傾斜攝影+GIS(一)

傾斜攝影越來(lái)越火，幾乎都上天了......。所以我們想來(lái)聊一聊關(guān)于它的一些內(nèi)容以及背后應(yīng)用的一些GIS平臺(tái)。

傾斜攝影

01、傾斜攝影——通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，可以同時(shí)從多個(gè)角度采集影像。通過(guò)引入該技術(shù)，使目前高昂的三維建模成本大大降低(然而實(shí)際上還是沒(méi)有降低，如果你能很好的應(yīng)用Esri的CityEngine，實(shí)際上你不能，可能你就不會(huì)總是想到傾斜模型，后期有空我們會(huì)詳細(xì)說(shuō)CityEngine的建模)，它在低空以45度角對(duì)地面進(jìn)行攝影測(cè)量，可以獲得近地高分辨率航測(cè)影像。它克服了正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，可獲得5個(gè)或更多角度的傾斜攝影影像，大大提升了數(shù)據(jù)采集的速度和效率。

一句話——正射、傾斜的角度給地物拍照，最后得到的成片交給建模軟件(Smart3D\PhotsScan\Pix4D\Photomesh等)做空三、出模型——得到 真三維模型成果。航拍的照片通常會(huì)包含經(jīng)緯度、飛機(jī)拍攝時(shí)刻航向角度、俯仰角度等信息，而建模的時(shí)候這些信息至關(guān)重要。

傾斜攝影拍攝示意圖

似乎一說(shuō)好像也沒(méi)啥可新鮮的，原理就那樣、建模又是自動(dòng)的......可是為啥就能那么火呢，優(yōu)點(diǎn)來(lái)了。在說(shuō)優(yōu)點(diǎn)之前先給大家說(shuō)說(shuō)前不久巴黎圣母院發(fā)生大火的事——“2019年4月15日巴黎圣母院遭遇大火，損毀極為嚴(yán)重，同時(shí)法國(guó)總統(tǒng)馬克龍宣布將進(jìn)行重建"。

且不說(shuō)巴黎圣母火災(zāi)事件是不是意外(其實(shí)我感覺(jué)不是。為啥呢，你看這張圖..........有人在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)微笑，看到這個(gè)新聞的時(shí)候，我真想來(lái)句(wo)兄 (cao)弟 (.........)厲害)。

好了，回歸正題：前面說(shuō)到巴黎圣母院損毀極為嚴(yán)重，同時(shí)又要重建， 可是未毀之前的巴黎圣母院長(zhǎng)啥樣呢，總得有個(gè)參考吧，巴黎圣母院長(zhǎng)啥樣總得知道吧！于是乎就找到了以下谷歌地球上收錄的巴黎圣母院的傾斜攝影模型——巴黎圣母院原來(lái)長(zhǎng)這樣

 

說(shuō)到這里大概就明白了我想說(shuō)的了，在我看來(lái)----傾斜攝影有一大優(yōu)勢(shì)——不可移動(dòng)文物保護(hù)、留存。當(dāng)然這已經(jīng)是傾斜攝影后期應(yīng)用了。但也要說(shuō)明僅僅有巴黎圣母院的傾斜攝影模型，重建工作還是很難進(jìn)行的，萬(wàn)幸的是藝術(shù)史學(xué)家Andrew Tallon從2010年開(kāi)始?xì)v時(shí)6年，首次運(yùn)用先進(jìn)的激光掃描結(jié)合實(shí)景技術(shù)，對(duì)整座巴黎圣母院的構(gòu)造進(jìn)行的精確還原記錄。相關(guān)記錄的誤差能控制在5毫米左右（五毫米!五毫米!五毫米!）。同時(shí)《刺客信條》的游戲設(shè)計(jì)師也曾花兩年時(shí)間按照1:1對(duì)巴黎圣母院進(jìn)行還原，精確到每一塊磚。

嗯，不錯(cuò)，這樣重建應(yīng)該有希望了，也許哪天有機(jī)會(huì)去參觀一下呢是吧，夢(mèng)想還是要有的！剩下的——就差錢(qián)了

傾斜攝影-創(chuàng)新

02、利用傾斜攝影技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以全自動(dòng)、高效率、高精度、高精細(xì)的構(gòu)建地表全要素三維模型。自動(dòng)建模和智能測(cè)圖一下搞定了攝影測(cè)量幾十年來(lái)苦苦追求的目標(biāo)。所以呢，這項(xiàng)技術(shù)還是很厲(niu)害(bi)的。當(dāng)然了更應(yīng)該佩服的是那群通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)利用足夠數(shù)量和有足夠重疊度的傾斜影像實(shí)現(xiàn)了三維重建的程序員，這才形成了傾斜攝影技術(shù)或傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。而我自己覺(jué)得傾斜攝影這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的最大創(chuàng)新在于這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)了——無(wú)人機(jī)、實(shí)景三維建模平臺(tái)軟件、實(shí)景三維模型后期建模修模、GIS+上下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的空間。帶來(lái)了一大批高薪就業(yè)的機(jī)會(huì) 。哈哈

整個(gè)傾斜攝影的應(yīng)用可以囊括——無(wú)人機(jī)、傾斜攝影相機(jī)、航拍航線、航飛、空三、建模——面向應(yīng)用（三維測(cè)圖、結(jié)合3DGIS定制開(kāi)發(fā)應(yīng)用）等。

傾斜攝影GIS應(yīng)用平臺(tái)

