目前，傳統(tǒng)大范圍三維城市數(shù)字建模的方法主要是測量建模的方法
采用外業(yè)人員手工拍照的方法，得到建筑物的結(jié)構(gòu)和紋理，然后通過內(nèi)業(yè)人員的處理，結(jié)合正射影像、測區(qū)平面矢量圖、屋頂矢量圖等數(shù)據(jù)，建立白模，通過拍攝的紋理分析模型的細部結(jié)構(gòu)，最后將拍攝的紋理處理后貼在白模上。傳統(tǒng)建模方法雖然能在模型精細度上有很好控制，但存在生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本高，工作強度大，模型生產(chǎn)效果不確定等不利因素，無法滿足城市大范圍快速建模的需要。
傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。在國外，傾斜攝影技術(shù)歷經(jīng)了十幾年的發(fā)展歷程，如美國Pictometry公司的傾斜攝影測量系統(tǒng)，天寶公司的AOS系統(tǒng)等。2010年4月，北京天下數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司首次引進傾斜攝影技術(shù)，開啟了中國航空傾斜攝影時代。2010年10月，劉先林院士團隊率先研發(fā)成功了第一款國產(chǎn)傾斜相機SWDC－5，并成功完成了平頂山試驗，是國內(nèi)傾斜相機的一大突破。
目前，通過傾斜攝影技術(shù)進行三維建模主要是采用
StreetFactory或Acute3D公司的Smart3DCapture軟件進行全自動正攝影像和傾斜影像的聯(lián)合空中三角測量，全自動化構(gòu)建三維模型，全自動化貼紋理形成最終三維真實場景。上述建模方法在效率和宏觀優(yōu)勢上有著明顯的優(yōu)勢，但還存在以下問題和不足，傾斜攝影在數(shù)據(jù)獲取方面會存在一定死角或數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)點足的問題，造成在型匹配時存在模型扭曲變形，主要是建筑物或地物的底角部位；模型是以超高密度點云生成的DSM，不同于人工建模可以控制模型的表面數(shù)量，通過計算機自動處理會生成數(shù)量驚人的三角面，這對于編輯或是后續(xù)的數(shù)據(jù)管理及展現(xiàn)都提出了很高要求。
本文以某一城市區(qū)域為例，采用無人機搭載5個Canon5DMarKII數(shù)碼相機獲取不同方向的影像數(shù)據(jù)，利用中國測繪科學研究院開發(fā)的高分辨率遙感影像一體化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)———PixelGrid（以下簡稱PixelGrid）進行全自動正攝影像和傾斜影像的聯(lián)合空中三角測量，獲取每張像片的外方位參數(shù)，然后通過該課題組開發(fā)的基于傾斜攝影技術(shù)和3dsMax插件開發(fā)的半自動三維建模平臺，完成了該城市區(qū)域的三維模型構(gòu)建。該平臺集量測、建模、紋理自動獲取、紋理映射、三維模型快速編輯等功能于一體，提供了一種實用的、快捷高效的半自動城市建模方案，避免了基于超高密度點云匹配生成DSM的三維建模方法存在的數(shù)據(jù)量大等問題。
無人機傾斜攝影系統(tǒng)
相關(guān)參數(shù)
此次試驗采用無人機搭載5個Canon5DMarKII數(shù)碼相機獲取不同方向的影像數(shù)據(jù)，如圖1所示，3號相機獲取傳統(tǒng)的垂直向下的影像，其余4個相機傾角為40°，獲取傾斜方向的影像，同時搭載GPS/IMU設(shè)備獲取3號相機曝光時刻的地理位置信息和姿態(tài)信息。相關(guān)參數(shù)
如下：
?、倨骄w行高度450m；
?、谡龜z相機的焦距35mm，傾斜相機的焦距51mm，地面分辨率平均約0．08m。
?、蹅鞲衅鞒叽鐬?616×3744個像素，像元大小6．41u。
?、芎较蛑丿B度80%，旁向重疊度70%。
圖1相機位置分布圖
無人機傾斜影像效果
傾斜攝影技術(shù)通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直角度和多個傾斜角度采集影像，避免傳統(tǒng)航拍的拍攝遮擋和拍攝死角問題，很好地采集了建筑物側(cè)面的紋理信息，如圖所示。在此次試驗中，由于旁向重疊度和航向重疊度都很高，一個建筑物會同時出現(xiàn)在70多張傾斜影像上。
空中三角測量
目前，進口傾斜攝影的后處理軟件在國內(nèi)的應(yīng)用推
廣以法國ASTＲIUM公司的StreetFactory、法國Acute3D公
