DJI Mavic 3E毫米级精细化建模！让高精度三维模型与游戏结合
2018年精灵 4 RTK的发布，迎来了平民化、高精度航测的普及。实景三维建模的场景和应用范围越来越大，其测绘精度也得到了业界认可。在精细建模方面，我们先后使用精灵4 RTK、经纬 M300 RTK在乐山大佛、花山岩画、飞虹塔等场景完成了数据采集，成功经验也同时得到了广泛的传播。由于实景三维建模在水系、植被等场景重建效果较差，场景浏览缩放比例问题，使得实景三维建模成果在非业内人事眼中观感较差，场景存在“瑕疵”，较弱的交互体验，很难达到沉浸其中的感觉。
乐山大佛
花山岩画
近两年，陆续有公司利用扫描资产，将真实场景进行数字化后与游戏场景进行结合，如《黑神话：悟空》的部分场景。游戏公司制作扫描资产是为游戏场景服务，将虚拟的游戏背景与真实场景结合，虚实结合让玩家有身临其境的感觉。那么我们也可以将大场景快速建模与小场景精细建模结合，利用游戏引擎重建实景三维模型表现不好的部分，通过第三人称视角或VR视角进行浏览，打造完全真实的地理信息场景，让用户可以沉浸式体验。
传统游戏资产扫描方式
《黑神话：悟空》场景中山西晋城玉皇庙的二十八星宿彩塑
测试目的明确后，我们就需要一个真实场景进行数据采集。经相关单位许可，批准我们对誉为“天下第一雄关”的嘉峪关景区进行数据采集。恰好我们拿到了行业版的DJI Mavic 3E测试样机，因此我们将嘉峪关景区作为测试场景，利用DJI Mavic 3E进行小场景精细建模，对制作流程及效果进行验证，最终场景制作效果如下：
传统游戏资产采集，靠长时间的人力手持扫描仪去对场景中做模块化扫描，并且较大的建筑无法做扫描，同时工期也很长。使用无人机可以轻松克服空间障碍，结合我们提供的自动航线规划解决方案，可以轻易获取高精度、高分辨率实景三维模型，有效降低场景的扫描的时间与资金成本。实现上述视频效果，我们将制作流程大体上可以分为三个部分，外业采集、内业处理、场景编辑。
外业采集
外业采集要充分考虑场景展示需求，因此对数据采集环境光要求很高。我们选择阴天进行数据采集，尽量消除环境光对模型制作的影响，最终在游戏引擎内通过实时渲染表现模型的光影变化。
如果整个景区都进行毫米级分辨率的数据采集，那么最终模型数据量会非常大，而且并不是每一个区域都需要重点采集。因此我们对场景的主次关系进行了划分，针对展示的重点区域进行毫米级分辨率的采集，非重点区域在保证采集效率的前提下尽可能的提高采集分辨率。
三座阁楼为重点采集区域
我们最终制定的采集方案是使用经纬 M300 RTK搭载禅思P1，对景区的完整范围进行正射和环绕，对附属建筑群与城墙分别进行环绕，对城墙步道等再进行正射补充。通过这几组航线，完成了对整个场景基础框架的搭建。最后，使用Mavic 3E对景区的三座城楼进行毫米级精细建模数据采集，完成对重点区域的数据采集。
由于当时我们正在适配M300 RTK V4版本固件的航线，我们还测试了基于点云的立面扫摆航线规划。
点云航线规划可以精准拟合待测结构外轮廓，纵向也能够根据待测结构内凹、外凸生产相应航线，更好的还原兴趣区域结构及纹理。从对比效果看，相同影像分辨率的情况下，Mavic 3E与禅思 P1的相机的模型成果给人的观感大体一致。智能扫摆功能可以增加采集角度，减少影像采集视觉死角，但是相应的影像数量也会增加4倍。禅思P1的模型纹理效果稍有偏暗，这是因为当时还无法进行风格设置。目前，在最新固件的M300 RTK的遥控器上，用户就可以根据个人偏好对影像风格进行调节。
航线设计我们使用航迹大师以及巡检大师的点云航线设计模块完成。航迹大师设计了常规的测绘应用场景航线，包括：仿地正射、环绕航线、以及针对步道的带状正射。这三组航线依次降低飞行高度，提高数据采集分辨率，可以提高空三通过率，保证兴趣区域建模效果。
外业采集航迹展示
本次测试外业采集是我们第一次在外业采集工作中正式使用M3E，M3E小巧轻便， 配有4/3 CMOS 大传感器、相机采用了机械全局快门最快0.7秒的间隔连拍，与M300一样支持最新的航点开放协议，通过航迹大师进行航线规划设计，与精灵4 RTK相比更加灵活智能，可以充分胜任小场景精细建模作业。由于作业区域是景区，游客流动较大，小巧轻便的特点，也让我们在作业过程中更加放心。
