基于摄影测量的高精度三维城市建筑物建模技术

24测绘信息与工程　JournalofGeomaticsOct.2007;32(5)

中图分类号:P231　　　文献标志码:B

文章编号:100723817(2007)0520024203

基于摄影测量的高精度三维城市建筑物建模技术

赖玲莉1　许妙忠1　李　明2

(1武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室;2武汉大学国际软件学院,武汉市珞喻路129号,430079)

摘　要　分析了摄影测量三维城市建筑物建模的需求和摄影测量方法在建筑物三维重建和三维城市建筑物数据更新方面的优势,讨论了基于摄影测量的三维城市建筑物建模的方法、流程和技术,实现了大范围城市建筑物和单个复杂建筑物的高精度三维重建。

关键词　数字城市;摄影测量;三维城市建筑物重建;数据更新　　全球化、信息化是未来城市经济发展的总趋势,实现城市信息化是一个城市融入全球化浪潮的必要条件,而城市信息化的最显著特征就是数字城市的建立[1]。数字城市的表现形式主要是三维模拟和虚拟现实两种。这两种表现形式在建筑物上都要求建立三维模型,其建立模型的对象主要有两种:一种是对整体建筑群进行三维建模,需要快速、高精度的重建大范围的城市建筑物;另一种是对单体建筑进行三维建模,可以是对城市建筑物更新区域的三维重建,下,其作业速度特别是在数据。对于变化区域或较复杂的建筑物,可结合地面近景摄影测量获取其数据,采用相应建模技术重建其三维模型。建筑物模型的可视化效果对于整个三维城市模型的逼真表达具有其他地物类型不可替代的作用,针对基于摄影测量的建筑物建模技术研究是必要的。

化等,极大地推动了数字摄影测量的实用化进程。目前,关于直接在立体航空影像上进行自动或半自动的提取屋顶数据,无论是计算机界还是摄影测量界都进行了大量的研究[4],但是在这方面的进展并不理,,经过解析摄影测量阶。目前,数字近景摄影测量己经突破了传统的近景摄影测量理论,能快速对变化区域建筑物进行三维重建,实现三维城市模型数据的及时更新,还可对航测方法无法重建的城市建筑物对象进行快速三维重建。随着数码相机的广泛应用,价格愈来愈低廉,利用数码相机所获取的影像进行建筑物的三维重建与量测是数字近景摄影测量发展的必然趋势,也是其研究热点与难点之一。

2　大范围建筑物的数据获取

基于摄影测量的三维城市建筑物模型重建,主要采用遥感影像以及基于数字摄影测量平台的数据采集方式采集大范围内的一般建筑物,对于较复杂的建筑物可将其三维数据导出,根据实际调研测量,利用其他建模策略获得其真实的三维模型,再追加到整个范围的三维模型中。

基于摄影测量工作站的特征数据获取,一方面需要遵循摄影测量的一般原则与流程,另一方面需要按照建立三维几何模型所制定的一系列规范与流程进行操作。基于数字摄影测量工作站特征编码数据获取的基本流程,包括数字摄影测量工作站的编码设置、测区分区划分、建筑物辨识与数据采集、数据导出与三维建筑物模型的编辑与检查等。三维建筑物数据采集的具体操作一般包括以下几个方面:

1)辨别建筑物类型,并将建筑物的结构进行恰当分解。2)在摄影测量工作站中选择相应特征编码。

3)按照该特征编码的相应采集方法进行特征点采集,

1　数据的获取方法

在数字城市建设中,建筑物除了表达其基本平面位置及高度信息外,还需表达其色彩纹理与几何外形特征,这些几何外形特征往往体现三维对象特别是建筑物对象的独特风格。但由于城市环境中建筑物之多,如果采用传统测量方法,其工作量之大令人难以忍受[2]。因而有许多学者对如何获取建筑物的几何外形特征(或要素方面)进行了深入研究。摄影测量技术由于其自身特点和优势,使用越来越普遍。

摄影测量主要是在像片上进行量测和解释,无需接触物体本身,较少受自然和地理条件限制,且能同时获取大量复杂的三维城市模型之几何信息与表面纹理信息。在数码城市中,建筑物的三维重建是一项很重要的工作。航空影像是建筑物重建的主要数据源,特别是数字摄影测量技术为三维城市数据的获取提供了最经济、快捷的方法,还可及时检测城市建筑物的变化并进行更新[3]。

随着影像匹配等理论与实践的发展,对摄影测量的自动化与半自动化起到了非常关键的作用,特别是影像定向的自动化、空中三角测量的自动化、DEM与正射影像生成的自动

项目来源:国家“863计划”资助项目(2006AA12A115)。

按采集顺序自动记录其用户码。

4)结束此特征码相关的所有特征码。5)进入下一建筑物的特征点采集。

测绘信息与工程　JournalofGeomaticsOct.2007;32(5)

三维特征编码数据的采集过程应遵循预先定义的特征编码及其相应量测方法,以尽量少的特征点表达地物的完整特征。在建筑物三维建模中,建筑物分类和编码是一个关键的问题。一方面在建筑物数据获取时要对建筑物进行分类,同时结合摄影测量工作站所提供的建筑物编码进行选择;另一方面在后续建模过程中,利用这些编码对建筑物进行分类。

在所需采集的地物实体的特征数据量测完成后,将特征编码数据导出,供后续自动建立三维几何模型使用。

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1)利用相机检校模板和PhotoModeler自带的相机检校

程序,对所用相机进行检校并建立其参数信息。

2)在目标上标定特殊点、线和面,然后利用数码相机在

作业现场摄取目标和控制点的数字像片。

3)将所获取的像片输入计算机。

4)识别并标记像片上控制点和同名特征点,进行影像

匹配。

5)利用PhotoModeler摄影测量模块生成目标点3D数

3　建筑物的三维建模

建筑物三维特征编码数据只是表达三维模型几何结构的特征点,各特征点间以及表面与表面间的相互关系隐含在编码数据文件中的特征码与用户码中。地物的三维表面模型还要通过建模软件才能真正自动地建立起来[5]。建立三维城市建筑物模型的数据处理流程如下:

1)将特征编码数据文件转换成建模软件可用的格式。

据流。

6)对简单建筑物直接建立建筑物含贴图的三维模型,

对复杂建筑物转入AutoCAD软件建模[7]。

如果采用高精度数码相机,严格控制数据,会取得更好的效果,并且可用于其他领域复杂表面构件的高精度三维测量。

5　应用实例

1)航测法重建大范围建筑物三维模型实例。主要以CyberCity项目巴黎测区为实例,在转换过程中,系统将自动进行基本的拓扑检查并提示错误。通过编码数据可返回数字摄影测量工作站,对照相应地物立体模型重测或进行修改。

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