背景
隨著傾斜攝影技術的迅猛發(fā)展，現(xiàn)在市場上傾斜攝影航攝數(shù)據(jù)處理和三維模型等成果生產(chǎn)軟件多種多樣各有特點，如何制定一個大家認同且合理的標準是值得大家討論和深思的問題。在全國傾斜攝影聯(lián)盟主辦的傾斜攝影微課堂泰瑞專題課程中，泰瑞CTO黃棟博士以議題的形式，針對“傾斜攝影航攝數(shù)據(jù)處理和三維模型等成果生產(chǎn)標準制定”進行了研討。
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泰瑞CTO黃棟博士，于德國卡爾斯魯厄大學獲得計算機博士學位。北京航空航天大學軟件學院特聘教授。曾在西門子公司通訊安全研究中心(SiemensCorporateResearch)工作,從事信息系統(tǒng)集成和通訊系統(tǒng)開發(fā)工作。專業(yè)領域包括移動互聯(lián)網(wǎng)和基于位置服務應用研發(fā)和設計，SCADA和智慧工廠，GIS系統(tǒng)以及智慧城市系統(tǒng)等。目前工作和研究重點為實景三維數(shù)據(jù)處理和GIS應用，計算機視覺和人工智能等技術在地理信息行業(yè)的應用等領域。
課程開始
議題一
使用像控點進行空三時需要進行像控點刺點，傾斜鏡頭拍攝的航片像控點標志變形較大，如何能準確地確定哪個像素點是準確的像控點？(不同角度時？)
這個問題，可以從兩個層面進行界定。一方面，在外業(yè)層面，建議在航飛之前做外業(yè)控制點的標志點，為避免傾斜鏡頭拍攝的航片像控點標志變形，選擇白色（紅色）油漆畫十字形標志，并且在航飛之前試飛幾張片子，觀察十字標志是否能在照片中辨別。這樣即便在傾斜片子上也能正確辨識十字交叉點且準確刺點。
另外一方面，在內(nèi)業(yè)處理層面，盡可能做到智能化，提供輔助決策支持?，F(xiàn)在PhotoMesh能夠準確地預判像控點點位信息，為刺點提供輔助支持，減少人為誤差。針對無人機數(shù)據(jù)，當每個控制點刺完第二張片子后，軟件能根據(jù)三角測量方程計算一個預判的點位范圍，當刺第三張片子時，軟件可以自動計算出預判點，并且軟件增加了采樣誤差和點位圖例，讓整個內(nèi)業(yè)工作都能做的完全可視化、精準化。
議題二
空三運算質(zhì)量指標包括：是否丟片，丟的是否合理，連接點是否正確，是否分層、斷層、錯位，檢查點誤差、像控點殘差、連接點誤差是否在限差以內(nèi)。那么空三是否要輸出外方位元素標偏差？為什么？
空三確實是很多問題的核心，對于高精度的測繪項目，仍需要輸出外方位元素標偏差作為參考指標，大型航攝儀的參考意義更明顯?？杖Ｒ?guī)的精度指標只能表現(xiàn)整體的精度范圍，卻不能看到局部的精度問題，因此外方位元素標偏差更能全面地表現(xiàn)。
其實在生產(chǎn)過程中，除了外方位元素標偏差之外，PhotoMesh還提供了一個可視化的空三前后姿態(tài)展示對比界面，可以直觀地表現(xiàn)計算前后誤差，方便判定成果質(zhì)量。
議題三
現(xiàn)行規(guī)范三維建模流程、步驟、要求是針對傳統(tǒng)手工三維建模來制定，而現(xiàn)在的真三維建模大多采用自動化建模來完成。針對自動化真三維建模技術該如何制定其流程、步驟及要求？
傳統(tǒng)手工建模，其實從數(shù)據(jù)采集階段到建模都有相應的規(guī)范要求，包括如何拍照采集、如何命名紋理（及模型）、如何界定構建模型的粒度等方面都做出了規(guī)范和約定。對于傾斜攝影實景三維建模，數(shù)據(jù)獲取的標準，從建模流程上來說，基本上都會分為空三和建模兩大塊，各家軟件都有自己的處理流程，也有各自輸出的數(shù)據(jù)格式。目前關于數(shù)據(jù)處理的流程和步驟的規(guī)定意義不大，但是對輸出數(shù)據(jù)的格式和精度可以有一個要求，譬如說空三解算階段，空三完成后，需要檢測空三精度、內(nèi)外方位元素偏差，確定無問題后再進入建模階段。點云階段完成后，可以不打斷工程，邊建模邊檢查。Mesh階段、一般紋理映射階段是需要細致檢查的，看有無紋理扭曲、錯帖。最后再對輸出成果的精度做檢測，包括絕對精度和相對精度。絕對精度可以根據(jù)不同的比例尺或分辨率來做規(guī)范，相對精度定義比較簡單。還有輸出成果的類型，現(xiàn)在可以輸出模型成果和柵格成果，PhotoMesh目前還可以輸出DTM。整個流程的規(guī)范就完整了。
關于三維模型數(shù)據(jù)格式的規(guī)定以及相對精度具體該如何測定的問題，因為傾斜攝影數(shù)據(jù)成果形式是一個多層級的LOD結構，目前各種軟件的輸出分層規(guī)則和結構差異比較大，為后處理編輯和建庫帶來一定的障礙，比如PhotoMesh和CC的LOD就有很大不同?？梢宰鲆恍┍匾募s定，方便成果的兼容和共享。格式可以規(guī)定成一種行業(yè)通用格式OSGB或OBJ，但通用的格式也會損失效率上的優(yōu)勢。
