導(dǎo)語：傾斜模型單體化精修技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］城市的快速發(fā)展對(duì)管理的要求越來越高，精細(xì)化管理的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)獲取的高效和真實(shí)性。本文利用ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ工具對(duì)傾斜攝影三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)、自動(dòng)分類以及自動(dòng)單體化重建與精修，解決了傾斜攝影三維模型一張網(wǎng)的應(yīng)用限制以及近地效果差的問題，充分發(fā)揮傾斜數(shù)據(jù)在采集階段的便捷高效性、生產(chǎn)過程中的高度自動(dòng)化以及場(chǎng)景真實(shí)性等特點(diǎn)，進(jìn)而為城市的精細(xì)化管理提供三維數(shù)據(jù)底板。

［關(guān)鍵詞］規(guī)劃管理；傾斜攝影；模型單體化；模型精修

隨著二三維一體化ＧＩＳ技術(shù)的發(fā)展，單一的基于二維圖形的管理方式已經(jīng)難以滿足城市精細(xì)化管理的需求，由二維向三維城市規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營管理的轉(zhuǎn)變正在逐漸成形［１］。目前，對(duì)于數(shù)據(jù)獲取與生產(chǎn)技術(shù)方面，國內(nèi)外都一致將目光傾向了基于傾斜攝影的實(shí)景三維建模技術(shù)上［２］，使傾斜攝影建模數(shù)據(jù)逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容，尤其在城市規(guī)劃與管理中［３］。但是傾斜攝影三維模型成果為“一張皮”，對(duì)于例如建筑物的選中、屬性查詢、空間査詢以及專題圖操作等ＧＩＳ操作都無法實(shí)施，只有具備了“單體化”的能力，數(shù)據(jù)才可以被管理，而不僅僅是被用來查看。由此可見，要解決傾斜攝影三維模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用，其中最關(guān)鍵的就是解決模型的單體化問題。

１規(guī)劃管理中的數(shù)據(jù)要求分析

１.１規(guī)劃管理的三維數(shù)據(jù)需求特點(diǎn)

城市三維仿真數(shù)據(jù)服務(wù)于規(guī)劃管理工作的應(yīng)用場(chǎng)景主要有三大類：一是依托三維數(shù)據(jù)的空間和要素各類屬性可查詢的特點(diǎn)，作為現(xiàn)狀基礎(chǔ)資源調(diào)研的手段，同時(shí)利用三維數(shù)據(jù)的可編輯性，對(duì)設(shè)計(jì)方案的三維空間構(gòu)成實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整、比對(duì)，從而輔助總規(guī)、詳規(guī)及城市設(shè)計(jì)等規(guī)劃便捷、高效的編制；二是通過構(gòu)建建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的真實(shí)比例實(shí)景場(chǎng)景，在現(xiàn)狀環(huán)境中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行天際線、控高、通視、日照等規(guī)劃分析，以輔助職能部門和專家對(duì)擬建項(xiàng)目進(jìn)行全方位三維評(píng)審和決策；三是以實(shí)景三維宏大的、逼真的城市場(chǎng)景集成豐富的各類規(guī)劃成果，結(jié)合“數(shù)字沙盤”“移動(dòng)展示”“虛擬現(xiàn)實(shí)”等可視化技術(shù)手段，輔助城市規(guī)劃展示。新形勢(shì)下，不僅規(guī)劃行業(yè)，各行各業(yè)乃至國家對(duì)三維數(shù)據(jù)的要求也隨之深入，傳統(tǒng)人工建模的一些劣勢(shì)逐漸凸顯，例如：數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率低、投入人工成本大、數(shù)據(jù)精度低、展示效果差等。相較于傳統(tǒng)人工建模，服務(wù)于規(guī)劃管理的新模式的三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)具備下列幾大特點(diǎn)：（１）更全面的要素組成在規(guī)劃管理工作中一個(gè)消防栓、一個(gè)公交站牌或者簡(jiǎn)單的紅綠燈、分車線都可能影響到規(guī)劃布局和決策，為更全面反映范圍內(nèi)現(xiàn)狀的實(shí)際情況，新數(shù)據(jù)期望不單只制作建筑、道路、地形、水系等城市主體模型，更應(yīng)當(dāng)全面表現(xiàn)包括交通設(shè)施、園林綠化、公共設(shè)施、水域設(shè)施等城市部件類要素，為規(guī)劃管理的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性助力。（２）更豐富的數(shù)據(jù)屬性規(guī)劃管理的三維數(shù)據(jù)應(yīng)用很大程度上依賴于二三維數(shù)據(jù)的對(duì)接和單體化模型的屬性查詢，管理者應(yīng)用三維數(shù)據(jù)，除了直接通過全角度瀏覽三維要素的外觀，也需依托三維數(shù)據(jù)掛接的各類屬性進(jìn)行規(guī)劃決策。新數(shù)據(jù)期望以單體化要素模型承載更直觀、更豐富的屬性數(shù)據(jù)供規(guī)劃管理進(jìn)行科學(xué)決策。（３）更高效的數(shù)據(jù)生產(chǎn)近年來，國內(nèi)各大小城市對(duì)三維數(shù)據(jù)輔助規(guī)劃應(yīng)用的需求呈井噴式發(fā)展，“數(shù)字孿生城市”“智慧城市”等信息化概念魚躍而出，以規(guī)劃職能部門為主的用戶期望城市三維數(shù)據(jù)在極短的時(shí)間內(nèi)能一蹴而就，新數(shù)據(jù)期望能走出勞動(dòng)密集型生產(chǎn)模式，跨進(jìn)高效、流水線的自動(dòng)化生產(chǎn)模式。由此，對(duì)于數(shù)據(jù)獲取與生產(chǎn)技術(shù)方面，國內(nèi)外都一致將目光傾向了基于傾斜攝影的實(shí)景三維建模技術(shù)上，使傾斜攝影建模數(shù)據(jù)逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容，尤其在城市規(guī)劃與管理中，既解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的周期長(zhǎng)造成的時(shí)效性低，又解決了傳統(tǒng)模型紋理與實(shí)際效果偏差較大的問題。

