一种建筑物的三维模型的获取方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种建筑物的三维模型的获取方法及系统，利用倾斜航片的外方位元素与面积计算法，选择与建筑物的各实际侧面对应的最优侧面及最优倾斜航片，并对各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的一一对应关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，将获取的建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到获取的建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型，以简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
【专利说明】一种建筑物的三维模型的获取方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及摄影测量【技术领域】，尤其涉及一种建筑物的三维模型的获取方法及系统。
【背景技术】
[0002]数字城市，又称数码城市，或智能城市，是指综合运用计算机数字化手段对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能，用于重大决策的效果预演和对未来发展预测的技术系统。城市建模是数字城市的重要内容和必要步骤，而城市模型的构建基于建筑物的三维模型的构建，因此，现有技术中提出了建筑物的三维模型的获取技术。
[0003]建筑物的三维模型的获取一般包括建筑物白模构建和纹理获取两部分工作，通过将建筑物的纹理贴图在建筑物白模上，获得建筑物的三维模型，其中，用于贴图的三维模型称为白模。
[0004]现有的建筑物的三维模型的获取方法为纯人工方法，在建筑物白模建好以后，通过人工的方法在白模表面贴建筑物的纹理，从而获得建筑物的三维模型。
[0005]然而，现有的建筑物的三维模型的获取方法的缺陷在于:所获取的建筑物的纹理中建筑物的各面之间存在遮挡而造成建筑物的纹理的精准度下降，同时难以建立所获取的建筑物的纹理与建筑物白模之间的一一对应关系，而需要人工贴图，贴图流程复杂、自动化程度低以及建模周期较长。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种建筑物的三维模型的获取方法及系统，以提高建筑物的纹理的精准度，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
[0007]本发明实施例提供一种建筑物的三维模型的获取方法，包括:
[0008]获取建筑物白模；
[0009]获取建筑物的顶面纹理；
[0010]获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片；利用检校场和定位定向系统POS直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素；建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片；利用摄影测量原理，判断所述各最优侧面之间的遮挡关系，并剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理；[0011]将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
[0012]其中，所述获取建筑物的顶面纹理，包括:
[0013]获取建筑物的顶面航片；
[0014]对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片；
[0015]将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶
面纹理。
[0016]其中，所述利用检校场和POS直接地理定位，获取所述倾斜航片的外方位元素，包括:
[0017]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系；
[0018]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系；
[0019]利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和第三位置关系;
[0020]根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系；
[0021]通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
[0022]其中，所述利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系，包括:
[0023]将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线；
[0024]逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点；
[0025]若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部；
[0026]若所述交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
[0027]其中，在所述将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型之后，还包括:
[0028]获取建筑物的数字高程模型DEM数据和地面正射影像数据；
[0029]将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
[0030]相应地，本发明实施例提供一种建筑物的三维模型的获取系统，包括:[0031]白模获取模块，用于获取建筑物白模；
[0032]顶面纹理获取模块，用于获取建筑物的顶面纹理；
[0033]第一倾斜航片获取模块，用于获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片；
[0034]外方位元素获取模块，用于利用检校场和定位定向系统POS直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素；
[0035]对应关系建立模块，用于建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；
[0036]最优侧面及最优倾斜航片获取模块，用于对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片；
[0037]遮挡关系判断模块，用于利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系；
[0038]遮挡部分剔除模块，用于剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；
[0039]第一处理模块，用于通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理；
[0040]贴图模块，用于将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
[0041]其中，所述顶面纹理获取模块，包括:
[0042]顶面航片获取单元，用于获取建筑物的顶面航片；
[0043]最优顶面及最优顶面航片获取单元，用于对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片；