司的Smart3DCapture為代表。上述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式如下：將正攝和傾斜的影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)等輸入到系統(tǒng)中，進行正攝和傾斜影像的自動聯(lián)合空中三角測量，密集匹配DSM，構(gòu)建三維模型，自動貼紋理最終形成真實三維場景。國內(nèi)尚無較為高效完善的傾斜攝影三維建模解決方案，比較有代表性、能夠進行工程化應(yīng)用的是北京東方道爾公司和武漢華正公司的后處理技術(shù)，不過兩者的后處理建模都需要LIDAＲ數(shù)據(jù)的支持，前者是半自動的人工交互式生產(chǎn)，后者基本能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)，每個傾斜攝影工程都需要飛兩種設(shè)備，作業(yè)門檻和成本都偏高，三維模型的效率雖然較傳統(tǒng)方式有較大進步，然而與國外的后處理技術(shù)相比還是偏低。
本次試驗數(shù)據(jù)處理采用了中國測繪科學研究院Pix-elGrid課題組開發(fā)的傾斜攝影空三加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠完成正攝和傾斜影像的自動聯(lián)合空中三角測量，但是后續(xù)的密集DSM匹配等功能還尚未完善，其建模方式采用基于3dsMax插件開發(fā)的半自動三維建模。其中空三加密采用基于POS的空中三角測量，未加入外業(yè)控制點，大概處理流程如圖所示，步驟如下：
1）將正攝和傾斜影像數(shù)據(jù)進行相機檢校和改正；
2）因只有正攝影像具有相應(yīng)的POS數(shù)據(jù)且精度不高，在做空三加密時，先采用PixelGrid系統(tǒng)做正攝影像的空三加密，
獲得正攝影像精確的外方位元素；
3）在已有正攝影像精確外方位元素的基礎(chǔ)上，根據(jù)相機的擺放位置關(guān)系，三個線元素不變，將航向傾角和旁向傾角分別加或減40°，推理得到其他傾斜數(shù)據(jù)的粗略外方位元素；
4）將正攝和傾斜影像的外方位元素作為初始POS數(shù)
據(jù)導入PixelGrid系統(tǒng)中進行聯(lián)合空中三角測量，精確求得每張像片的外方位元素，其相對定向中誤差約2/3像素。
基于傾斜攝影和3dsMax的三維建模
總體建模思想
基于傾斜攝影與3dsMax插件開發(fā)技術(shù)的建筑物快
速建模路線。首先將獲取的影像進行空中三角量測并獲得高精度的外方位元素；其次，3dsMax插件根據(jù)提供的外方位元素和共線方程實現(xiàn)基于傾斜影像
的建筑物多片立體量測并將測得的數(shù)據(jù)輸入3dsMax平臺生成三維模型；然后，根據(jù)三維信息提取模型每個面在影像上相應(yīng)的最佳紋理信息，并實現(xiàn)紋理自動映射；最后，將模型輸出。
建模過程
建模包括地面建模和建筑物建模。地面建模采用將數(shù)字高程模型DEM構(gòu)成TIN，然后疊加DOM生成。建筑物建模采用中國測繪科學研究院開發(fā)的基于3dsMax插件開發(fā)的半自動三維建模平臺。該平臺將建筑物根據(jù)屋頂結(jié)構(gòu)特點進行分類，將建筑物分為簡單結(jié)構(gòu)建筑和復雜結(jié)構(gòu)建筑。在簡單結(jié)構(gòu)建筑物中，
根據(jù)屋頂形態(tài)細分為平屋頂建筑物、坡屋頂建筑物和圓柱型建筑物。復雜建筑物的界定主要是指那些利用簡單結(jié)構(gòu)量測建模方法及其組合不能夠很好地構(gòu)建、在屋頂結(jié)構(gòu)上較復雜且無特定規(guī)律可尋的一類建筑物。在實際建模過程中，根據(jù)所要構(gòu)建模型的類型，有針對性地采集或量測，可以有效提高建模效率，以減少建模人員的工作量。
結(jié)束語
本文簡要介紹了無人機傾斜攝影系統(tǒng)，利用中國測繪科學研究院開發(fā)的高分辨率遙感影像一體化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)———PixelGrid完成無人機傾斜攝影的后續(xù)數(shù)據(jù)處理，并通過該課題組開發(fā)的基于傾斜攝影技術(shù)和3dsMax插件開發(fā)的半自動三維建模平臺完成試驗區(qū)域的三維建模，實現(xiàn)了具有真實感三維場景的快
速構(gòu)建，能與傳統(tǒng)航測產(chǎn)品生產(chǎn)工藝有機融合，從而延伸傳統(tǒng)航測產(chǎn)品線。
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