１.２傾斜攝影三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)存在的問題

傾斜攝影技術(shù)是國際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測(cè)繪級(jí)精度提供保證［４］。經(jīng)過多年技術(shù)的積累，傾斜攝影測(cè)量建模技術(shù)展現(xiàn)出相比其他建模技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與特色，但同時(shí)，受現(xiàn)有技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)原理制約，其也存在一些問題和缺陷：（１）數(shù)據(jù)低空效果差傾斜攝影采集影像是固定高度的空中采集，無法采集近地區(qū)域或有遮擋的地物，因此，以人、車視角瀏覽的近地區(qū)域數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)扭曲、變形和空洞等重大缺陷，且近地區(qū)域的模型材質(zhì)紋理也無法進(jìn)行準(zhǔn)確繪制，近地區(qū)域整體瀏覽效果差。圖１傾斜攝影三維模型效果（２）數(shù)據(jù)更新難度大傾斜攝影測(cè)量的模型是由點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成三角面模型再匹配材質(zhì)貼圖形成的，其模型面數(shù)極大、貼圖組成復(fù)雜，不易直接對(duì)其三維模型成果進(jìn)行編輯和修繕；其數(shù)據(jù)的組成是整體化的模型，無法提取建筑、植被、設(shè)施等的單體模型，更新時(shí)一般只能整片更新，因而，傾斜攝影模型更新的成本和難度相對(duì)更大。由此可見要充分發(fā)揮傾斜攝影三維模型數(shù)據(jù)的價(jià)值，就必須要先對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，處理懸浮物、修補(bǔ)破面等，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，最后進(jìn)行單體化處理，本文通過自主研發(fā)的ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ工具，形成了一套完整的單體化解決方案。

