近景攝影測量和三維渲染技術(shù)在建筑物精細(xì)建模中的應(yīng)用.pdf

1、智慧城市的發(fā)展已對城市三維仿真模型提出了精細(xì)化的要求，建筑物作為城市結(jié)構(gòu)的主題，其三維精細(xì)模型的建立作為智慧城市的支撐基礎(chǔ)，服務(wù)于城市規(guī)劃、管理、應(yīng)急指揮等方面，已成為貫穿始終的重要技術(shù)。學(xué)者們在此方向上進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的依靠3ds Max、Auto CAD等三維建模軟件進(jìn)行完全人工模型建立和紋理貼圖的方法過于繁瑣，無法滿足智慧城市準(zhǔn)確、快速、高效構(gòu)建的要求。并且智慧城市的構(gòu)建不僅需要準(zhǔn)確的幾何模型，更需要地物的真實坐標(biāo)方位以

2、及逼真的紋理信息，從而更加真實的反應(yīng)現(xiàn)實世界。
　　針對上述問題，本文依托“基于未標(biāo)定相機(jī)的三維街景建模技術(shù)研究”項目，提出一種將近景攝影測量與專業(yè)建模軟件3ds Max相結(jié)合的建筑物精細(xì)重建的方法，將兩者優(yōu)勢相結(jié)合建立精細(xì)模型。在內(nèi)容上以建筑物的三維精細(xì)建模為研究方向，以近景攝影測量輔助三維建模軟件為建模手段進(jìn)行精細(xì)模型的制作，以快速高效生產(chǎn)制作精細(xì)三維模型為主要目標(biāo)，立足于已有的三維影像重建理論和技術(shù)，在建筑物基元的提取、特征

3、匹配及紋理的三維映射方面進(jìn)行了探究和實驗，從而輔助3ds Max制作出建筑物的精細(xì)模型。
　　本文的研究方法及相應(yīng)的研究結(jié)果如下:
　　(1)基于專業(yè)建模軟件3ds Max的建模方法。本方法是智慧城市建模一線生產(chǎn)單位用的最多的方法，文章從生產(chǎn)實踐的角度研究了建筑物精細(xì)模型的構(gòu)建方法，對建筑物精細(xì)三維仿真的基本技術(shù)和優(yōu)化方法進(jìn)行研究與探討。介紹了墻體、窗體、門及其附屬、廳、女兒墻、陽臺和其它設(shè)計感較強(qiáng)的部件的模型建立方法;并從

4、普通紋理和帶有阿爾法通道的紋理兩個方面介紹了紋理的制作及映射方法。本文用此方法建出了完整的精細(xì)三維模型，還對此進(jìn)行模型優(yōu)化，以方便后續(xù)使用者漫游或入庫。
　　(2)基于近景攝影測量的建模方法。文章采用旋轉(zhuǎn)攝影及正直攝影相結(jié)合的攝影方式，采用基于直線滅點的相機(jī)標(biāo)定方法，不解求滅點坐標(biāo)，而是以此為中間變量去計算相機(jī)的內(nèi)外方位元素。此外，本文還附加了建筑物結(jié)構(gòu)線、窗體線、角點、轉(zhuǎn)折點和區(qū)域特征等幾何約束，參與特征點的最小二乘解算，從而對

5、影像基元進(jìn)行正射糾正及深度信息恢復(fù)，精確獲取三維精細(xì)模型。
　　(3)近景攝影測量和3ds Max相結(jié)合的建模方法。文章在上述兩種方法實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)了存在的問題:方法機(jī)械繁瑣，自動化程度低、模型不完整等。為了解決上述問題本文提出了近景攝影測量輔助三維建模軟件建模的方法。其中“輔助”最主要的一點是體現(xiàn)在紋理單元的制作與三維映射。論文討論了用相機(jī)標(biāo)定得來的ψ、ω、κ及x0、y0、f并附加轉(zhuǎn)折點和結(jié)構(gòu)線等幾何約束，進(jìn)行紋理單元的正射糾

6、正及提取，并用上述紋理進(jìn)行模型的直接映射，對于無法獲取的部分，仍然采用3ds Max的UVW貼圖的方式進(jìn)行紋理映射，從而建出完整且符合精度要求的建筑物精細(xì)三維模型。
　　本文通過對武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院整個樓群進(jìn)行實驗，驗證了所提方法的可行性，并證明了此方法的優(yōu)勢:不再單純依靠建模軟件本身，減少人工干預(yù)及工作量;節(jié)約了成本，比單純使用近景攝影測量方法建模廉價可靠;對于建筑物遮擋部分建模不再束手無策，兩種方法的互補(bǔ)優(yōu)勢大大得到發(fā)揮。盡