針對(duì)傾斜攝影模型“一張皮”，無法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)操作和管理的問題，歸納總結(jié)了3種傾斜攝影模型建模單體化方法，并將分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

1 基于傾斜攝影測(cè)量的實(shí)景建模

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近年來倡導(dǎo)使用的一項(xiàng)高新技術(shù)。它打破了以往影像只能從正攝角度拍攝的局限性，通過在同一飛行器上搭載多臺(tái)傳感器來多角度采集影像數(shù)據(jù)，使用戶能全方位地觀察、制作建筑，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況。利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，以及從傾斜影像批量提取和映射紋理的方式，能有效降低城市三維建模成本，快速建立城市三維模型，節(jié)省模型細(xì)部分析時(shí)間，簡(jiǎn)化模型紋理采集與處理方法，縮短項(xiàng)目周期，提高工作效率;并可直接利用成果影像進(jìn)行高度、長(zhǎng)度、面積、角度、坡度等屬性的量測(cè)，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。

2 傾斜攝影建模工藝研究

傾斜攝影建模首先在傾角條件下解算共線方程，通過尋找同名點(diǎn)將連續(xù)像對(duì)相對(duì)定向，形成連續(xù)整體模型;再利用外業(yè)控制點(diǎn)絕對(duì)定向，建立地理坐標(biāo)下的實(shí)景模型;最終通過影像姿態(tài)和實(shí)景模型坐標(biāo)匹配，實(shí)現(xiàn)紋理的自動(dòng)映射。現(xiàn)行的傾斜攝影建模方式主要分為兩種：①以街景工廠、Bently公司Context Capture為代表的全自動(dòng)化建模方式，其中街景工廠更符合專業(yè)測(cè)繪，但使用要求高、價(jià)格昂貴，Context Capture更適合消費(fèi)級(jí)別，靈活易用、相對(duì)便宜，傾斜攝影自動(dòng)化建模軟件還包括Photoscan、無限界、Pixel4D等;②以華正空間、東方道邇公司為代表的Li DAR傾斜自動(dòng)化三維建模，通過專有軟件，對(duì)機(jī)載傳感器獲取的傾斜影像(多角度傾斜攝影相機(jī)獲取)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)(激光傳感器Li DAR獲取)進(jìn)行處理，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建形狀信息，傾斜影像提供紋理圖像，快速自動(dòng)構(gòu)建三維模型，其優(yōu)點(diǎn)在于因點(diǎn)云密度大，能更真實(shí)、更高精度地表達(dá)實(shí)景模型，不足之處為大多數(shù)情況下機(jī)載激光和傾斜影像是獨(dú)立飛行的，需人工對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，人工成本較高，同一地塊需飛行兩次。

然而，無論基于何種方式建模，由于其生成技術(shù)機(jī)制，傾斜攝影自動(dòng)化建模沒有單體化，整個(gè)區(qū)域依然是一張起伏不平的連續(xù)的“表皮”，數(shù)據(jù)中的地表對(duì)象無法單獨(dú)選中操作和管理，屬性查詢、空間查詢以及專題圖制作等GIS操作都無法實(shí)施，導(dǎo)致三維數(shù)據(jù)“好看”不“好用”，降低了模型數(shù)據(jù)的價(jià)值和實(shí)用性。

