怎樣基于多源數據融合實(shí)現實(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建模3種。人工建模模型效果好，缺點(diǎn)是周期長(cháng)、非實(shí)景建模，一般適用于小范圍、單個(gè)對象建模；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、細節效果不夠好,一般適用于大范圍建模；地面激光雷達抗干擾強、效果好，但成本較高、范圍小，一般適用于古建筑、單個(gè)對象。

傳統的傾斜攝影在數據采集過(guò)程中，存在物體遮擋、航攝盲區等客觀(guān)因素限制，造成三維模型扭曲、空洞、紋理拉花等問(wèn)題?；跓o(wú)人機傾斜攝影、機載激光雷達、地面激光雷達融合建模的方法，同時(shí)采用大疆無(wú)人機補拍重點(diǎn)建筑紋理數據對傾斜攝影數據進(jìn)行補充，將4種數據相融合進(jìn)行實(shí)景三維重建，可以獲得高效率、低成本、精細化的實(shí)景三維模型。

一、傾斜攝影數據采集及處理

1.影像數據獲取

五鏡頭傳感器相機采集5個(gè)角度的航攝影像。

利用無(wú)人機補拍重點(diǎn)建筑紋理數據。

2.影像數據處理

圖像數據預處理：對采集影像進(jìn)行檢查和預處理，主要包括航片質(zhì)量檢查、航片勻色等。

空中三角測量：可使用重建大師軟件結合POS系統提供的外方位元素和相機安裝位置關(guān)系，模擬包括傾斜影像在內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)匹配結果。

二、機載激光點(diǎn)云數據采集及處理

1.機載點(diǎn)云數據采集

根據設備性能、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)、基站架設等。

2.機載點(diǎn)云數據預處理

對原始數據進(jìn)行解碼,將基站觀(guān)測數據、基站坐標和機載GNSS觀(guān)測數據、IMU數據導入軟件進(jìn)行POS數據處理。

采用控制點(diǎn)檢查的方式檢查點(diǎn)云數據精度。

三、地面激光點(diǎn)云數據采集及處理

1.數據采集

地面掃描時(shí)，需對掃描場(chǎng)景進(jìn)行掃描區塊劃分，拆分為多個(gè)合理的區塊，各區塊之間要有重疊，且對各區塊提前進(jìn)行掃描線(xiàn)路規劃，盡可能?chē)@地物繞8字形閉合線(xiàn)路。

2.點(diǎn)云數據預處理

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

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)或人為設置公共靶標進(jìn)行配準；人工配準則需要人工選取不同的特征點(diǎn)，利用多組特征點(diǎn)計算得出旋轉矩陣完成拼接。

點(diǎn)云坐標系轉換：拼接完成后的點(diǎn)云數據通過(guò)控制點(diǎn)進(jìn)行坐標轉換到CGCS2000中。

四、基于多源數據融合三維實(shí)景三維建模

首先利用重建大師進(jìn)行多源數據融合三維模型生產(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)云和機載、地而采集的點(diǎn)云通過(guò)賦予不同的權重進(jìn)行點(diǎn)云融合、配準，共同構建不規則三角網(wǎng)TIN；然后對三角網(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、多源數據融合建模與傳統傾斜攝影建模對比

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

從模型效果上來(lái)看,傳統傾斜攝影測量生成的模型有部分結構缺失，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，使得采用傳統傾斜攝影房檐下模型結構生成不完整，紋理扭曲、拉花嚴重。采用多源數據融合技術(shù)可使模型的效果大大提升，如房檐下模型結構完整，地下部分結構清晰可見(jiàn)，紋理清晰。