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實景三維的建模方法及發(fā)展前景

發(fā)布日期:2023-12-25 10:48 瀏覽量:5619

隨著數(shù)字中國建設(shè)的不斷推進(jìn),全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級對更加精細(xì)更高精度的基礎(chǔ)地理信息需求在加速增長,對高精度、高分辨率、多模態(tài)的數(shù)字高程模型三維地理空間實體模型數(shù)據(jù)及其智能分析應(yīng)用的需求日益迫切,從分散的4D產(chǎn)品到融為一體的實景三維模型勢在必行。

與此同時,實景三維概念的內(nèi)涵也在不斷發(fā)展,根據(jù)2022年自然資源主管部門發(fā)布的《新型基礎(chǔ)測繪與實景三維中國建設(shè)技術(shù)文件名詞解釋》文件,實景三維作為專用名詞術(shù)語,其定義 實景三維是對一定范圍內(nèi)人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進(jìn)行真實、立體、時序化反映和表達(dá)的數(shù)字空間,是新型基礎(chǔ)測繪的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施,為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底。20238月,國家出臺了《實景三維中國建設(shè)總體設(shè)計方案》,明確了實景三維中國對我國國土空間進(jìn)行實體化、立體化、自動化動態(tài)描述和表達(dá)的新型時空信息基礎(chǔ)設(shè)施,是新一代國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。

當(dāng)前主流建模方法:

(1)傾斜攝影

傾斜攝影實景三維建模的主要手段,也是現(xiàn)在大場景建模最具性價比的建模方式。這種方式經(jīng)濟(jì)、高效,但模型的形變較大,尤其是低層建筑,且模型中各種地物相連,缺少語義信息。  

(2)激光掃描

相比較于傾斜攝影,激光雷達(dá)的穩(wěn)定性與點云質(zhì)量更好,但是成本也比傾斜攝影更高。激光雷達(dá)通過揭示地面細(xì)微的高程變化來展示地貌。優(yōu)勢在于高速采樣,激光雷達(dá)每秒從空中向地面發(fā)出數(shù)十萬甚至上百萬個脈沖,正是這種密集的點云使我們能夠獲取真實地貌。

(3)手工建模

目前,手工建模仍然是一種非常重要的建模手段??纯锤鞣N數(shù)字孿生的項目,其中的模型基本都是手工建模。手工模型由人工控制,可以對模型結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行更加精致的控制,配合游戲引擎強大的渲染能力,往往能表現(xiàn)出非常好的視覺效果。當(dāng)然,手工建模最大的問題是成本和速度,這也是為什么手工建模多應(yīng)用在小場景的原因。

(4)快速建模

受限于城市級實景三維精細(xì)建模費用高、生產(chǎn)周期長、數(shù)據(jù)量大等因素制約,急需利用全新技術(shù)、數(shù)據(jù)源,開展城市三維模型快速構(gòu)建。主要是針對城市建筑物和部分構(gòu)筑物開展單體三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)LOD1.3單體模型??梢酝ㄟ^現(xiàn)有的數(shù)字線劃圖、激光點云、傾斜Mesh模型等實現(xiàn)自動或半自動化建模,賦予近似的材質(zhì)庫紋理,制作形成單體化模型成果。

當(dāng)前,飛燕航空遙感技術(shù)有限公司(以下簡稱“飛燕遙感”)運用了以上四種建模方法,通過專有軟件對獲取的傾斜影像和點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,通過點云數(shù)據(jù)構(gòu)建形狀信息,傾斜影像提供紋理圖像,快速自動構(gòu)建三維模型。不同的是,多數(shù)情況下機(jī)載激光和傾斜影像是分別獲取的,需要人工對獲取的兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn),無論是獲取或是后期處理的成本均較高;飛燕遙感采用自主研發(fā)的AIMS多模態(tài)航攝儀,一次飛行可以同時獲取高分辨率的傾斜影像、點云數(shù)據(jù)高光譜等其他數(shù)據(jù)。一套多模異構(gòu)、時相統(tǒng)一、成像條件基本一致的航空遙感數(shù)據(jù),可以實現(xiàn)地物全要素精細(xì)感知,既節(jié)約數(shù)據(jù)獲取成本,又能利用多模態(tài)數(shù)據(jù)協(xié)同提升處理、解譯和應(yīng)用的自動化、智能化水平,形成特征豐富、關(guān)聯(lián)性強的系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品,高效助力實景三維建設(shè)。同時,允許用戶根據(jù)自身需求定制特定的服務(wù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)共享和開發(fā)應(yīng)用,支撐城市規(guī)劃、建筑設(shè)計、智慧交通、環(huán)境保護(hù)、旅游推廣等多個領(lǐng)域。



這些實景三維智慧平臺有利于促進(jìn)社會發(fā)展,提升決策水平、優(yōu)化資源配置、推動智慧城市建設(shè)和推動科學(xué)研究和創(chuàng)新,實景三維發(fā)展對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建美好社會具有重要意義。

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