数字摄影测量中的三维建模

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

测绘学概论结业报告

课程名称：测绘学概论

设计题目：数字摄影测量中的三维建模

院系：电子与信息工程学院

班级：0805401

设计者：牛文龙

学号：1080540104

指导教师：陈浩

设计时间：2011年3月27日

哈尔滨工业大学

一、数字摄影测量中的三维建模的背景情况以及建模原理

1.1背景介绍

人们感知世界都是通过眼睛的中心投影，当人们不断改变视点的位置与实现的方向就能得到不同的景观。而摄影测量就是一门由二位影像重建三位空间模型的学科。利用有限的影像重建三维景观，供人们在虚拟环境中从不同的视点观测三维世界，是数字摄影的重要内容。传统的摄影测量只能用二维的地形图、影像图来表达，但是进入数字摄影测量的时代，可以用影像表示三维模型地形。

特别是由于计算机图形学及其相应的软件的发展，利用软件OpenGL就能使人们实时地改变视点由各个角度观测所建立的三维景观，因此摄影测量是当代科学虚拟现实（VR）技术的重要组成部分。

1.2建模原理

1.2.1基于影像的三位建模原理

基于摄影测量与计算机视觉技术正越来越广泛地应用于各个领域。其基本原理是首先利用摄影测量的影像，构建三位数字表面模型（DSM）。对物体摄取一组影像，由此构建其数字表面模型并生成“点云”，将它连接构建TIN。最后将影像的“纹理”映射到由点云构成的空间三角网上，就能建立空间物体的三位模型。

1.2.2城市建模

随着城市信息化的发展，数码城市与城市建模越来越受到重视。其基本原理还是利用DSM与相应的影响结合，实现城市建模。

三维城市模型，又称为城市三位模型，它的构建与应用是目前国际遥感。地理信息系统及相关学科研究的热点，目前三维建模大致有如下解决方法：一是直接使用三维制作软件，比如计算机辅助绘图设计软件（AUTOCAD）、三维动画设计软件（3DMAX）等建模，这种方法能逼真地表达城市的精细结构和材质特征，基本上能够满足虚拟现实技术的3I（immersion、interactive、imagination，即沉浸、交互、构想）的要求，特别是对于那些自然景物和不规则建筑物等效果比较好，但是对于大范围的区域，如果每个模型都这样建立，不仅费时费力，而且也不经济；而是直接利用传统GIS的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模，各建筑物表面还可以加上相应的纹理，但是采用此方法只局限于较规则建筑物的三位模型，此外还有一种方法就是利用数字摄影技术进行三维建模，这种方法具有自动化程度高、建模速度快、易于实时更新等特点，利用数字摄影测量技术能方便快捷地进行数字线划矢量图（DLG）的测绘、数字高程模型（DEM）的建立、数字正摄影像图（DOM）的制作、3DCM的建立，甚至还可以提取建筑物的纹理，建立纹理库等。

二、建模软件介绍

本文中所建立的模型是利用Google Sketchup软件完成的，这里对此款软件做一个简要的介绍。

Google Sketchup是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。

SketchUp是一个极受欢迎并且易于使用的3D设计软件，官方网站将它比喻作电子设计中的“铅笔”。它的主要卖点就是使用简便，人人都可以快速上手。并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至Google Earth里，非常的酷！@Last Software公司成立于2000年，规模较小，但却以SketchUp而闻名。

SketchUp 荣获了AEC system 2000 Fell Show「最优秀产品奖」（Best New Product award）。在sketchup中建立三维模型就像我们使用铅笔在图纸上作图一般，sketchup本身能自动识别你的这些线条，加以自动捕捉。它的建模流程简单明了，就是画线成面，而后挤压成型，这也是建筑建模最常用的方法。sketchup 绝对是一款适合于设计师使用的软件，因为它的操作不会成为你的障碍，你可以专注于设计本身了。产品特点Google Sketchup能够让你自由的创建3D模型，同时还可以将你自己的制作成果发布到Google Earth上和其他人共享，或者是提交到Google's 3D Warehouse。当然你也能从Google's 3D Warehouse哪儿得到想要的素材，以此作为创作的基础。

此款软件的特点：

1、不到一天时间即开始在SketchUp 中建模。

即使最强大的工具，如果您搞不清楚如何使用，它也是毫无用处。大多数人只花几小时就可以熟练驾驭SketchUp。

2、使用SketchUp 建模您可以想像的任何东西。

设计建筑。重新排列室内家具。对您的公司进行建模并把它放在Google 地球中。我们设计了SketchUp，使您更加方便地以三维方式思考和沟通。您决定如何使用它完全取决于您自己。尽管这样，请查看Google 3D 模型库看其他人建造了什么模型。

3、以直观的方式工作。

SketchUp 有一个高级的颜色、线条和文本提示指导系统，让您不必键入坐标，就能帮助您跟踪您的位置和您的操作。就像您在实际生活中使用的工具那样，SketchUp 为数不多的工具中每一样都可做多样工作。这样您就更容易学习、更容易使用并且(最重要的是)更容易记住如何使用软件。

三、利用sketchup进行建模的结果

我利用此软件建立了两组场景，一是某公司的一处办公楼，二是一个体育场。每个场景分别从三个角度进行观看，以达到对场景有整体认识的目的。

3.1某公司的办公楼

下面分别从三个角度对办公楼模型进行观察，图1为正面观看，图2为前侧面观看，图3为后侧面观看。