内业处理
我们充分秉持内业指导外业的作业理念。外业人员需要懂得内业数据处理的原理与弊端，在数据采集时回避相应问题。在采集时我们已经考虑了分辨率渐进变化，因此空三处理比较平顺，一次即可通过。在这里我们主要强调几个注意事项：模型轻量化、环境光影、模块化处理。
实景三维模型是由三角网格和对应的贴图纹理构成。三角网格越密集，则结构还原越准确；贴图分辨率越高，则纹理越清晰。更密集的三角网格和更细致的纹理，占用空间也会更大。本次数据采集的模型，未经轻量化处理的原始成果，空间占用超过100GB，而进行轻量化后减少了一个量级，仅15GB。针对本次项目，我们再次优化了减面流程，将三角网格减少了90%。贴图纹理分辨率几乎没有损失的情况下，我们将模型的空间占用减少到原始模型的10%。略微的结构损失，基本不影响效果的呈现。模型轻量化的主要目的是更顺利的将模型导入游戏引擎，同时确保操作更流畅，终端运行不卡顿。
如果是制作CG资产，对模型有严格的面的数量、面的形状、法线贴图等要求，可以通过减面、重拓扑、展UV、高低模纹理映射等后期实现。
如果在有强太阳光且斜射时，过大的明暗对比，会导致成果模型保留了采集时的影调，在后期场景动态光照下会干扰阴影的实时渲染。
所以我们尽可能的等待阴天进行作业。如果采集到有阴影的数据怎么办？也可以对模型进行delighting处理，去除环境光（包括阴影）的干扰。
去环境光对比
模块化处理
结构三角网格的非一致性分布，整体处理会导致模型减面的结构变化不一致，减面结果不合理。并且场景展示的重点区域也不一样，重点展示的区域可以保留较多的三角网格面，反之则保留较少。所以对整个场景要进行模块化处理，依照重点、主次关系进行分类。
模型中地面占有较大的比例且纹理单一，减少地面的三角网格并不会对观感来带很大的影响。模块化处理的思想就是针对每个区块的特点进行单独处理，不但不影响观感，还可以减少工作量，提高工作效率。
场景编辑
在对模型进行处理过后，完成场景中的植物、地形进行拼装，对环境、天气和光影进行调教，最终生产出完整的模型成果。
利用管线建模软件生产与场景内真实存在的树木一致的模型。
给场景用的植物建模
地形系统
建立可视范围内的山体模型并与实景模型融为一体。
地形雕刻演示
灯光系统
调节场景内定向光源的角度、颜色、光晕、强度。
定向光源调节
场景搭建
将模块化扫描的模型、植物建模的模型和其他PBR流程的模型进行搭建。
以及将外部3ds max、Substance Painter等建模贴图绘制软件制作的PBR模型导入场景内，并进行蓝图编程。
最终实现模拟遥控Mavic 3E在场景中自由游览。
拼装
将所有模块化建模的资产进行拼装。
交互
使用HTC VIVE的VR眼镜，对场景使用进行第一人称视角的自由游览
其实早在2年前，腾讯的TGDC大会上就已经将无人机扫描建筑用于游戏场景的制作，但受限于当时航线不能全自动规划自主飞行，无法保证采集物体每个面的GSD一致，至今并未大范围使用。
Mavic 3E的发布，让我感觉到这种应用模式有了普及的可能。与精灵4 RTK相比，Mavic 3E更加小巧灵活，低至0.7s的曝光间隔，极大提升了作业效率。与M300 RTK相比，Mavic 3E成本更低，执行航线所需要的操作空间也更小。结合最新的航点协议，让我们的WayPoint Master（航迹大师）与Detailed Inspection Master（巡检大师）设计的航线可以快速兼容Mavic 3E，大大降低了精细模型采集的设备成本与作业难度。
将游戏引擎与实景三维模型进行结合，可以更好的打破专业人士与非专业人士对实景三维表现认知偏差的壁垒。结合各个公司针对Unreal发布的插件，也可以降低游戏引擎进行地理信息化的难度。我个人认为是实景三维建模未来发展的一个重要方向。本次测试案例外业采集仅有2.5天的时间，有很多预期的数据尚未采集，其中的内业处理及场景编辑流程分享也为抛砖引玉。希望大家积极交流，更好的推广技术应用，让任何一家公司或者工作室都可以生产3A级的扫描资产，广泛应用于数字文保、城市规划、影视作品以及游戏场景的制作。
如您对本次案例场景制作流程感兴趣，可以添加微信：wxc2431445287和我联系。