3 傾斜攝影模型單體化思路與解決辦法

傾斜攝影模型單體化主要包括矢量切割單體化、矢量疊加單體化和模型重建單體化3種方式。

1)矢量切割單體化是一種最直觀的思路，即用建筑物、道路、樹木等對(duì)應(yīng)的矢量面，對(duì)傾斜攝影模型進(jìn)行切割，從物理上把連續(xù)的三角面片網(wǎng)分割開，實(shí)現(xiàn)單體化。該方法可從物理意義上把連片的模型真正分割開來，再對(duì)分割后的模型進(jìn)行管理和操作。然而，由于傾斜攝影數(shù)據(jù)量大，切割是一項(xiàng)很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，不符合傾斜攝影建模高效率低成本的初衷。該算法的缺點(diǎn)表現(xiàn)為：①算法的切割是對(duì)已生成模型Mesh面的切割，而不是對(duì)三角網(wǎng)的重建，勢(shì)必會(huì)在模型底邊出現(xiàn)明顯鋸齒(三角面片的邊界);②由于3DGIS對(duì)模型空間查詢和分析能力遠(yuǎn)沒二維GIS對(duì)面操作的成熟和靈活，因此其分析功能有限;③傾斜攝影模型本身帶有多層LOD，切割僅針對(duì)最精細(xì)層進(jìn)行，破壞了數(shù)據(jù)原生的LOD，也就無法直接加載模型，只能采用導(dǎo)入的方式;④切割一般只是把三角網(wǎng)分開了，而整塊模型所對(duì)應(yīng)的紋理并不會(huì)被切割開，因此會(huì)出現(xiàn)多份紋理，而重復(fù)大量的紋理是最影響三維渲染性能的，當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)將導(dǎo)致三維瀏覽性能的急劇下降。

2)目前市場(chǎng)上大部分基于傾斜攝影三維模型的應(yīng)用均采用疊加配套矢量面的方式，利用與攝影對(duì)象配套的二維矢量面為用戶提供類單體的實(shí)用表達(dá)與操作體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象化的表達(dá)與操作，打通了傾斜攝影模型與二維矢量面之間的二三維一體化通道，即矢量疊加單體化。該方法主要以超圖Super Map等GIS應(yīng)用軟件為代表，在三維渲染過程中，動(dòng)態(tài)地把對(duì)應(yīng)矢量面疊加到傾斜攝影模型上，該矢量面在一定閾值范圍內(nèi)垂直地表方向生成包圍盒，判斷哪些三角網(wǎng)在其范圍內(nèi)(包括空中三角網(wǎng))，用半透明顏色貼合三角網(wǎng)，從視覺上實(shí)現(xiàn)模型被完整套合、單個(gè)管理操作的效果。該方法操作簡(jiǎn)單，人工干預(yù)少，不會(huì)因破壞Mesh面而影響模型渲染速度，且不破壞原始數(shù)據(jù)的LOD。矢量面可通過已有DLG數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、正射影像半自動(dòng)勾畫矢量面、傾斜模型成果自動(dòng)生成DLG等多種方式獲取。通過二維矢量掛接屬性數(shù)據(jù)，更貼合GIS功能應(yīng)用，且二維分析查詢功能成熟，更符合GIS應(yīng)用的需求。

然而，該方法并非真正意義上的單體分離，表面上看起來是單體效果，實(shí)則只是簡(jiǎn)單地調(diào)用了對(duì)象輪廓的矢量面，真正意義的單體化不只是為了單體，也為了分離。而作為智慧城市的數(shù)據(jù)空間基礎(chǔ)，需要的是一個(gè)全要素的城市三維模型，即把地表的所有東西都分離出來，實(shí)現(xiàn)單體又分離的功能，為后續(xù)的用戶使用提供方便。例如：關(guān)注房屋的用戶可只提取自己關(guān)心的房屋數(shù)據(jù)，而不必提取不關(guān)心的周圍環(huán)境數(shù)據(jù);關(guān)注路網(wǎng)的用戶可只提取關(guān)注的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，這才是真正單體化的優(yōu)勢(shì)。若不能做到分類實(shí)體的對(duì)象化管理，用戶不得不花更多的時(shí)間和更高的費(fèi)用來處理不需要的數(shù)據(jù)。

3)模型重建單體化以天際航DP-Modeler、SVS智覺空間、中海達(dá)OSketch等軟件為代表，以連續(xù)傾斜攝影數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，進(jìn)行人工干預(yù)。將建模成果導(dǎo)入軟件進(jìn)行精化編輯，通過模型重建在原有場(chǎng)景上達(dá)到分離效果，實(shí)現(xiàn)模型的單體化。結(jié)合地面照片，集成低空數(shù)據(jù)，能有效彌補(bǔ)航空影像對(duì)于底商、地面、城市部件等信息的缺失，在單體化的同時(shí)，完成整個(gè)場(chǎng)景的修飾。該過程更類似于人工建模，但與傳統(tǒng)建模方式相比，能通過對(duì)影像多角度地觀測(cè)建模，達(dá)到模型與影像的完整套合，使模型具有精確的三維坐標(biāo)信息。模型貼圖自動(dòng)從影像中采集，一鍵映射完成模型貼圖。該方法相較于矢量疊加單體化需要更多的人工干預(yù)，側(cè)重提供產(chǎn)品，而非GIS級(jí)別應(yīng)用。

