怎樣基于多源數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維建模

三維建模的技術(shù)主要分為人工建模、傾斜攝影建模和激光雷達(dá)建模3種。人工建模模型效果好，缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)、非實(shí)景建模，一般適用于小范圍、單個(gè)對(duì)象建模；傾斜攝影建模效率高、成本低、實(shí)景模型，缺點(diǎn)是受外部因素影響大、細(xì)節(jié)效果不夠好,一般適用于大范圍建模；地面激光雷達(dá)抗干擾強(qiáng)、效果好，但成本較高、范圍小，一般適用于古建筑、單個(gè)對(duì)象。

傳統(tǒng)的傾斜攝影在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，存在物體遮擋、航攝盲區(qū)等客觀因素限制，造成三維模型扭曲、空洞、紋理拉花等問(wèn)題。基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影、機(jī)載激光雷達(dá)、地面激光雷達(dá)融合建模的方法，同時(shí)采用大疆無(wú)人機(jī)補(bǔ)拍重點(diǎn)建筑紋理數(shù)據(jù)對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，將4種數(shù)據(jù)相融合進(jìn)行實(shí)景三維重建，可以獲得高效率、低成本、精細(xì)化的實(shí)景三維模型。

一、傾斜攝影數(shù)據(jù)采集及處理

1.影像數(shù)據(jù)獲取

五鏡頭傳感器相機(jī)采集5個(gè)角度的航攝影像。

利用無(wú)人機(jī)補(bǔ)拍重點(diǎn)建筑紋理數(shù)據(jù)。

2.影像數(shù)據(jù)處理

圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)采集影像進(jìn)行檢查和預(yù)處理，主要包括航片質(zhì)量檢查、航片勻色等。

空中三角測(cè)量：可使用重建大師軟件結(jié)合POS系統(tǒng)提供的外方位元素和相機(jī)安裝位置關(guān)系，模擬包括傾斜影像在內(nèi)的所有影像的地表投影范圍，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在各級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。

二、機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集及處理

1.機(jī)載點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

根據(jù)設(shè)備性能、點(diǎn)云密度、重疊度和飛行范圍制定飛行方案，包括飛行的時(shí)間、地點(diǎn)、基站架設(shè)等。

2.機(jī)載點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,將基站觀測(cè)數(shù)據(jù)、基站坐標(biāo)和機(jī)載GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件進(jìn)行POS數(shù)據(jù)處理。

采用控制點(diǎn)檢查的方式檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度。

三、地面激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集及處理

1.數(shù)據(jù)采集

地面掃描時(shí)，需對(duì)掃描場(chǎng)景進(jìn)行掃描區(qū)塊劃分，拆分為多個(gè)合理的區(qū)塊，各區(qū)塊之間要有重疊，且對(duì)各區(qū)塊提前進(jìn)行掃描線路規(guī)劃，盡可能圍繞地物繞8字形閉合線路。

2.點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

點(diǎn)云去噪：由于掃描環(huán)境、掃描目標(biāo)、設(shè)備參數(shù)等原因，掃描過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生部分噪聲數(shù)據(jù)，這些噪聲會(huì)影響點(diǎn)云配準(zhǔn)的精度。通過(guò)不同的濾波方法，如高斯濾波、隨機(jī)采樣一致性濾波，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波與平滑。

點(diǎn)云拼接：常用的拼接方法為自動(dòng)拼接和手動(dòng)拼接。自動(dòng)拼接可通過(guò)提取重疊部分點(diǎn)云的特征點(diǎn)或人為設(shè)置公共靶標(biāo)進(jìn)行配準(zhǔn)；人工配準(zhǔn)則需要人工選取不同的特征點(diǎn)，利用多組特征點(diǎn)計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)矩陣完成拼接。

點(diǎn)云坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換：拼接完成后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到CGCS2000中。

四、基于多源數(shù)據(jù)融合三維實(shí)景三維建模

首先利用重建大師進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合三維模型生產(chǎn)，將合格的傾斜攝影空三加密成果自動(dòng)生成的密集點(diǎn)云和機(jī)載、地而采集的點(diǎn)云通過(guò)賦予不同的權(quán)重進(jìn)行點(diǎn)云融合、配準(zhǔn)，共同構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN；然后對(duì)三角網(wǎng)進(jìn)行平滑和簡(jiǎn)化后生成白模；最后將傾斜影像的紋理自動(dòng)映射到白模上，生成高精度的三維模型。

五、多源數(shù)據(jù)融合建模與傳統(tǒng)傾斜攝影建模對(duì)比

傳統(tǒng)傾斜攝影建模由于建筑物遮擋，采集不到房檐下數(shù)據(jù)、紋理覆蓋不夠或白模質(zhì)量差。融合地面激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)后，房檐下紋理清晰可辨，白模精度大幅提高，模型棱角分明。傳統(tǒng)傾斜攝影建模與多源數(shù)據(jù)融合建模效果對(duì)比如下：

從模型效果上來(lái)看,傳統(tǒng)傾斜攝影測(cè)量生成的模型有部分結(jié)構(gòu)缺失，如城門(mén)的門(mén)洞、店鋪的窗格等。在建筑物的房檐下，由于遮擋，影像的重疊度不足，使得采用傳統(tǒng)傾斜攝影房檐下模型結(jié)構(gòu)生成不完整，紋理扭曲、拉花嚴(yán)重。采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)可使模型的效果大大提升，如房檐下模型結(jié)構(gòu)完整，地下部分結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，紋理清晰。