[0044]第二处理单元，用于将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶面纹理。
[0045]其中，所述外方位元素获取模块，具体用于:
[0046]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系；
[0047]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系；
[0048]利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和第三位置关系;
[0049]根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系；
[0050]通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
[0051]其中，所述遮挡关系判断模块，具体用于:[0052]将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线；
[0053]逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点；
[0054]若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部；
[0055]若所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
[0056]其中，所述系统还包括:
[0057]数字高程模型DEM数据获取模块，用于获取建筑物的DEM数据；
[0058]地面正射影像数据获取模块，用于获取地面正射影像数据；
[0059]三维场景图生成模块，用于将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
[0060]本发明提供一种建筑物的三维模型的获取方法及系统，利用倾斜航片的外方位元素与面积计算法，选择与建筑物的各侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片，并对所述各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精
准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的--对应
关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0061]为了更清楚地说明本发明，下面将对本发明中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0062]图1为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取方法的流程图；
[0063]图1a为本发明实施例提供的一种建筑物白模；
[0064]图1b为本发明实施例提供的一种倾斜航片；
[0065]图1c为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型；
[0066]图1d为本发明实施例提供的另一种建筑物的三维模型；
[0067]图2为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取方法中获取倾斜航片的外方位元素方法的流程图；
[0068]图3为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取系统的结构示意图。【具体实施方式】 [0069]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0070]实施例一
[0071]请参阅图1，本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取方法的流程图。如图1所示，所述方法可以包括:
[0072]步骤110、获取建筑物白模。
[0073]在本步骤中，可以通过获取建筑物的边界矢量数据，并根据所述边界矢量数据确定建筑物白模数据，进而根据所述白模数据获取建筑物白模。所获取的建筑物的白模可以如图1a所示。
[0074]步骤120、获取建筑物的顶面纹理。
[0075]在本步骤中，可以通过数字航摄仪拍摄得到的倾斜航片获取建筑物的顶面纹理。优选地，可以包括:获取建筑物的顶面航片；对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片；将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶面纹理。
[0076]本优选的获取建筑物的顶面纹理的技术方案通过面积判断法，确定与建筑物实际顶面对应的最优顶面，所述最优顶面所在的顶面航片即为最优顶面航片，以通过建立建筑
物的各实际顶面与顶面航 片的--对应关系从而建立建筑物的各顶面纹理与建筑物白模
的一一对应关系，以实现倾斜摄影获取的顶面纹理到建筑物白模的自动贴图，同时还可以提高建筑物的顶面纹理的精准度。
[0077]其中，微分纠正是指采用航摄像片(如倾斜航片)或其它遥感图像的微小面积为纠正单元，通过纠正单元的几何变换实现两个图像(例如建筑物的实际图像与建筑物的倾斜航片)之间的任何一种变换，例如所述变换可以为采用有理多项式函数纠正模型的变换。
[0078]其中，剪裁是将所述最优顶面从该最优顶面所在的倾斜航片上提取。
[0079]步骤130、获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片；利用检校场和定位定向系统(Position and Orientation System, P0S)直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素；建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片；利用摄影测量原理，判断所述各最优侧面之间的遮挡关系，并剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理。
[0080]需要说明的是，由于实际中建筑物的某一实际侧面可能会落在多张倾斜航片(示例性的，图1b为其中一张具体的倾斜航片)上，因此，对于建筑物的各实际侧面，通过建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系，并根据建筑物的该实际侧面，例如，根据建筑物的该实际侧面的地面坐标，计算出该实际侧面所对应的航片坐标，从而确定与建筑物的该实际侧面对应的倾斜航片，也可以确定所述对应的倾斜航片上与该实际侧面对应的航拍侧面的面积。通过面积判断法，从而可以进一步确定与该实际侧面对应的最优侧面，所述最优侧面所在的倾斜航片即为最优倾斜航片，以通过建立建筑物的各实际侧面与倾斜航片的对应关系从而建立建筑物的各侧面纹理与倾斜航片的对应关系，同时还可以提高建筑物的侧面纹理的精准度。此外，通过对倾斜航片上遮挡关系进行处理，以进一步提高建筑物的侧面纹理的精准度。
[0081]其中，数字航摄仪在安装时要求相机参考坐标系与惯性导航平台参考坐标系的坐标轴之间精确平行，但是实际上，安装后的惯性导航平台与数字航摄仪总存在一个微小的角度差，即偏心角。同时，由于地球曲率影响，直接获取的线元素与采用数字航摄仪获得的倾斜航片的线元素之间产生线元素分量偏移值。检校场检校就是为了求出惯性导航平台与数字航摄仪之间的偏心角以及线元素分量偏移值。