03、第一次接觸傾斜攝影的時(shí)候遇到了一個(gè)需求——我覺(jué)得可以把它就叫"矢量化"吧，雖然他有個(gè)高大上的叫法——單體化——曾經(jīng)我的老師告訴我有些專業(yè)名詞就是要說(shuō)得專業(yè)一點(diǎn)，不然就顯得你不夠?qū)I(yè)了，只不過(guò)本質(zhì)上就是同一件事。學(xué)GIS的都知道，地圖學(xué)實(shí)踐第一件事應(yīng)該就是"畫(huà)圖",老師會(huì)給一張影像，讓學(xué)生把影像上的房屋或者農(nóng)田等地理對(duì)象按點(diǎn)、線、面等歸類(lèi)畫(huà)出來(lái)。這樣做的根本原因是衛(wèi)星或者飛機(jī)拍攝到的影像并不能自動(dòng)對(duì)影像上的農(nóng)田、建筑、道路等地物進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別分類(lèi)，所以需要手動(dòng)的對(duì)影像上的每一類(lèi)每一塊地物進(jìn)行手動(dòng)分類(lèi)標(biāo)識(shí)，以便后期的入庫(kù)存留管理(長(zhǎng)期以來(lái)我都不是很明白這里入庫(kù)的意思，直到后來(lái)同學(xué)去做了類(lèi)似的工作給我講了大致流程后才解我心中疑惑)。而對(duì)傾斜攝影模型來(lái)所，做的單體化就類(lèi)似二維GIS影像矢量化一樣的工作，因?yàn)閮A斜攝影模型本質(zhì)上還是一張影像，只不過(guò)帶了Z值。

有機(jī)會(huì)我們來(lái)討論一下傾斜攝影建模，畢竟它其實(shí)也挺有趣的，而github上也有大神開(kāi)源了底層建模的源碼......

幾家平臺(tái)介紹

1.Cesium——WebGL技術(shù)+三維球開(kāi)源框架+大數(shù)據(jù)渲染

從師兄哪兒了解到，Cesium起初是一個(gè)做.NET的大神在自己項(xiàng)目中遇到的同時(shí)，思考基于webgl技術(shù)寫(xiě)的一套三維虛擬地球框架，這讓我自然的聯(lián)想到為什么Cesium默認(rèn)底圖是微軟的BingMap，可能這哥們很喜歡微軟。Cesium到現(xiàn)在已經(jīng)迭代到1.56版，在各方面已經(jīng)相當(dāng)成熟。有OGC社區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的3DTiles數(shù)據(jù)規(guī)范雖然積極因素很大，但是從國(guó)內(nèi)國(guó)外使用Cesium來(lái)拓展自己webgl三維球的GIS廠商來(lái)看就知道了。

Cesium支持傾斜攝影分層分戶單體化、影像黑邊代碼控制透明、支持3DTiles傾斜攝影、BIM數(shù)據(jù)加載和lod，支持實(shí)WMS\WFS\WMTS標(biāo)準(zhǔn)OGS服務(wù)等。

2.ArcGIS ——ArcGIS的Web3D來(lái)得很遲

ArcGIS API for JavaScript4.x，Esri推出的旗幟鮮明對(duì)接64位ArcGIS Pro的WebGL開(kāi)發(fā)包，ArcGIS這一套完全是自己自主開(kāi)發(fā)，底層用了Dojo框架，用ArcGIS開(kāi)發(fā)一個(gè)好處就是你壓根不必要準(zhǔn)備好一個(gè)谷歌瀏覽器環(huán)境，dojo屏蔽了瀏覽器差異。不僅僅于此，用ArcGIS平臺(tái)一個(gè)好處就是你在桌面配的效果，只管放心的發(fā)布服務(wù)，桌面什么風(fēng)格，發(fā)布后服務(wù)絕對(duì)就是什么風(fēng)格，不用擔(dān)心風(fēng)格、樣式丟失......，一個(gè)字："爽"！

短期內(nèi)的web三維崛起，還是挺期待ArcGIS的。

3.SuperMap——借助二三維一體化占據(jù)國(guó)內(nèi)三維市場(chǎng)第一

用超圖的軟件：流程簡(jiǎn)易，容易上手入門(mén)，場(chǎng)景配置、服務(wù)發(fā)布流程簡(jiǎn)易，國(guó)內(nèi)服務(wù)好，有中文api，同時(shí)還能撥打客服電話咨詢開(kāi)發(fā)中遇到的問(wèn)題。

但是超圖的WebGL較早的投入到了Cesium的懷抱，而早期的Cesium 問(wèn)題較多，超圖在拿到源碼后為了適配自己的其他產(chǎn)品，修復(fù)了不少bug，同時(shí)Cesium團(tuán)隊(duì)也在對(duì)這些bug進(jìn)行修復(fù)。后來(lái)就出現(xiàn)了超圖的代碼與Cesium團(tuán)隊(duì)代碼合不上的情況，所以，所以、所以、到現(xiàn)在，超圖的WebGL版本還是1.41，其實(shí)社區(qū)已經(jīng)有很大的更新呼聲了。相信不久就能更新了吧，因?yàn)?.4x到1.5x Cesium確實(shí)進(jìn)行大的更新迭代和功能修復(fù)。

4.skyline——與谷歌地球同源的3D數(shù)字虛擬地球

其實(shí)在各家三維球開(kāi)發(fā)過(guò)程中最避不開(kāi)的就是相機(jī)飛行與四角矩陣的計(jì)算，Cesium提供的方法各種參數(shù)要一一的調(diào)試測(cè)試，費(fèi)九牛二虎之力才能找到一個(gè)合適的角度，后來(lái)師兄教了我自己來(lái)計(jì)算四角矩陣我才差不多解決這個(gè)問(wèn)題。在此之前飛行方法真的是很頭疼。不過(guò)假如你是使用Skyline，你就能體會(huì)到skyline提供的飛行方法多么的穩(wěn)定、強(qiáng)大。