攝影測量在3D建模和建筑可視化中的應(yīng)用初探

1、攝影測量在3d建模和建筑可視化中的 應(yīng)用初探許珊娜姜佃高江西水利職業(yè)學(xué)院摘要：數(shù)字?jǐn)z影測量是一種從影像屮提取三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的技術(shù)，它在建筑精確三維建 模和可視化中有廣泛的應(yīng)用。文章重點(diǎn)介紹了處理過程中的主要工作一一影像獲 取，影像處理，3d模型的產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)和可視化以及模型的精度評(píng)定，以期對(duì)于 建筑建模和可視化相關(guān)研究提供有益的借鑒。關(guān)鍵詞：攝影測量;3d建模;建筑可視化;虛擬現(xiàn)實(shí);精度評(píng)定;基金：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(gjj151489)建筑結(jié)構(gòu)的3d模型對(duì)于研究和重構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)非常重要，它給使用者提供了結(jié)構(gòu) 逼真的形象而不只是符號(hào)化的模型，3d影像在建筑土木工程、環(huán)境分析、旅游 等方面有

2、很多應(yīng)用，它們對(duì)三維數(shù)據(jù)的需求越來越強(qiáng)ih。為了描述目標(biāo)的準(zhǔn)確 位置，測量結(jié)構(gòu)體所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)，構(gòu)建精確的三維模型是非常有必要的。攝影測量是一種能夠從影像中提取3d數(shù)據(jù)的技術(shù)。通常情況下，傳統(tǒng)野外測量 比攝影測量得到的數(shù)據(jù)更精確，然而，它們浪費(fèi)太多的人力并且消耗太多的時(shí) 間，數(shù)字?jǐn)z影測量是全部從影像上獲取測量數(shù)據(jù)，而不是從目標(biāo)木身獲取 2,3。從狹義上說，攝影測量是從照片上量測影像的過程，全數(shù)字?jǐn)z影測量系 統(tǒng)是用人工和自動(dòng)化的技術(shù)從數(shù)字影像上獲取攝影測量產(chǎn)品的硬件/軟件結(jié)構(gòu)。數(shù)字?jǐn)z影測量是基于數(shù)字影像和攝影測量的基本原理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影 像處理、影像匹配、模式識(shí)別等多學(xué)科的理論與方法

3、，提取所攝對(duì)象以數(shù)字方式 表達(dá)的幾何與物理信息。在數(shù)字?jǐn)z影測量過程中，不僅產(chǎn)品是數(shù)字的，而且中間 數(shù)據(jù)的記錄以及處理的原始資料均是數(shù)字的。由于數(shù)字?jǐn)z影測量的快捷，它已經(jīng) 成為傳統(tǒng)建筑測量和重構(gòu)方法的一種有效替代者血。el-ilakim等討論了各種產(chǎn) 生三維模型的技術(shù)并展現(xiàn)了攝影測量技術(shù)相對(duì)于cad技術(shù)的優(yōu)勢(shì)固。近年來， 攝影測量對(duì)歷史建筑在結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和質(zhì)地的兒何建模上有了重大發(fā)展回。1操作步驟 僅依靠圖像，攝影測量技術(shù)可以自動(dòng)完成定向和讀數(shù)，不需要操作者。在整個(gè)建 模和可視化處理過程中，需進(jìn)行以下工作:影像獲取，影像處理，3d模型的產(chǎn)生, 重構(gòu)和可視化。1.1數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)既可以通過攝影機(jī)獲取硬拷

4、貝圖片，又可以通過數(shù)碼照相機(jī)獲得數(shù)字圖像。 如果得到的是碩拷貝圖片，述要通過掃描儀掃描數(shù)字化。攝影測量的相機(jī)分為專 業(yè)相機(jī)和業(yè)余相機(jī)兩種。在攝影之前，這些和機(jī)需要校準(zhǔn)以滿足攝影條件，如果 相機(jī)校正過，從圖片中獲取三維結(jié)構(gòu)是一個(gè)簡單的事情，也就是說，目標(biāo)物的 圖片坐標(biāo)對(duì)于相機(jī)來說是已知的。實(shí)際上，影像是由焦距和投影射線變形的形式 決定的，數(shù)碼相機(jī)的校正是由專業(yè)軟件(比如photo modelcr5)的校正部件完 成的。photo modelers用兩個(gè)階段進(jìn)行和機(jī)自動(dòng)校正，校正后的總誤差低于0. 02的話, 則表明數(shù)碼相機(jī)的校正非常精確。相機(jī)校正后便開始攝影，對(duì)于理想攝影測量， 基準(zhǔn)線/距離的比