[0082]POS直接地理定位是指利用装在飞机上的全球定位系统(Global PositioningSystem, GPS)接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机，同步而连续地观测GPS卫星信号，通过GPS载波相位测量分差定位技术获取数字航摄仪的位置参数，应用于数字航摄仪紧密固接的高精度惯性测量单元直接测定数字航摄仪的姿态参数。根据惯性测量单元的数据和GPS数据，可以获得倾斜航片的外方位元素。
[0083]方位元素是指确定摄影时摄影物镜(例如，摄影中心)、倾斜航片与地面三者之间相关位置的参数。确定倾斜航片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数叫倾斜航片的外方位元素，由所述外方位元素就可恢复倾斜航片在空间的位置和姿态。一张倾斜航片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值，另外三个是角元素，用于表达倾斜航片面的空间姿态。
[0084]在本步骤中，优选地，在通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁后，还可以进一步包括对剪裁部分进行全二次多项式纠正，以进一步提高所获得建筑物的侧面纹理的精准度。
[0085]步骤140、将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
[0086]示例性地，所述建筑物的三维模型可以如图1c和Id所示。需要说明的是，可以将预获取的建筑物的三维模型对应的实际建筑物的区域按预设区域划分为多个子区域，对于每个子区域，按本实施例中的技术方案获取该区域的建筑物白模，以及该区域的建筑物的顶面纹理和侧面纹理，并将所述区域的建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到该区域的建筑物白模，以获得该子区域的带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型，示例性地，可以如图1c所示；通过对按预设区域划分的多个子区域按本实施例的技术方案进行类似操作，从而可以获取预设区域的带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型，示例性地，可以如图1d所示。
[0087]需要说明的是，通过面积判断法，建立所获取的建筑物的侧面纹理与倾斜航片的
--对应关系，即建立了所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的--对应关系，
以实现建筑物的侧面纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。[0088]需要说明的是，在本实施例中，由于建筑物白模、建筑物的顶面纹理和建筑物的侧面纹理是分开独立获取的，因此步骤110-步骤130的顺序可以变化。
[0089]本实施例提供一种建筑物的三维模型的获取方法，利用倾斜航片的外方位元素与面积计算法，选择与建筑物的各实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片，并对所述各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精
准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的--对应
关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
[0090]还请参阅图1，优选地，在上述技术方案的基础上，在步骤140之后，还可以包括:
[0091]步骤150、获取建筑物的数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数据和地面正射影像数据；
[0092]其中，DEM是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model, DTM)的一个分支。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。
[0093]步骤160、将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
[0094]本优选实施例的技术方案通过将获取的DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，以生成建筑物的三维场景图，从而通过建筑物的三维场景图可以反映建筑物的纹理细节，同时可以反映建筑物所在的地面影像的细节。
[0095]优选地，在上述技术方案的基础上，在步骤140或步骤160之后，还可以包括:
[0096]获取建筑物的各侧面和/或顶面的注记数据；
[0097]将所述注记数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成带注记数据的建筑物的三维场景图。
[0098]本优选实施例的技术方案通过将获取的建筑物的各侧面和/或顶面的注记数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，以生成带注记数据的建筑物的三维场景图，以提高所述三维场景图的精准度。
[0099]实施例二
[0100]请参阅图2，为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取方法中获取倾斜航片的外方位元素方法的流程图。本实施例在上述各实施例的基础上，进一步优化了建筑物的三维模型的获取方法中利用检校场和POS直接地理定位，获取所述倾斜航片的外方位元素。如图2所示，所述获取倾斜航片的外方位元素的方法可以包括: [0101]步骤210、确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系。
[0102]所述数字航摄仪集五台相机于一体，下视相机竖直向下安装在所述数字航摄仪的中间，所述数字航摄仪的四周安装有四个倾斜子相机，所述四个倾斜子相机与所述数字航摄仪的倾斜角度可以为45°。所述数字航摄仪可以同步采集包含有建筑物侧面纹理和顶面纹理的倾斜航片。
[0103]步骤220、确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系。
[0104]步骤230、利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和
第三位置关系；
[0105]步骤240、根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系；
[0106]步骤250、通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
[0107]本实施例提供一种建筑物的三维模型的获取方法，利用检校场和POS直接地理定位，获取所述倾斜航片的外方位元素，结合面积计算法，选择与建筑物的各侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片，并对所述各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的一一对应关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
[0108]实施例三
[0109]本实施例在上述各实施例的基础上，进一步优化了建筑物的三维模型的获取方法中利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系，所述判断各最优侧面之间的遮挡关系的方法可以包括:
[0110]步骤a、将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线；
