建模的效率，降低城市三维建模成本。

2）可实现单张影像量测

倾斜摄影通过先进的定位技术，可直接基于成果影响进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

3）倾斜影像联合加密

利用实景三维建模技术，结合下视与倾斜拍摄影像进行联合平差，匹配密集点云，并完成纹理映射，建立逼真的三维场景。

3.技术流程

本次建模采用大规模三维实景建模软件ContextCapture Center。

ContextCapture Center三维实景建模软件可以快速为各种类型的基础设施项目生成最大尺寸、最具挑战性的现状三维模型，包括源自任何数码照片的与整个城市同样大小的规模，还支持最精密复杂的航空相机系统和 UAV 采集系统。



三维城市建模流程如下：

·影像、POS数据、地面控制点

·空中三角测量

·密集匹配高密度点云

·全自动三维重建

·自动纹理映射

·城市实景三维模型

4.数据预处理

对获取的航摄数据进行整理检查，检查内容包括影像质量和文件格式、影像重叠度、POS 记录信息与影像对应关系。

为保证影像色彩满足生产要求，原始影像需进行匀光与匀色。处理后的数据应保证整个测区整体色调的一致，且单张航片不偏色。



5.实景三维模型生成

倾斜影像空中三角测量是实景三维模型构建的关键步骤。因多视角影像平差需要考虑影像的几何变形及相互间的遮挡关系，传统的空三软件无法处理，倾斜摄影空三平差处理最重要是如何将垂直下视影像和倾斜影像进行混合平差。

ContextCapture Center 建模精度较高，模型构建采用分块构建计算，软件自动选择不同视角上的最优像对模型，并生成超高密度的点云。基于点云数据自动构建 TIN 模型，根据三维 TIN 的空间信息，获取最佳视角影像纹理，并自动赋予模型，输出 OSGB 格式三维模型成果。



如果您有三维城市建模需求，或者对ContextCapture Center感兴趣，欢迎联系我们：18122393143。