摘要：随着无人机的快速发展，利用无人机进行低空航空摄影获取地面图片越来越快捷与方便，加上街景工厂与Smart3D等实景三维建模软件的成熟推出，使得实景三维这些年的热度越来越高。本文阐述了在获取无人机拍摄数据基础上，运用Smart3D进行实景三维建模方法，以及目前使用生产中所涉及的应用。
关键词：Smart3D；实景三维模型；实景三维建模；实景三维模型应用
随着无人机技术的快速发展及民用化程度不断提高，无人机相关应用领域的技术研究也在不断拓展。低空无人机测绘就是近些年来快速发展的一个较为活跃的研究领域。低空飞行平台搭载多种航摄传感器后可获取地面影像或扫描点云数据，这些数据不仅可以进行正射影像制作、多光谱影像分析和数字线划图生产等传统二维的测绘工作，还可进行快速实景三维建模，并且该种建模方式有着人工干预少、效率高和模型场景逼真度高等诸多优点，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。现在实景三维建模软件比较流行的有街景工厂与Smart3D等，本文研究采用的建模工具为Smart3D，使用的数据有正射航片与倾斜航片。
一、Smart3D实景建模
1.技术路线
用Smart3D在进行数据处理之前，需要将获取的航摄和像控测量数据按照规定的格式进行预处理，从而保证数据格式正确和资料完整。预处理后，将数据导入软件进行相应建模处理，其技术路线如图1所示。
2．方案实施
（1）工程准备
把无人机获取的数据，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。
空三加密并不是每次都可以正确解算出来，这涉及航片的重叠度、清晰度和角度等问题，解算出来的空三加密点可以在Smart3D工程软件里查看，也可以放到其他软件里查看。空三加密完成后必须查看软件解算出来的空三加密点是否有漂移、漂移的区域是边缘还是中心、整个空三加密点的相对位置是否正确等。如果空三加密点相对位置不正确或者漂移，并且漂移的区域是中心地段和重要区域，就必须重新再进行一次空三加密。多次空三加密都未成功，可以删除一些质量较差、姿态较差的航片再次尝试。多个架次的不同高度的航片融合在一起进行实景三维模型建设时，空三加密就有可能不能把所有的航片计算出来，或者是计算出来空三加密点漂移等情况。这个时候就需首先创建多个Block，把不同航片导入不同的Block里面进行空三加密。空三加密完成后，把解算出来的航片位置与姿态信息记录完成，再新建一个Block把所有的航片加载进入，然后输入分开算好的航片位置与姿态信息，融合起来进行空三加密。这样来进行空三加密就可以解决不同架次、不同航高融合一起后空三加密困难的问题。
（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。Smart3D提供了很多个坐标系，当然也可以加入本地坐标，加入本地坐标需要编写一个坐标文件导入。
（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3DMAX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。
二、Smart3D实景建模中存在的问题及建议
1.如何提高空三的成功率
在使用Smart3D对多视角影像进行空三加密处理时，时常会出现解算不出正确结果的状况。尤其是在数据量大、重叠率低和影像质量差的情况下，常会出现加密点漂移，从而造成空三加密失败。所以在每次进行完空三加密处理后，都必须进入3DView观察其解算状况，只有解算成功方可进行下一步。对于时常出现的空三加密失败的情况，可以采用一些处理方式予以改善。
2.模型的修整
实景三维建模的成果在俯视角度一般都能获得较好的视觉效果，但受到航摄盲区以及特征点匹配错误等影响，通过Smart3D软件自动生成的三维模型会产生空洞区域。对于一些对模型质量要求较高的项目，就需要对初步形成的成果进行再加工以修复这些问题。Smart3D软件提供的模型二次修复流程如下：Smart3D创建初始模型（一般为OBJ格式）→第三方软件模型修整→导入Smart3D软件进行纹理重新映射。第三方修模软件自身功能对修复效果影响较大。常用修复软有：3DMax、Geomagic、Meshmixer、PhotoMesh和ＲealityPaint等。这些软件不仅可以对模型进行一些细微的修整，还可以对模型中部分区域进行曲面简化。但是，当模型的变形比较大时对模型简单的修整无法满足要求，就需要对其进行局部重建。采用DP-Modeler可对Smart3D生产项目直接导入进行相应的修整和必要重建。
3．互联网发布
Wish3D是互联网专用的实景三维模型数据发布工具，支持将OSGB和OBJ格式的数据压缩后进行网络上传和发布，并支持计算机端和手机移动端的登录浏览。除了浏览服务，还可以在该平台中编辑模型注记和设计浏览飞行路线。
结语
目前，无人机与实景三维是不断发展并且越来越热门的两个技术，但仍存在些问题，实景三维存在后续的展开应用困难、计算出来的数据使用不够彻底、三维模型的面太多、移植平台后效果降低、数据量大、更新及平台整合能力不足等各种问题。随着这些问题的一一解决，相信实景三维会逐步取代虚拟三维，并且应用到更多的领域中解决更多的实际生产问题。
参考文献：
［1］宋文平，杨志强，计国锋，等．匹配地面街景的倾斜摄影全空间信息恢复研究［J］．测绘通报，2015（S1）：187-191．
［2］耿中元，任娜，李英成，等．倾斜摄影三维模型与大场景地形的融合算法［J］．测绘科学，2016，41（11）：108-113．
［3］潘亮，王海珍．三维实景建模技术及运用下［J］．影视制作，2016（2）：47-51．
论文作者:刘雅丽
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/25
标签：实景论文; 模型论文; 建模论文; 数据论文; 无人机论文; 软件论文; 图片论文; 《基层建设》2019年第3期论文;