２傾斜攝影三維模型單體化解決方案

“單體化”指的是每一個(gè)我們想要單獨(dú)管理的實(shí)體對(duì)象，是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的、可以被選中分離的實(shí)體對(duì)象，只有具備了“單體化”的能力，數(shù)據(jù)才可以被管理，目前應(yīng)用較為廣泛的單體化方法主要為：切割單體化、矢量疊加單體化和模型重建單體化［５］。切割單體化是將對(duì)象物的三角面進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)了一定意義上的模型單體化操作，后期也能對(duì)單體化模型進(jìn)行管理和應(yīng)用。但是用這種編輯模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大，會(huì)破壞原有的ＬＯＤ結(jié)構(gòu)，邊緣底部會(huì)有明顯的鋸齒和不規(guī)則形狀，在后期的管理應(yīng)用方面稍顯欠缺。矢量疊加單體化，通過在傾斜攝影模型下疊加對(duì)應(yīng)的矢量面，然后在該矢量面垂直地表的方向上生成包圍盒，結(jié)合對(duì)范圍內(nèi)的三角網(wǎng)的判斷，通過半透明顏色與三角網(wǎng)的貼合，使模型從視覺上的完整展現(xiàn)得以實(shí)現(xiàn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)操作的管理。但是這種方法對(duì)單體的分離并不是真正意義上的，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。綜上所述，為滿足城市規(guī)劃管理對(duì)數(shù)據(jù)的要求，特研發(fā)了一套基于傾斜攝影三維模型處理工具ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ來解決模型自動(dòng)重建單體化。模型重建單體化是指以傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，通過模型重構(gòu)在原始場(chǎng)景上實(shí)現(xiàn)分離效果，從而實(shí)現(xiàn)模型的單體化。模型貼圖是從航攝影像中自動(dòng)選擇角度最優(yōu)，覆蓋面最大的圖像進(jìn)行自動(dòng)紋理映射，完成模型貼圖。主要技術(shù)路線如下：（１）數(shù)據(jù)重構(gòu)優(yōu)化傾斜數(shù)據(jù)重組織及入庫流程主要是將Ｏｓｇｂ的幾何、紋理、屬性等數(shù)據(jù)解析出來，再對(duì)其原有金字塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新組織，最后將其統(tǒng)一存入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加密管理。首先獲取傾斜攝影三維數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)中預(yù)設(shè)每一空間范圍內(nèi)的多個(gè)原始根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行幾何合并，生成待簡(jiǎn)化的新的根節(jié)點(diǎn)；然后對(duì)于每個(gè)新生成的根節(jié)點(diǎn)需要對(duì)其進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以構(gòu)建新的ＬＯＤ節(jié)點(diǎn)。（２）模型精修精修主要是通過壓平、補(bǔ)洞以及懸浮物刪除和紋理修飾等操作對(duì)傾斜攝影三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)和美化。數(shù)據(jù)壓平操作中平面的選取有兩種模式：?jiǎn)吸c(diǎn)擬合平面和三點(diǎn)擬合平面。對(duì)空洞尤其是水面區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)，是在選擇修補(bǔ)的范圍之后，通過手動(dòng)選點(diǎn)的方式構(gòu)建網(wǎng)格面，再將新繪制的網(wǎng)格面覆蓋在原始網(wǎng)格面上，以達(dá)到修補(bǔ)空洞的目的。懸浮物刪除通過選取一個(gè)三維包圍盒區(qū)域，然后將該區(qū)域內(nèi)的懸浮物進(jìn)行刪除。對(duì)于模型的貼圖不免有些瑕疵，原始紋理圖片可以自動(dòng)導(dǎo)入到ＰＳ中進(jìn)行顯示，在ＰＳ中對(duì)所選原始紋理圖片進(jìn)行聯(lián)動(dòng)編輯，修改后保存的貼圖可以直接進(jìn)行替換，無需查找貼圖。（３）二次生產(chǎn)通過識(shí)別傾斜場(chǎng)景中的建筑，對(duì)每棟建筑提取其輪廓線和其高度范圍，獲得的包圍盒可用于切割場(chǎng)景獲取單體模型，或是將輪廓線數(shù)據(jù)掛接屬性實(shí)現(xiàn)邏輯層面的單體化。獲取輪廓線的方式一共有三種：全自動(dòng)提取、半自動(dòng)提取、手動(dòng)繪制輪廓線。三種方式相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景的建筑物輪廓線提取，然后通過提取的輪廓線轉(zhuǎn)換成面，最后將面進(jìn)行擠出操作，得到單體化素模，然后通過自動(dòng)紋理映射功能自動(dòng)賦予紋理。傾斜攝影三維模型分類是對(duì)輸入的傾斜數(shù)據(jù)按照建筑、地面、植被進(jìn)行分類，并且輸出各個(gè)類別的傾斜數(shù)據(jù)，該過程為全自動(dòng)進(jìn)行，無需進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。具體地，首先從傾斜攝影數(shù)據(jù)的ｏｓｇｂ文件提取頂點(diǎn)信息和顏色信息，使用位置特征、平面特征等特性，利用隨機(jī)森林方法以及深度學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行分類，最終得到建筑、地面和植被等各種類別。ＤＥＭ生產(chǎn)是通過提取傾斜最精細(xì)層級(jí)的點(diǎn)、點(diǎn)云粗差剔除、點(diǎn)云濾波、點(diǎn)云人工編輯分類、構(gòu)建三角網(wǎng)及ＤＥＭ輸出等步驟后自動(dòng)輸出ＤＥＭ數(shù)據(jù)。通過對(duì)比不難看出，在規(guī)劃管理應(yīng)用領(lǐng)域?qū)趦A斜攝影三維模型數(shù)據(jù)的單體化精修處理既完成了單體化又解決了近地效果差的問題，充分發(fā)揮了傾斜攝影建模技術(shù)的高效便捷性和數(shù)據(jù)完整與真實(shí)性。

