市政景观建模技术流程(倾斜摄影+实景建模)

城市景观（市政景观）是由城市中的街道、广场、建筑物、园林绿化等形成的外观及气氛。

城市景观要素包括自然景观要素和人工景观要素。其中自然景观要素主要是指自然风景，如大小山丘、古树名木、石头、河流、湖泊、海洋等。人工景观要素主要有文物古迹、园林绿化、艺术小品、商贸集市、建构筑物、广场等。这些景观要素为创造高质量的城市空间环境提供了大量的素材，但是要形成独具特色的城市景观，必须对各种景观要素进行系统组织，并且结合风水使其形成完整和谐的景观体系，有序的空间形态。



城市景观构成

构成城市景观的基本要素包括路、区、边缘、标志、中心点五项。道路、区、边缘、标志和中心点是城市图象的骨架，它们结合在一起构成了城市的景观，在城市规划时，应创造出新的、鲜明的景观，以激起人们对整个城市的想象。



1.路况

路：一个城市有主要道路网和较小的区级路网。一个建筑有几条出入的路。城市公路网是城市间的通道。路的图象主要是连续性和方向性，因此应构成简单的系统，起点和终点要明确。路旁的建筑和空间特性是方向性的基础，有助于对距离的判断。

2.区划

区：它是较大范围的城市地区，一个区应具有共同的特征和功能，并与其他区有明显的区别。城市由不同的区构成，如居住区、商业区、高等学校教学区、郊区等等。但有时它们的性质是混合的，没有明显的界限。

3.中心点

中心点：中心点也可看作是标志的另一种类型，标志是明显的视觉目标，而中心点是人们活动的中心。空间四周的墙、铺地、植物、地形、照明灯具等小建筑物的布置和连贯性，决定了人们对中心点图象的形成能力。

4.边缘

边缘：区与区之间的界限是边缘。有的区可能完全没有边缘，而是逐渐混入另一区。边缘应能从远处望见，也易于接近，提高其形象作用。如一条绿化地带、河岸、山峰、高层建筑等都能形成边缘。

5.标志

标志：是城市中令人产生印象的突出景观。有些标志很大，能在很远的地方看到,如电视塔、摩天楼；有些标志很小，只能在近处看到,如街钟、喷泉、雕塑。标志是形成城市图象的重要因素，有助于使一个区获得统一。一个好的标志既是突出的，也是协调环境的因素。

城市景观规划改造

一般来说，当我们要对城市景观进行规划改造时，为了不破坏改造工程与周边环境间的和谐，可以利用无人机倾斜摄影建模技术，建立工程的周边环境模型，结合改造工程模型，直观展示工程整体设计方案，分析改造工程与周边环境是否和谐自然。



下面，以城市某片区改造为例，为大家介绍倾斜摄影+ ContextCapture实景建模技术流程。

1.数据准备

对某片区进行数据采集，测区内主要有建筑、 树木。测区采用无人机进行拍摄，拍摄高度为50m，对主体片区采用手动环形绕飞，倾角45度倾斜拍摄，并保证无人机摄像头始终朝向片区中心，每隔3s自动拍摄。



由于片区周边环境复杂，电磁信号干扰强，建筑物易产生遮挡，因此尽量不要低飞或者靠近建筑物飞行，尽量减少建筑物内WIFI信号产生的电磁干扰。飞手应处于相对开阔地带，确保无人机与飞手间不存在信号直线遮挡。

2.ContextCapture 数据处理

本文采用ContextCapture进行三维重建。在进行三维建模之前，先对航片进行简单的手工整理，将拍摄的原始影像放在同一目录中，手动剔除不合格的航片，如曝光严重、对焦失败、拍摄拖影、拍摄到无人机脚架、构图严重不合理等，并删除起飞和降落时拍摄的相片。若相邻几张相片中表达信息相似度高，也可适当剔除，以提高计算效率。ContextCapture三维建模主要包括空中三角测量、生成密集点云、构建TIN模型、自动纹理切片等过程，技术路线如下图所示。



2.1 空中三角测量

对倾斜像片进行空中三角测量，获取影像的外方位元素。空三计算是倾斜摄影建模的核心步骤，包含影像特征点提取、 同名特征点匹配、影像外方位元素反算等步骤。将倾斜摄影像片带有的POS数据作为初始方位元素，根据共线方程，可解算出每张像片的外方位元素。利用多基线多特征匹配生成影像之间的连接点，通过少量外业控制点和区域网平差可实现倾斜摄影空中三角测量。ContextCapture在空中三角计算完成后，生成空三报告，可直接用于下一步匹配和三维建模。

2.2 模型构建

空三计算之后，新建重建项目进行模型的构建。软件根据空三加密信息成果，通过多视影像密集匹配可获得高密度数字点云。当密集点云量较大时，可根据计算机性能将重建项目切块分割成若干瓦片进行不同层次细节度下的TIN模型构建。瓦片的大小可自行设置，计算需用内存大小的评估数值会随着瓦片大小而变化。

总的来说，需要将所需内存的大小控制在物理内存的50%左右。通过调整三角尺寸至与原始影像分辨率相匹配，同时简化平坦区域的三角网，从而获取片区的三维TIN模型。

构建TIN模型后，将三维TIN模型与纹理图像进行配准和纹理附贴。通过计算TIN每个三角面的法线方向与包含该地物的相片之间的夹角来选择适用于该三角网模型的纹理影像。夹角越小，说明该三角面与影像平面越接近，两者之间越匹配， 纹理质量越高。

TIN 模型上的三角面都能唯一对应一幅目标影像。在找到目标影像之后，计算每个三角形与影像中对应区域之间的几何关系，找出每个三角面在纹理影像中对应的实际纹 理区域，将配准的纹理图像反投影到对应的三角面上，实现纹理贴附。

在Acute 3D Viewer中观察生成的三维模型，场景中地物的空间位置、形状、颜色、外观等与实际环境一致，各地物单体之间衔接流畅完整，建筑物轮廓清晰、各面纹理完整，与实际情况相符。屋顶、门窗等细节能较好的表现出来， 中心区域的房屋和树木都能得到较好的还原，边缘区域树木的形状纹理与真实情况略有偏差。

软件详情：ContextCapture（CC）实景建模软件



3.模型漫游

片区实景模型建立完成后，将其与片区内的规划改造工程模型进行结合，直观展示工程整体设计方案，并通过仿真漫游，虚拟展示工程建成的实景效果，并判断其对周边环境的影响。在方案设计阶段，通过倾斜摄影建模，能妥善处理改造工程与周边环境的关系，使片区整体和谐自然，避免后期由于不美观造成的拆改及返工问题。



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