[0111]在本步骤中，所述多个预设点可以为所述待判断的第一最优侧面上的选取的多边形面的各顶点以及该多边形面的中心点。
[0112]步骤b、逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点；
[0113]步骤C、若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部；
[0114]需要说明的是，若否，确定所述待判断的第一最优侧面与所述待判断的第二最优侧面之间无遮挡。
[0115]步骤d、若所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
[0116]本实施例提供一种建筑物的三维模型的获取方法，利用倾斜航片的外方位元素与面积计算法，选择与建筑物的各侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片，并利用摄影中心和倾斜航片多点连接光束与待判断面的交点实现遮挡判断，对所述各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的一一对应关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
[0117]实施例四
[0118]请参阅图3，为本发明实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取系统的结构示意图。如图3所示，所述系统包括:白模获取模块11、顶面纹理获取模块12、第一倾斜航片获取模块130、外方位元素获取模块131、对应关系建立模块132、最优侧面及最优倾斜航片获取模块133、遮挡关系判断模块134、遮挡部分剔除模块135、第一处理模块136和贴图模块14。
[0119]其中，白模获取模块11用于获取建筑物白模；顶面纹理获取模块12用于获取建筑物的顶面纹理；第一倾斜航片获取模块130用于获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片；外方位元素获取模块131用于利用检校场和定位定向系统POS直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素；对应关系建立模块132用于建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；最优侧面及最优倾斜航片获取模块133用于对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片；遮挡关系判断模块134用于利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系；遮挡部分剔除模块135用于剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；第一处理模块136用于通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理；贴图模块14用于将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
[0120]需要说明的是，可以通过第一倾斜航片获取模块130、外方位元素获取模块131、对应关系建立模块132、最优侧面及最优倾斜航片获取模块133、遮挡关系判断模块134、遮挡部分剔除模块135和第一处理模块136，获取建筑物的侧面纹理。
[0121]可选地，顶面纹理获取模块12可以包括:顶面航片获取单元、最优顶面及最优顶面航片获取单元和第二处理单元。
[0122]其中，顶面航片获取单元用于获取建筑物的顶面航片；最优顶面及最优顶面航片获取单元用于对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片；第二处理单元用于将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶面纹理。
[0123]本实施例提供的一种建筑物的三维模型的获取系统，利用倾斜航片的外方位元素与面积计算法，选择与建筑物的各侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片，并对所述各最优侧面之间的遮挡部分进行剔除，还通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理，以提高建筑物的侧面纹理的精准度；利用所述最优侧面，建立所获取的建筑物的侧面纹理与建筑物白模之间的—对应关系，以实现倾斜摄影获取的建筑物纹理到建筑物白模的自动贴图，从而简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期。
[0124]优选地，在上述技术方案的基础上，所述系统还可以包括:DEM数据获取模块、地面正射影像数据获取模块和三维场景图生成模块。
[0125]其中，DEM数据获取模块用于获取建筑物的DEM数据；地面正射影像数据获取模块用于获取地面正射影像数据；三维场景图生成模块用于将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
[0126]本优选实施例的技术方案通过将获取的DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，以生成建筑物的三维场景图，从而通过建筑物的三维场景图可以反映建筑物的纹理细节，同时可以反映建筑物所在的地面影像的细节。
[0127]作为本实施例的一个优选的实施方式，所述外方位元素获取模块131可以具体用于:
[0128]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系；
[0129]确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系；
[0130]利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和第三位置关系;
[0131]根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系；
[0132]通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
[0133]本优选的实施方式利用检校场和POS直接地理定位，获取所述倾斜航片的外方位元素。
[0134]作为本实施例的另一个优选的实施方式，所述遮挡关系判断模块134可以具体用于:
[0135]将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线；
[0136]逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点；
[0137]若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部；
[0138]若所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
[0139]本优选的实施方式利用摄影中心和倾斜航片多点连接光束与待判断面的交点以实现遮挡判断。