３實(shí)踐案例及應(yīng)用分析

（１）項(xiàng)目概況項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括三維仿真數(shù)據(jù)制作、城市三維仿真系統(tǒng)升級(jí)研發(fā)，其中三維仿真數(shù)據(jù)生產(chǎn)為泉州市東海新區(qū)共計(jì)１３平方公里面積３ｃｍ精度的傾斜攝影模型制作及傾斜攝影模型數(shù)據(jù)的精修工作和泉州市晉江南岸１５平方公里的面積５ｃｍ精度的傾斜攝影模型制作。（２）技術(shù)路線項(xiàng)目針對(duì)泉州市整個(gè)２８平方公里區(qū)域傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行整體技術(shù)路線設(shè)計(jì)，由前到后分為航攝飛行設(shè)計(jì)、航空攝影、像控測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)四大步驟。整體技術(shù)路線如下圖所示：①航攝采集項(xiàng)目采用縱橫ＣＷ－１０、大疆Ｍ６００作為航飛平臺(tái)，搭載數(shù)碼航攝儀為成都睿鉑ＤＧ３Ｐｒｏ相機(jī)、金鳥ＪＷ－Ｅ５相機(jī)。根據(jù)地形類型和成圖精度要求的不同，按數(shù)字航攝儀性能劃分航攝分區(qū)。完成整體采集后進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，以對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)精度。②內(nèi)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目采用ＣｏｎｔｅｘｔＣａｐｔｕｒｅＣｅｎｔｅｒ進(jìn)行傾斜攝影數(shù)據(jù)建模的處理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備包括相機(jī)參數(shù)文件、ＰＯＳ數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)、傾斜攝影數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備和編輯。完成控制點(diǎn)刺點(diǎn)后，基于軟件進(jìn)行自動(dòng)空中三角測(cè)量，通過密集匹配技術(shù)，根據(jù)高精度的影像匹配算法，從影像中抽取更多的特征點(diǎn)構(gòu)成密集點(diǎn)云，從而更精確地表達(dá)地物的細(xì)節(jié)。最后對(duì)三維模型自動(dòng)賦予紋理輸出模型紋理清晰逼真的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)。③單體化＋精修項(xiàng)目針對(duì)東海新區(qū)１３平方公里模型通過傾斜攝影三維精修軟件ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ進(jìn)行精細(xì)化建模及Ｍｅｓｈ網(wǎng)格模型修飾，主要包括以下內(nèi)容：將原有破面漏洞部分模型刪除后，新建模型與地形間會(huì)出現(xiàn)縫隙。進(jìn)行蹋平補(bǔ)洞，把中間的縫隙給填補(bǔ)起來，并自動(dòng)映射紋理貼圖，確保整體效果。基于ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ?qū)M精修區(qū)域建筑根據(jù)原有傾斜模型進(jìn)行白模重構(gòu)，保證重構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)和高度能與現(xiàn)狀完全吻合，然后對(duì)重構(gòu)模型進(jìn)行紋理自動(dòng)映射，一個(gè)建筑物會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在多張傾斜影像上，從這些影像中自動(dòng)映射紋理貼圖至三維白模上，最后輸出平整，清晰的單體化精修模型.（３）項(xiàng)目成果展望《泉州市中心市區(qū)三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)升級(jí)及數(shù)據(jù)更新服務(wù)》項(xiàng)目共完成２８平方公里傾斜攝影模型數(shù)據(jù)建設(shè)，通過單體化技術(shù)完成了數(shù)據(jù)的分類管理和屬性掛接，實(shí)現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了樓棟級(jí)別的更新與方案對(duì)比，充分發(fā)揮出了傾斜攝影建模技術(shù)的高效率和高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，從而保證了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性、真實(shí)性和完整性。投入使用以來，輔助了泉州市規(guī)劃審批、規(guī)劃編制及規(guī)劃展示等規(guī)劃管理工作２００余項(xiàng)內(nèi)容，獲得了用戶單位的高度評(píng)價(jià)。

４結(jié)論

當(dāng)前信息化日新月異的潮流下，智慧城市在智慧資規(guī)領(lǐng)域?qū)τ谄涔ぷ鞯木?xì)化、精準(zhǔn)化、精確化要求越來越高，單純利用傳統(tǒng)人工建?；騼A斜攝影技術(shù)進(jìn)行城市級(jí)的三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)建設(shè)已經(jīng)難以滿足規(guī)劃管理行業(yè)的要求，本文以泉州市三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)項(xiàng)目為例，基于ＭｅｓｈＭａｓｔｅｒ進(jìn)行傾斜攝影三維模型的單體化精修，較好地解決了傳統(tǒng)三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)面臨的單體化、數(shù)據(jù)更新等一系列問題，達(dá)到了智慧城市中三維底板數(shù)據(jù)建設(shè)的高速化、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、全面化的要求，為傾斜攝影三維模型在城市規(guī)劃管理領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

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作者：郭堅(jiān) 單位：泉州市城鄉(xiāng)規(guī)劃信息中心