【科普】几种常用实景三维建模方法的探索

日前，自然资源部办公厅关于全面推进实景三维中国建设的通知正式发布，随着“实景三维中国”建设计划的推进，大规模、大范围、高精细的实景三维生产需求日益增长，实景三维建模方法在商业软件迅速发展的背景下也百花齐放。今天就带大家从方法原理和特点来系统了解几种建模方法。

01

人工建模

A.  获取数据：利用 GNSS-RTK 或全站仪

建模软件：利用 3DSMax、Skyline、Sketch Up等传统的三维建模软件人工建模。

方法原理：利用平面信息的基础上建立没有纹理的三维模型。模型中的纹理需要人工拍照后贴到三维模型上。

方法弊端：工作量大，费时费力，生产成本高，效率低下。

 精细指数：✧✧✧✧✧   成本指数：✧✧✧✧✧

B.  传统遥感技术、卫星和航空摄影测量技术

方法原理：利用快速影像匹配技术，生成DOM需要手动或者半自动人工地物的采集的方式获取影像的建筑物表面纹理。最后实现基于低分辨影像的三维建模。

方法优势：遥感影像覆盖范围广、成本低而且较高的分辨率所以能够快速获取精确的数据。目前商用卫星影像数据比如0.31m的worldview-3卫星影像，通过几何纠正，也能获得高的精度。

方法弊端：这种方式三维建模存在遮挡问题严重，建筑立面纹理数据获取成本较高，内业贴图费时费力。

 精细指数：✧✧✧✧   成本指数：✧✧✧✧

02

无人机航飞

A.常规航线设计

原理：同一台无上搭载着五镜头相机从垂直、角度采集影像数据、获取俯视的纹理数据和定位信息。

技术优势：高分辨率、完整的地物纹理信息、高效自动化的三维模型生产

缺点：采用可见光进行测量，对天气要求较高，并且对密集植被下的地形无能为力，对细小物体的建模能力不足。

适用场景：倾斜摄影可以获取具有真实纹理的三维数据，适合做大范围三维建模、一些对精度要求稍低的三维工程测量应用。

精细指数：✧✧   成本指数：✧

B.仿地航线设计

原理：同一台无上搭载着五镜头相机从垂直、角度采集影像数据，飞行器能根据地面起伏（基础数据：DSM）以相对恒定的高度飞行，不仅能够保障飞行器的安全而且成像质量也会有极大提升。

技术优势：高分辨率、完整的地物纹理信息，高效自动化的三维模型生产

缺点：采用可见光进行测量，对天气要求较高，并且对密集植被下的地形无能为力，对细小物体的建模能力不足。

适用场景：起伏较大、大范围的山体，精度高于常规航线设计，可达到厘米级精度要求。

 精细指数：✧✧✧    成本指数：✧✧ 

C.贴近摄影航线规划

原理：面向对象的摄影测量（object-oriented photogrammetry），它以物体的“面”为摄影对象，通过贴近摄影获取超高分辨率影像，最终生成超高精度三维模型。

技术优势：高分辨率、完整的地物纹理信息，高效自动化的三维模型生产

缺点：采用可见光进行测量，对天气要求较高，并且对密集植被下的地形无能为力，对细小物体的建模能力不足。

适用场景：超高精度要求的独立房屋、电塔、地质灾害、水文等设施。大范围高精度要求的三维建模。

 精细指数：✧✧✧✧✧    成本指数：✧✧ 

注释：仿地摄影是根据DSM的高程改变飞行高度。这样可以部分减少不同影像间比例尺的差异。但仿地摄影不会顾及地形或地物的坡度与坡向不同而改变摄影机的‘姿态’角。

03

激光雷达测量

原理：激光雷达系统包括激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。

技术优势：具有穿透植被的能力；

缺点：不能获取被测物体颜色纹理，内业贴图，工作量巨大；且激光雷达设备价格较为昂贵。

适用场景：获取的高精度点云数据测量精度高，适合做高精度地形测量与工程勘测、以及对精度要求很高的工程测量应用

 精细指数：✧✧✧    成本指数：✧✧✧✧ 

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来源：竹山数据

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