基于无人机倾斜摄影技术的三维城市模型建模方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

三维城市运用描述城市地上景观的三维模型来表达数字城市空间信息，是表达城市信息的重要载体，对城市规划、建设、管理有着重要的作用。传统的虚拟三维模型有着建设耗时长、工作量大、人力消耗大、制作烦琐、场景不真实等缺点。一个城市的三维建设项目往往需要一两年的建设周期，而现在的中国城市发展迅速，一两年的时间又会建设开发很多区域，带来了三维模型时效性滞后的缺点。

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。在国外，倾斜摄影技术历经了十几年的发展历程，如美国pictometry公司的倾斜摄影测量系统，天宝公司的aos系统等。倾斜航空摄影进行的实景三维模型具有工期短、人工干预少、建模过程自动化、三维场景真实等虚拟三维无可比拟的优点。而正是因为实景三维的真实性与实时性的特点，使得实景三维有着真实场景查看的效果，并且在大多数情况下比去实地看现场效果要好，特别是宏观的效果查看方面。

目前，通过倾斜摄影技术进行三维建模主要是采用acute3d公司的smart3dcapture软件进行全自动正摄影像和倾斜影像的联合空中三角测量，全自动化构建三维模型，全自动化贴纹理形成最终三维真实场景。上述建模方法在效率和宏观优势上有着明显的优势。

2. 研究内容和预期目标

本文通过使用Smart3DCapture软件对5平方公里的城市区域进行实景三维模型的建设。

通过对郴州城区JEPG相片约550张、郴州城区osgb摄影测量格式文件以及POS文件的加工处理，导入到smart3D软件中，进行实景三维建模。预计做出高质量的三维实体模型。

3. 研究的方法与步骤

三维建模方法流程具体如下图所示：

1、原始影像、相机文件、POS文件——2、区域整体平差——3、多视角影像密集匹配——4、三维TIN格网构建——5、白体三维模型的创建——6、自助纹理映射——7、三维场景

以5平方公里的郴州城市区域为例进行建模方法实践。1、 工程准备。 数据源：1、郴州城区JEPG相片约550张 2、郴州城区osgb摄影测量格式文件 3、POS文件将郴州原始相片以及pos文件进行整理按照拍摄相机放入不同的文件夹中，并且保持文件夹的路径为非中文路径。相机的camera文件与图片的POS数据可以有也可以没有，有这些数据可以给Smart3D参考修正它所解算出来的空三数据，没有影响也不大。准备完成后在Smart3D里创建新的工程，创建一个Block，把图片分组加载到Block里。2、空三加密 在工程准备完成后进行空三加密。软件会用对图片进行大量特征点的计算提取，对获取的特征点再采用多视角匹配同名点，然后反向解算出每张图片的空间位置还有图片的姿态角度，从而确定图片间的关系。空三加密完成后，可以在Smart3D里面查看到整个航带的飞行情况、解算出空三点的位置密度、每张图片的相对位置还有图片所覆盖的范围方位角等信息。3、控制点加入空三加密后开始加入控制点。在空三加密之后加入控制点还要再进行一次空三加密，而控制点也可以在空三加密前就加入Block里面，这样就无需再一次空三加密。之所以选择空三加密后加入控制点，是因为这样两次空三加密所需要的时间要比加入控制点后空三加密的时间还要短，并且还可以通过空三加密出来的航带信息，更快找到控制点在哪些图片上减少了控制点的时间。4、模型建立贴图空三加密、控制点刺完之后就开始模型建立贴图。软件通过空三加密点计算出不规则三角网TIN，并且生成白模的三维模型，再通过三维模型形状位置从航片里面选取最合适的进行纹理的贴合，最后输出纹理逼真的实景三维模型。把模型切分为多块来建立模型，这样可以把Smart3D计算不好的或者是水域计算出来有空洞的部分导出到第三方软件里面修改编辑加工，这样分块就可以减少导出的数据量并便于整合数据、更新数据。导入第三方软件，就重新用Smart3D导出OBJ格式，然后再到如3D MAX等软件里面编辑修改加工，修改加工完成后再导入Smart3D里重新整合输出便可以完成一个实景三维的项目建设。

4. 参考文献

[1] 吴征宇，冯成伍. 基于无人机倾斜摄影的城市三维建模方法研究[j].科技资讯，2017（26）：55-56。

[2] 张军.刍议倾斜摄影的三维城市建模分析[j]. 信息化技术应用，2017（10）：19-22.

[3] 谭仁春，李鹏鹏，文琳，潘澄.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[j].测绘通报，2016（11）：39-42.

5. 计划与进度安排

1、第1周至第2周（3月5日至3月12日）

资料收集：借用网络、图书馆等资源，充分搜集文献、期刊等资料

2、第2周至第4周（3月12日至4月2日）