無(wú)人機傾斜與BIM三維建模及數據融合探討

　　無(wú)人機傾斜攝影三維模型與BIM三維模型特點(diǎn)的基礎上，實(shí)現對兩類(lèi)模型的創(chuàng )建與融合，并分析融合后的相關(guān)應用，以期為城市規劃、建筑設計等領(lǐng)域的三維建模提供寶貴的應用借鑒。

　　1.1 傾斜攝影三維建模關(guān)鍵技術(shù)

　　無(wú)人機傾斜攝影測量技術(shù)是利用在無(wú)人機上搭載多鏡頭的傾斜相機，全方位地采集目標地物的影像，以獲得地物表面豐富的紋理信息。其中，利用鏡頭垂直拍攝得到的像片稱(chēng)為垂直影像，與地面成不同角度拍攝得到的像片為傾斜影像，從而可收集到各個(gè)角度的紋理信息。利用全方位的傾斜影像數據，經(jīng)數據預處理、誤差校正、平差解算、生成高密的三維點(diǎn)云數據、自動(dòng)構建三角格網(wǎng)(TIN)，最終建立逼真傾斜攝影三維模型，常用的建模軟件為BentleyContextCapture(由美國B(niǎo)entley公司開(kāi)發(fā)的應用于工業(yè)設計的軟件)。而基于無(wú)人機傾斜攝影測量構建實(shí)景三維模型的關(guān)鍵技術(shù)包括影像數據預處理、誤差糾正、勻光勻色、區域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、紋理映射等。

　　1.2 BIM三維建模關(guān)鍵技術(shù)

　　BIM技術(shù)受到了各個(gè)行業(yè)的密切關(guān)注，特別是建筑設計行業(yè)，對BIM三維建模技術(shù)的研究已成為其行業(yè)的熱點(diǎn)。BIM技術(shù)構建建筑三維模型的關(guān)鍵技術(shù)包括信息交換標準、三維數字技術(shù)、數據存儲及訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)、信息集成平臺等。

　　首先，信息交換標準方面。BIM主要依托模型貫穿于整個(gè)項目從設計、施工和運營(yíng)等各個(gè)階段。事實(shí)上，BIM模型的應用更準確地說(shuō)是信息的不斷傳遞、集成與更新。因此，實(shí)現信息的有效交換成為了BIM技術(shù)應用不可忽視的過(guò)程，特別是三維設計階段的模型信息，是項目整個(gè)后期運作的關(guān)鍵。所以，信息轉換標準成為了BIM三維模型設計的一項關(guān)鍵內容。

　　其次，三維數字技術(shù)方面。三維數字技術(shù)是BIM建模技術(shù)的基礎支撐，也叫數字建筑，涵蓋了建筑物所有的幾何、紋理、性能等各方面的信息，并進(jìn)行有效集成。工程技術(shù)人員可從BIM模型中獲得材料、光源、視角等信息，并可通過(guò)調整BIM模型的設計對3D建筑場(chǎng)景進(jìn)行改變，從而提高了工作效率。

　　再次，數據存儲及訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)方面。BIM數據基于項目實(shí)施階段的不同可分為設計、施工和運營(yíng)等階段的數據。根據存儲格式的不同，可劃分為結構化數據與非結構化數據，BIM模型還可分為IFC標準模型和專(zhuān)業(yè)軟件模型。對于數據存儲，可從以下3個(gè)方面來(lái)實(shí)施BIM數據的有效存儲，即搭建可靠的數據存儲平臺、構建高效的訪(fǎng)問(wèn)機制、建立數據分類(lèi)和組織機制。

　　最后，信息集成平臺方面。該平臺是BIM三維建模不可或缺獲取的組成部分。由于其模型的信息資源貫穿于項目的全生命周期，從而產(chǎn)生不斷的信息更新，為了有效地管理與維護這些更新的數據或信息流，需要依靠信息集成平臺來(lái)實(shí)現，它既能綜合了各類(lèi)模型數據的信息，還將項目不同階段間的信息進(jìn)行有效集成，乃至對不同建筑實(shí)體間的邏輯關(guān)系進(jìn)行集成。

　　1.3 兩類(lèi)模型融合的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.3.1模型融合的平臺選擇

　　首先，三維建模軟件ContextCapture可兼容多種數據格式，可將模型分別以OpenSceneGraphBi-nary文件(.osgd)、LotreeexportLo、3mx等格式進(jìn)行導出。其中，.osgd主要是以二進(jìn)制存儲并自帶嵌入式鏈接紋理數據，.osgd文件主要是將三維模型數據歸并為一系列連續的對象來(lái)進(jìn)行數據管理。它與軟ContextCapture特殊的.s3c格式相同，都是以文件形式進(jìn)行存儲與管理，并以瓦片的形式來(lái)進(jìn)行操作，缺點(diǎn)是三維模型數據量比較大。在建模過(guò)程中，軟件能將目標區域劃分成幾個(gè)小區，小區再細分為瓦片數，瓦片之下為其他層級的金字塔數據。

　　其次，應用Revit軟件創(chuàng )建的BIM模型，通常以rvt或fbx等格式存儲。fbx以二進(jìn)制形式存儲，是封閉的且能在不同平臺上實(shí)現三維數據交換的數據格式，以場(chǎng)景的形式保存著(zhù)數據集合。fbx格式的修改與轉換通常由Autodes公司提供的基于C++或Python的SDK完成，它以多叉樹(shù)的結構來(lái)儲存三維模型及模型構件信息。

　　本研究主要嘗試利用skyline軟件來(lái)完成對這兩類(lèi)建模技術(shù)所生成的三維模型進(jìn)行融合。Sky-line軟件平臺擁有傾斜三維模型和BIM模型的數據導入接口，即skyline能兼容這兩種數據格式，并能以3DM(3Dmeshlayer)格式進(jìn)行統一存儲。3DML是skyline軟件提供給用戶(hù)的一種三維模型數據服務(wù)標準，能使skyline將各類(lèi)三維數據模型統一起來(lái)，建立成三維空間數據庫，以便于在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布與數據共享，從而實(shí)現三維數據的大眾化應用。此外，模型融合后，BIM模型的屬性信息仍然保留，在skyline軟件中實(shí)現建筑物屬性?huà)燧d，便于后期各部門(mén)的管理。

　　1.3.2技術(shù)路線(xiàn)

　　在充分了解傾斜攝影三維模型與BIM模型數據的存儲方法與格式后，綜合考慮各軟件平臺對三維模型數據的支持程度，本研究最終選擇skyline軟件平臺對這兩類(lèi)模型進(jìn)行融合。