[0140]上述系统可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0141]本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括:R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0142]最后应说明的是:以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；实施例中优选的实施方式，并非对其进行限制，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种建筑物的三维模型的获取方法，其特征在于，包括: 获取建筑物白模； 获取建筑物的顶面纹理； 获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片；利用检校场和定位定向系统POS直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素；建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片；利用摄影测量原理，判断所述各最优侧面之间的遮挡关系，并剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理； 将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取建筑物的顶面纹理，包括: 获取建筑物的顶面航片； 对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片； 将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶面纹理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用检校场和POS直接地理定位，获取所述倾斜航片的外方位元素，包括: 确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系； 确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系； 利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和第三位置关系；根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系； 通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系，包括: 将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线； 逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点；若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部； 若所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型之后,还包括: 获取建筑物的数字高程模型DEM数据和地面正射影像数据； 将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
6.一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，包括: 白模获取模块，用于获取建筑物白模； 顶面纹理获取模块，用于获取建筑物的顶面纹理； 第一倾斜航片获取模块，用于获取数字航摄仪拍摄得到的建筑物的倾斜航片； 外方位元素获取模块，用于利用检校场和定位定向系统POS直接地理定位，以获取所述倾斜航片的外方位元素 ；对应关系建立模块，用于建立所述倾斜航片与所述外方位元素之间的对应关系；最优侧面及最优倾斜航片获取模块，用于对于建筑物的各实际侧面，根据所述对应关系确定该实际侧面对应的倾斜航片以及该实际侧面在对应的倾斜航片上的航拍侧面的侧面积，选取侧面积最大的航拍侧面以及该侧面积最大的航拍侧面所在的倾斜航片分别作为该实际侧面对应的最优侧面以及最优倾斜航片； 遮挡关系判断模块，用于利用摄影测量原理，判断各最优侧面之间的遮挡关系； 遮挡部分剔除模块，用于剔除各最优倾斜航片中与所述遮挡关系对应的遮挡部分；第一处理模块，用于通过对剔除所述遮挡部分后的各最优倾斜航片中的最优侧面进行微分纠正并剪裁，以获得建筑物的侧面纹理； 贴图模块，用于将所述建筑物的侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模，以获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述顶面纹理获取模块，包括: 顶面航片获取单元，用于获取建筑物的顶面航片； 最优顶面及最优顶面航片获取单元，用于对于建筑物的各实际顶面，根据该实际顶面在所述顶面航片中的顶面航片坐标确定该实际顶面对应的顶面航片以及该实际顶面在对应的顶面航片上的航拍顶面的顶面积，选取顶面积最大的航拍顶面以及该顶面积最大的航拍顶面所在的顶面航片分别作为该实际顶面对应的最优顶面以及最优顶面航片； 第二处理单元，用于将所述最优顶面航片在0-90度范围旋转，当所述最优顶面航片被旋转到与该最优顶面对应的实际顶面所在的地面坐标系平行时，将该旋转角度对应的最优顶面航片中的最优顶面的最小外接矩形部分从所述最优顶面航片上剪裁并微分纠正，以获得建筑物的顶面纹理。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述外方位元素获取模块，具体用于:确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机之间的第一角度关系和第一位置关系； 确定所述数字航摄仪中四个倾斜子相机与所述数字航摄仪中下视相机之间的第二角度关系和第二位置关系； 利用检校场确定POS与所述数字航摄仪中下视相机的第三角度关系和第三位置关系；根据所述第一角度关系和第一位置关系，所述第二角度关系和第二位置关系，以及所述第三角度关系和第三位置关系，确定所述四个倾斜子相机与所述POS之间的第四角度关系和第四位置关系； 通过将所述POS的定位定向结果按所述第四角度关系和第四位置关系分解到所述四个倾斜子相机上，获取所述四个倾斜子相机所对应的倾斜航片的外方位元素。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述遮挡关系判断模块，具体用于: 将待判断的第一最优侧面所在的最优倾斜航片的摄影中心与所述待判断的第一最优侧面上的多个预设点连接，形成多条预设连线； 逐一判断待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线是否有交点； 若是，判断所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点是否位于所述待判断的第二最优侧面的内部； 若所述待判断的第二最优侧面与所述多条预设连线的交点位于所述待判断的第二最优侧面的内部，则确定所述待判断的第一最优侧面上、由位于所述待判断的第二最优侧面的内部的交点所组成的部分被所述待判断的第二最优侧面遮挡。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 数字高程模型DEM数据获取模块，用于获取建筑物的DEM数据； 地面正射影像数据获取模 块，用于获取地面正射影像数据； 三维场景图生成模块，用于将所述DEM数据、地面正射影像数据和带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型进行叠加显示，生成建筑物的三维场景图。
【文档编号】G06T17/00GK103886640SQ201410117308
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】牛雪峰, 陈晓勇, 刘力荣, 杨国东, 郭增长, 左建章, 王双亭, 袁占良, 苏玉扬, 王乐洋, 胡倩伟 申请人:中国测绘科学研究院, 吉林大学, 北京四维远见信息技术有限公司