关于近景摄影测量及三维建模探究

关于近景摄影测量及三维建模探究

发表时间：2016-11-08T15:59:03.283Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：辛晓岗

[导读] 摘要：近景摄影测量是通过摄影和随后的图像处理和摄影测量处理以获取被摄目标形状、大小和运动状态的一门技术。近景摄影测量是摄影测量的一个重要分支，主要研究近景物体的三维构建，地形测量等。

青海省第一测绘院青海西宁 810001

摘要：近景摄影测量是通过摄影和随后的图像处理和摄影测量处理以获取被摄目标形状、大小和运动状态的一门技术。近景摄影测量是摄影测量的一个重要分支，主要研究近景物体的三维构建，地形测量等。三维模型已成为对象表达的一种新的数据媒介，三维建模技术能对现实世界中的对象逼真建模和模拟再现。本文主要对近景摄影测量和三维建模进行了详细的介绍和论述，仅供参考和借鉴。

关键词：近景摄影测量；三维建模；方法；对比

前言

随着科学技术的发展和社会文明的进步，对三维测量的技术要求越来越严格，目前三维测量技术在航空、航天、城市规划，地质建模，自然灾害等领域都有着广泛的应用。数字摄影测量是一种基于全数字的测量方法，不仅测量的原始资料和记录的中间数据是数字形式，而且摄影的地图，模型，影像图，数据库以及地理信息系统等等都是数据形式的。随着数字采集技术的不断发展以及数字化概念的不断深化，人们已不再满足于传统二维手段描述的三维信息，目前三维模型已成为继图像、声音和视频之后的第四种多媒体数据类型，物体的表现形式也逐渐从二维表示向三维自动化建模的方向过渡。

1、近景摄影测量概述

近景摄影测量是指利用对物距不大于300米的目标物摄取的立体像对进行的摄影测量。

近景摄影测量综合了数字图像处理、计算机技术、模式识别、影像匹配等多学科的理论和方法；是基于摄影测量与数字影像处理的基本原理；是用数学方式将所摄影对象的几何与物理信息提取出来的摄影测量学。

随着摄影测量经过模拟摄影测量、解析摄影测量的发展，数字化摄影测量已比较成熟。而数字化近摄影测量作为它的一个应用领域，在许多方面具有优越性，据世界各国的应用情况表明，现几乎找不到未使用近景摄影测量技术的行业。所以，对近景摄影测量技术进行理论和应用研究是必要的，对提高工作效率和促进国民经济发展具有实际意义及使用价值。

2、三维建模方法

2.1 基于AutoCAD的人机交互式建模

对于几何形体相对规则的建筑，常规使用免棱镜电子全站仪对建筑物构件的三维特征点进行散点式数据采集。采集数据同时采用“四位编码法”对特征点编码，并按建筑构件分类分层存储。绘图时根据特征点编码结合测绘顺序在CAD中编写LISP程序对建筑物实现自动展点和自动连线生成线框图。

2.2 基于扫描点云的建模

对于不规则物体，全站仪则显得无能为力了。三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，应运而生的模型自动化重建技术愈来愈受到重视。目前基于扫描点云的建模一般流程可概括为点云的获取、表面重建、点云的处理与建模三个阶段。以某建筑为例具体实验步骤如下：

①点云数据获取。实验采用Leica C10对某楼进行扫描测量，根据该楼的轮廓特征和实际扫描范围等影响因子。

②点云数据预处理。为了给建模阶段提供较理想的点云数据，需对原始点云数据进行点云拼接、去噪、采样等预处理。点云数据预处理既可通过算法实现，也可以通过扫描仪配套软件完成。这一步操作十分重要，是决定后续数据质量好坏和执行效率的关键。

③点云数据建模。目前，对建筑物点云数据模型重建的研究多数从两个方面展开：一方面提取建筑物的边界特征，以特征为约束构建三维实体模型；另一方面是直接对点云数据网格化，建立拓扑关系，进行表面重建和优化。本实验采用点云数据分割、曲面拟合以及交互组合的方法来实现建筑物对象的三维建模。建模步骤大致可分类以下三大步：

首先是海量散乱点云数据分割，点云分割是为下阶段精细建模做准备。根据空间点的邻域关系估算点与点间的拓扑关系，将建筑模型分割为平整墙面、屋顶和附件几大区域。其次是分割部分精细建模，自动识别提取点云数据特征，并以此特征为约束迭代拟合模型，在此基础上构建三角网格。其次是模型拼接，根据模型间的特征及法矢拼接相邻模型，对拼接后的两模型公共区域部分的三角网进行裁剪、检查以及模型修补和优化。

2.3 基于近景摄影测量的建模

实验摄影采用的是非量测型相机，以某大学建筑正门为例，根据近景摄影测量原理构建三维模型的流程步骤如下：

①影像采集。以多摄站正直环绕摄影方式用普通相机对大礼堂进行摄影，共布设8个摄站。

②坐标解算。考虑到非量测数码相机的内、外方位元素的初始近似值未知以及像点、摄影中心、相应地物点间的不共线，需使用加入像点坐标改正数的直接线性变换解法，建立像点坐标与相应物点空间坐标之间的线性关系。

③绘制实体。在相片上采集一定密度的特征点并解算该特征点的三维坐标，反向投影到三维空间后借助三维绘图软件展绘建筑上的特征点，增补遗漏点，并利用计算机视觉技术构建一个线框和几何实体模型。

3、三维建模方法对比分析

基于人机交互的建模、基于扫描点云和基于摄影测量的建模这三种建模方法都是基于测量的建模方式，都需要以外业采集的三维坐标数据为基础进行建模。

基于人机交互的建模方法应用时间较长，技术路线较成熟，国内外研发的许多控制集成建模软件都可以利用基本的几何元素构建复杂的几何场景。这种建模方法灵活，能逼真再现对象的几何结构和表面纹理信息，适合用于对建模效果和细节要求较高的对象。但对于诸如小区、城市这样的大规模场景，如果每个模型都进行精细建模，不仅工作量大、费时费力，而且庞大的数据量也要求计算机硬件具备配套的处理能力，这也成为日后模型调用、管理的一大瓶颈。

基于点云的三维建模方法适用于不规则对象的三维建模，三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，提高了数据采集的精度和效率，获得的点云数据信息量大，包含三维空间信息、颜色属性和反射强度信息，通过一定的算法对点云数据进行处理即可快速构建被