5、率，就是兩個(gè)攝站向的距離與攝影機(jī)到觀測目標(biāo)距離之間的比 率應(yīng)當(dāng)在合理的限度內(nèi)，不應(yīng)太小，應(yīng)在1/20 z間，如果建筑物外觀太大，那 么攝影機(jī)要設(shè)置在遠(yuǎn)離建筑物的地方。為了獲得最佳效果,waldhausl和ogleby 提岀了 3x3規(guī)格也。攝影圖片取自建筑物周圍的不同位置，為了得到目標(biāo)物重 構(gòu)的幾何精度并確定參考框架和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，攝像機(jī)的位置需精心安置。1. 2數(shù)據(jù)處理獲取的圖片被輸入到攝影測量圖片建模軟件photomodelcr里。參考點(diǎn)選取比較 容易辨別的地方，譬如:拐角，在另一張圖片上標(biāo)出同名點(diǎn)，同理，建筑物周圍 所有的重要點(diǎn)位都會(huì)在各個(gè)圖片上標(biāo)識(shí)岀來，這個(gè)過程叫做定向。影像的定向定 位對(duì)

6、于影像數(shù)據(jù)的處理很重要。1.3三維模型的構(gòu)建用傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生三維模型是將相互作用的點(diǎn)分割成獨(dú)立的目標(biāo)，然后編譯這 些目標(biāo)，對(duì)于一個(gè)大范圍，建模需要大量圖片，盡管三維坐標(biāo)可以自動(dòng)生成， 仍需人工的干預(yù)。沒有表面或結(jié)構(gòu)的三維模型是個(gè)矢量模型，它有一系列定點(diǎn)和 邊緣構(gòu)造，三維矢量模型是線劃圖。1.4重構(gòu)和可視化三維矢量模型給出了建筑物的形狀，為了得到形象逼真的建筑物影像，結(jié)構(gòu)質(zhì) 地也被加上了，質(zhì)地構(gòu)造是使三維模型更接近于真實(shí)物體，而且能夠使人感知 和理解。質(zhì)地結(jié)構(gòu)的三維模型最終以虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言(vrml)的方式實(shí)現(xiàn)。2模型的精度評(píng)定 通過使用者在圖像上標(biāo)識(shí)圖像坐標(biāo)與相機(jī)校正的圖像坐標(biāo)的差異來評(píng)定模

7、型的 質(zhì)量。對(duì)于處理過的模型坐標(biāo)，計(jì)算它們的精度，最后計(jì)算得到均方根殘差 (rms殘差)。按照photomodeler的要求，對(duì)于一個(gè)好的測量項(xiàng)目，rms殘差應(yīng) 小于3,每個(gè)點(diǎn)的rms值小于1.5,這組數(shù)據(jù)才算精確。3結(jié)束語建筑結(jié)構(gòu)的3d模型對(duì)于研究和重構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)非常重要，數(shù)字?jǐn)z影測量已經(jīng)成為 傳統(tǒng)建筑測量和重構(gòu)的有效替代者。木文闡述了攝影測量在精確三維模型和可視 化中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了處理過程中的主要工作一一影像獲取，影像處理，3d 模型的產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)和可視化以及模型的精度評(píng)定，以期對(duì)于建筑建模和可視化 相關(guān)研究提供借鑒。參考文獻(xiàn)1 閔芳，張志先，楊功廷基于open gl的三維建筑可視化研究與

8、仿真j.現(xiàn)代 電子技術(shù)，2016, (2) : 78-812 趙紅強(qiáng)，成曉倩，韓瑞梅多基線數(shù)字近景攝影測量在建筑工程中的應(yīng)用j. 測繪與空間地理信息，2016,仃2) :33-36.3 沈文慧，寶力杰，姚姝娟數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)在三維建模中的應(yīng)用j.西部 資源，2015, (02) :111-115.4 ilerbig u，waldhusl p. architectural photogrammetry information system, october 1-3，gotcborg，sweden，isprstntcrnational archives of photogranmetry nnd

9、remote sensing, volume xxxii, part 5clb:23-27.5 e1-hakim s f, whiting e, gonzo l, et al. 3d reconstruction of complex architectures from multiple dataj tsprs tnt.workshop on 3d virtual rcconstruetion and visualizeition of complex architcctures, venice-mcstre, august:22-24.6 曹永康，寇新建，張延猛利用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)獲取古建筑物兒何信息j. 古建園林技術(shù)，2010, (01) : 19-20.7 waldhausl p, ogleby c.3x3 rules for simple p