三維模型的格式，可以根據(jù)后續(xù)應用的不同而不同。比如基于WEBGL的Cesium瓦片，或者是用于后期修補的obj?，F(xiàn)在基本上都會輸出“通用”的OSGB，因為OSGB格式本身開放的特點，各家都發(fā)揮想象力和創(chuàng)新能力，做了很多格式數(shù)據(jù)組織上的“優(yōu)化”，這些“優(yōu)化”導致了問題，這個約定是必須的，但是很難實現(xiàn)，因為各平臺廠商都有自己的出發(fā)點，很難破局，最后出現(xiàn)的可能就是一個“通用”的轉換工具。
議題四
不考慮硬件方面該如何提高三維模型的精度？如：提高影像匹配的可靠性和精度。
提高影像匹配的可靠性，首先得提高影像的質(zhì)量，包括避免大量的遮擋，陰影，反光物體等等，減少分辨率尺度變化大的照片一起參與匹配計算。
提高影像匹配的可靠性及空三構網(wǎng)的強度一般有三個要求：1.影像的質(zhì)量要求盡量減少云霧等遮擋覆蓋。2.影像采集的時間最好減少鏡頭反光和地物陰影。3.減少大面積紋理的一致性，譬如大面積的水域參與空三運算有可能造成空三精度降低，如果水面區(qū)域不是重要的部分，可以前期去除水域部分的影像進行空三。
關于遇到大面積水域的問題，去掉水域再建模是最有效的，除非水上有什么特殊設施。如果不是面積特別大的、連續(xù)的水域，如內(nèi)湖，PhotoMesh是可以自己處理的，因為軟件加強了對高反光物體和水體的特殊算法，比如在處理南極冰川數(shù)據(jù)的時候，就能把冰原很好地建出來。大型湖泊河流即使無法處理，后續(xù)也可通過軟件的補水工具自動處理，或者導出ply修補。
關于樓底部及房檐遮擋拉花變形的問題，由于航拍角度及遮擋造成的拉花屬于傾斜攝影中不可避免的問題，屬于原理性問題，是正?，F(xiàn)象。那么該如何界定？思路如下：在模型瀏覽軟件中參照航拍角度固定瀏覽視角，同時拉到與實際分辨率相符的高度去查看模型，看不出明顯的變形、拉花即可判定為合格，反之即為不合格。
此外，針對建筑底層拉花變形的問題，可以使用移動測量系統(tǒng)在地面上采集點云、影像信息來解決。PhotoMesh已經(jīng)集成了這個功能，可以使用移動采集的方式補充紋理數(shù)據(jù)，其關鍵是不同數(shù)據(jù)間的同名點匹配。
議題五
空三分塊跑后融合，考慮到重疊部分模型會效率降低。分塊之間重疊多少條航線比較合適，既能保證模型的質(zhì)量，又能減少重疊部分的模型的效率降低?
不同空三分區(qū)要在自身建模范圍基礎上選取其他分塊影像進行外擴，外擴的航線數(shù)還是要最大可能地保證模型的質(zhì)量，外擴的距離可以參考外擴公式，一般按照國內(nèi)常見的傾斜相機來看，外擴3-5條航線即可滿足要求，在PhotoMesh里，因為軟件本身是自動分塊的，不需要人為地考慮空三分塊的冗余，人工工作量不大。
議題六
由于計算機性能問題，大范圍空三需要分塊跑，分塊跑后要不要融合？
按照傳統(tǒng)測繪，大范圍生產(chǎn)分塊需要進行空三分塊，分塊間允許接邊誤差，那么傾斜這塊同樣可參照此實施。如果不同空三分塊有較規(guī)范的控制點去控制分塊精度，不同分塊均能達到測繪精度要求。同時接邊誤差一般在10-30厘米，此區(qū)間視覺上沒有明顯誤差。不同空三塊是不需要融合的，如果沒有控制點或者單獨分塊精度不足則需要進行分塊融合，在PhotoMesh里目前可以自動空三分塊，自動進行分塊拼接，對于單任務數(shù)據(jù)量的承載量理論上沒有上限，關鍵是看計算機的性能，實際的生產(chǎn)案例中已經(jīng)有了單工程18萬張影像單張3600萬像素，總數(shù)據(jù)量6480GP的項目案例，空三自動并行計算已經(jīng)是大規(guī)模傾斜項目生產(chǎn)的剛性需求。
議題七
關于空三分塊方面，按照目前計算機的性能，最大能融合多大的數(shù)據(jù)量？范圍大時，即使空三合并，無法融合成一個空三，那不融合的分塊之間重疊多少合適？
按照目前的性能，有姿態(tài)數(shù)據(jù)和無姿態(tài)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量是不同的，PhotoMesh空三融合也是自動的過程，無需人工干預，根據(jù)算法約束，對于軟件自身空三分塊機制來講，不同分塊之間重疊度約為10%。
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