4 模型單體化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文以武漢東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行傾斜攝影，并利用Bentely Context Capture 4.3生成傾斜實(shí)景三維模型，選擇非農(nóng)田(不具備單體化價(jià)值)、非高樓(高樓區(qū)傾斜攝影下部因遮擋嚴(yán)重，模型效果差)的普通民房區(qū)作為單體化實(shí)驗(yàn)區(qū)域。

本文對(duì)3種模型單體化方式進(jìn)行對(duì)比：

1)基于Bently Descartes V8i軟件，利用Mesh面切割后的效果。Descartes主要針對(duì)obj格式文件，選擇需要裁剪模型區(qū)域，直接破壞Mesh面進(jìn)行模型分割。

2)利用超圖Super Map 9D疊加矢量面后的效果。利用軟件生成DSM，提取所有等值線后，可生成建筑物基本輪廓。對(duì)初始輪廓線進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除、合并、線段點(diǎn)抽稀等操作，得到建筑物頂部矢量面，并為這些矢量面選擇合適的顯示方式(包括顏色、透明度、貼合模型方式等)，使矢量面向下延伸貼地，即可實(shí)現(xiàn)GIS意義上的單體化效果。

3)利用天際航DP-Modeler 2.0對(duì)房屋進(jìn)行重建，并替換原有Mesh面的效果。DP-Modeler 2.0提供模型重建和修飾功能。模型重建與傳統(tǒng)3d Max三維建模方式類似，在傾斜攝影模型上捕捉點(diǎn)、線生成特征體，紋理通過照片坐標(biāo)和模型坐標(biāo)匹配，人工可進(jìn)行干預(yù)選擇最佳紋理吻合區(qū)域，自動(dòng)紋理映射。重建后的模型依然導(dǎo)出為osgb格式，替換原有osgb文件，以保證數(shù)據(jù)格式和特點(diǎn)的一致性。

對(duì)于用戶僅需存儲(chǔ)和拷貝其擁有的建筑模型，而不關(guān)心周邊情況，可采用矢量切割單體化方式，以滿足僅需單獨(dú)建筑模型的需求;對(duì)于傾向于對(duì)象的選中操作管理的用戶，僅將目標(biāo)“對(duì)象化”和“可管理化”，則矢量疊加單體化方式代價(jià)更小，便捷高效;對(duì)于需要真正意義上的單體，更傾向于數(shù)據(jù)整飾優(yōu)化的用戶，則模型重建單體化方式更為合適。

5 傾斜攝影模型單體化應(yīng)用

傾斜攝影模型只有進(jìn)行單體化后才能成為真正意義上的GIS數(shù)據(jù)，具備圖查屬性、屬性查圖、緩沖區(qū)查詢、制作專題圖等功能，并在三維空間分析方面實(shí)現(xiàn)通視分析，(動(dòng)態(tài))可視域分析，天際線、剖面線分析，三維體渲染等操作，為智慧城市、規(guī)劃、國(guó)土、測(cè)繪、軍事、災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)林業(yè)、旅游、文物保護(hù)等行業(yè)提供可操作的三維數(shù)據(jù)來源，以及系統(tǒng)、完整的解決方案與服務(wù)。

基于傾斜攝影的三維建模因其高效率、高精度、高真實(shí)感、低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢(shì)，已成為大規(guī)模城市三維重建的重要手段。根據(jù)不同生產(chǎn)需求、應(yīng)用領(lǐng)域選擇合適的單體化方式，將精細(xì)化三維實(shí)景模型與GIS分析無縫整合，在智慧城市建設(shè)中具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。