倾斜摄影开创三维地理信息新时代

倾斜摄影技术的出现带来了革命性的变革，客观表达现实三维世界成为可能。通过倾斜摄影技术构建的三维模型，使抽象回归真实，不但具有地面全要素重建特性，还能保证更精准的模型位置关系，开创了三维地理信息的新时代。

自古以来，人类了解世界最直观的方式就是通过自己的双眼，看到的是一个五彩缤纷三维客观世界。但是，从早期的纸质地图到现在的电子地图、卫星影像，均是用特定的测绘语言对客观世界的抽象表达，这与真实地理环境还有较大的差距和不同。倾斜摄影技术的出现带来了革命性的变革，客观表达现实三维世界成为可能。它通过在同一飞行平台上搭载多个传感器，从一个垂直、多个倾斜角度同时采集影像，真实反映地表客观情况，并通过先进的POS设备，赋予三维模型精准的地理信息。因此，通过倾斜摄影技术构建的三维模型，使抽象回归真实，不但具有地面全要素重建特性，还能保证更精准的模型位置关系，开创了三维地理信息的新时代。

地图技术发展到现在，从对现实世界的抽象，到卫星影像的处理，始终未脱离二维的范畴，为符合大众的视觉习惯，必须尝试对三维世界进行还原。最初的数字城市三维模型，是在人工测量矢量数据基础上，通过人工拍摄获取材质建模，这种方法效率低、周期长、模型精度难以保障，成果水平良莠不齐。属于城市景观的选择性重建，而不是对客观世界的还原。倾斜摄影技术的应用，改变了这种劳动密集型的作业局面，只需几个作业员，将整理好的倾斜摄影像片输入街景工厂，通过自动空三匹配、构建TIN网、材质贴图等关键技术，再对各类参数加以调整，便能够生产出精确逼真的实景三维模型。以八个节点的街景工厂为例，其制作效率与显卡等级成正比，能达到7~10平方公里/天的三维建模产出水平，使得短期内完成海量城市三维重建成为可能。

从模型的质量上讲，人工建模的选择性较强，许多部分会省略。在地表建模上，依赖于DEM数据的精度，地面材质也很难真实表达。倾斜摄影构建的实景三维模型为地表全要素还原，不仅建筑模型按比例还原，对地面、各种设施的精细TIN网表达也是依赖DEM信息生成的人工地面模型无法比拟的，而用来贴图的多角度影像更是在多达数十张甚至上百张的影像中择优挑选，这种对真实世界的无差别还原是以往任何技术难以做到的。与传统测绘技术相比，正射影像只能看到建筑的屋顶，实景影像仅从道路两侧的视角观看，全景像片也只是固定点位的浏览，而倾斜摄影构建的模型能够从全方位自由观看，同时具备量测功能，因此，这是测绘新技术与计算机图形算法碰撞的结晶，是测绘领域的一次重大技术革命。

为追求更精细的模型效果，倾斜摄影拍摄方式经历了从高空到中低空的发展阶段，航片质量决定了模型材质细节，高分辨率的模型为城市管理带来更多可能。逐渐轻便化的倾斜航拍镜头、微型POS系统也促进了无人机拍摄的蓬勃发展。运输机以其作业效率高，飞行姿态好的优势成为数字城市制作的首选；而无人机、动力三角翼则凭借起降方便、低空高分辨率作业、以及低成本的特点，在小区域精细数据的获取上更加灵活。无人机倾斜影像构建的实景三维模型，在窗户、广告牌文字、室外楼梯这些细节上处理更加丰富，因此许多行业应用可以更深入的进行开发。

由于实景三维的材质来自真实像片，因此在模型结构、建筑颜色、细节清晰度等方面更适合旅游体验、情景再现、应急演练，给观看者真实而震撼的感觉。但实景三维模型不仅是用来看的，其上每一点都具有真实、准确的三维地理坐标，可供用户按需测量和计算，这些均来自对航片信息与POS信息的空三解算，因此实景三维也是具备测绘级精度的模型产品。

在真实精度的支撑下，实景三维可发挥更大的价值。如在城市建筑立面改造的成本核算中，再不用外业队伍拿着全站仪、三维激光扫描仪去搬站采集每个建筑的立面，而在屏幕前即可轻松完成楼体量测，计算面积，对缺失的建筑部分还能对结构模拟还原，估算修缮的成本；在灾情的沙盘演练中，受灾房屋的高度、附近消防车辆能够赶到的最短路径，人群离疏散场所的距离，都是真实可靠的数据，演练结果能够起到辅助决策的作用。

未来，倾斜摄影技术将广泛应用于城市管理等各个方面，倾斜摄影构建的三维模型，比人工建模有更深刻的沉浸感，让使用者能轻易识别出所在位置。随着智慧城市建设不断深入，各类行业应用要想被公众接受和使用，零学习成本的富信息数据必不可少。随着智能手机的推陈出新，处理能力有了很大的提升，在移动端开发的实景三维APP应用，将让大家所见即所得，真正做到生活尽在掌握。将实景三维作为数字城市和智慧城市建设的本底数据，在其上开发各类行业应用，更容易被大众所接受，使得运用倾斜摄影构建城市实景三维模型逐渐成为数字城市和智慧城市建设的技术亮点。

随着互联网的飞速发展，地图在互联网中的应用越来越广泛，而实景三维模型为互联网地图服务提供了新鲜血液，给互联网地图应用带来新的启发，它所提供的对微缩世界的浏览与真实的测量体验为广大人民的工作与生活带来极大的便利，将会创造更大的地图服务市场。凭借倾斜摄影技术，全国几百个地市级城市将率先完成市区海量建模，想象一下，偌大的城市在屏幕前变成一个小小的村落，在实景三维面前仿佛变得触手可及，供人们欣赏与使用。而我们在传统三维系统研究中取得的成果也将会延续，许多功能都可以方便的移植到实景三维中，只需更换数据，即可开展项目研发，最近超图软件发布的SuperMap GIS 7C（2015）还实现了实景三维的整平功能，为城市规划提供便捷的模型替换功能。还有多源数据的二、三维联动显示，与实景全景相结合实现空、天、地一体化的模型采集，这些均会增强实景三维的模型质量，为公众提供更友好的用户体验、为行业提供更丰富的地理信息服务。

为将倾斜摄影技术推向全国，形成地理信息行业的新力量，2014年，由业内多家优秀企事业单位发起成立的全国倾斜摄影技术联盟，整合数据获取、建模生产与应用研发的力量，以产学研相结合的方式，为公众和政府提供实景三维的整体解决方案。逐步将实景三维产品应用在各个社会领域，成为行业数据的基础，使地理信息产业发生深刻的变革。相信在不远的将来，基于倾斜摄影技术构建的实景三维产品会遍布我们每个人的桌面、手机中，融入我们的生活，终将实现“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”的伟大梦想。【作者：国家测绘地理信息局经济管理科学研究所（黑龙江省测绘科学研究所）所长 黄杨】