一种顾及建筑物密度的实景三维建模方法与流程

本发明涉及测绘与地理信息系统技术领域，具体涉及顾及建筑物密度的实景三维建模方法。

背景技术：

倾斜航空摄影技术2010年首次引入国内，它的出现给城市三维模型建设带来了新的契机。倾斜摄影技术通过多台传感器从多个角度采集地面影像，突破了传统航空影像从垂直角度拍摄的局限，快速、高效获取丰富的数据信息，真实地反映地面的客观情况，满足人们对实景三维信息的需求。所获得的三维数据为实景三维模型，可真实反映地、物的外观、位置、高度等属性，弥补了传统人工三维模型仿真度低的缺点。借助大飞机、无人机等飞行载体可以快速采集航摄影像，同时使用倾斜影像批量提取及自动映射纹理方式，实现自动化的三维建模，大幅度降低了城市三维建模成本。

实景三维模型与其他传统4d产品(dom-数字正射影像，dem-数字高程模型、dlg-数字线化图、drg-数字栅格图)相比，由于其可实现侧面拍摄方式，相对于传统正射投影方式，能获得更立体的地理和环境信息，因此在地物解译、环境监测和应急响应等方面具有不可替代的价值。

专利cn106327573b公开了一种针对城市建筑的实景三维建模方法，通过将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的结合，进行空地一体化地全方位空间信息的提取和处理，从而可快速建立城市建筑实景三维模型，最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥车载移动测量在近地面的优势。

专利cn108022294a公开了一种基于机载lidar与倾斜相机的城市真三维自动建模系统，包括空中建模系统和地面影像系统，通过航飞大面积采集城市纹理，并保证纹理色彩的一致性和真实性，同时，还可实现空、地数据结合，使采集到的数据更加完整。

专利cn109035401a公开了基于倾斜相机摄影的城市三维场景自动建模系统，包括倾斜相机摄影模块、空三数据获取模块、数据匹配模块、数据建模单元、控制器、存储模块、显示模块和人工干预模块。该专利通过多种摄影方式获取城市内地形地貌和建构筑物的所有纹理信息并打上数据标识融合形成倾斜数据；数据匹配模块将建模数据信息传输到数据建模单元，结合空三数据获取模块，建立城市多角度建筑物三维场景，实现空间化、可视化、精细化、动态化的地理空间信息系统，实时更新原有的地形图和线划图，高分辨率正射影像可作为三维浏览系统的底图，使环境更为详实，使规划成果可视化，可为政府相关规划方案的设计、修改以及最后的实施提供有效辅助。

专利cn109035401a公开了一种基于倾斜相机摄影的城市三维场景自动建模系统，通过倾斜相机摄影模块实时获取城市内建筑的所有纹理信息并打上数据标识融合形成倾斜数据；数据匹配模块将建模数据信息传输到数据建模单元，结合空三数据获取模块，建立城市多角度建筑物三维场景，实现空间化、可视化、精细化、动态化的地理空间信息系统，实时更新原有的地形图和线划图，高分辨率正射影像可作为三维浏览系统的底图，使环境更为详实，使规划成果可视化，可为政府相关规划方案的设计、修改以及最后的实施提供有效辅助。

现有技术分别是利用已有的数字线划图与倾斜影像相结合的方法、利用lidar数据与倾斜影像相结合的方法、倾斜影像空中三角测量及自动纹理贴图方法等。单一使用这些方法经济成本和人力成本投入量高，且无法适应不同应用范围不同尺度要求的实景三维模型建设要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种顾及建筑物密度的实景三维建模方法，解决现有方法无法满足不同应用范围不同尺度要求的实景三维模型建设要求。

本发明提供的一种顾及建筑物密度的实景三维建模方法，首先根据建筑物密度，将建模范围区分为密度较低的全域或大范围、密度较高的建成区或规划建成区、特殊有需求的局部重点区域；然后分别获取密度较低的地区、密度较高的地区和局部重点区域的航摄影像，并将各个航摄影像制作为不同精细尺度的实景三维模型；航摄影像依次包括第一航摄影像、第二航摄影像和第三航摄影像；所述实景三维模型依次包括第一实景三维模型、第二实景三维模型和第三实景三维模型；最后，将第一实景三维模型、第二实景三维模型、第三实景三维模型进行多源、多尺度融合，并存储至同一个三维模型数据库中。通过将不同建筑物密度需求下的不同来源的实景三维模型进行集成建库，实现多源多尺度实景三维模型融合管理，可充分发挥不同层级数据的优势，为成果浏览、应用和推广提供便捷。

进一步的，针对密度较低的地区，采用大飞机传统航空摄影方式，获取第一航摄影像，制作第一实景三维模型；针对密度较高的地区，采用大飞机倾斜航空摄影方式，获取第二航摄影像，制作第二实景三维模型；针对局部重点区域，采用无人机倾斜航空摄影方式，获取第三航摄影像，制作第三实景三维模型。

进一步，将所述第一航摄影像、第二航摄影像、第三航摄影像分别依顺次进行外业像片控制测量、内业空中三角测量、三维重建和自动纹理贴图，以制作为三种不同精细尺度的实景三维模型。

进一步的，将三个三维模型进行集成建库，从不同的三维模型中标记出模型的空间与语义映射关系，并模型的空间与语义映射关系进行存储。

进一步的，首先构建样本集，样本集内存储有建筑物属性图标；其次对三维模型进行数据分层和坐标匹配，将第一实景三维模型或第二实景三维模型或第三实景三维模型与样本集内存储的建筑物属性图标进行识别，筛选出形状相似的模型合集及其对应的语义集；最后将筛选出来的语义集自动录入数据库。

进一步的，第一航摄影像的旁向重叠度为30％-35％，航向重叠度为30％-35％，地面分辨率为0.2-0.5米。第二航摄影像的旁向重叠度和航向重叠度均为70％-80％，地面分辨率为0.05-0.1米。第三航摄影像的旁向重叠度和航向重叠度均大于70％-80％，地面分辨率为0.03-0.08米。通过判别需求范围大小及所述范围内建筑物密度大小，区分采集航摄影像的方式，进而确定实景三维模型制作的原始数据，即节约了成本，又提高了实景三维模型的制作效率。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

1.本发明通过判别需求范围大小及所述范围内建筑物密度大小，区分采集航摄影像的方式，进而确定实景三维模型制作的原始数据，即节约了成本，又提高了实景三维模型的制作效率。

2.本发明通过将不同建筑物密度需求下的不同来源、不同精细尺度的实景三维模型进行集成建库，实现多源多尺度实景三维模型融合管理，可充分发挥不同层级数据的优势，为成果浏览、应用和推广提供便捷。

3.本发明通过所述顾及建筑物密度的实景三维建模方法，提供了一种多源多尺度实景三维模型建设和集成方案，可直接应用于市域级、省域级乃至更大范围域实景三维模型制作，为大范围多源多尺度实景三维模型全覆盖提供建设指导。

4.本发明通过根据所述不同来源、不同精细尺度实景三维模型的融合集成管理方案，可直接应用于地形三维模型、人工仿真三维模型、实景三维模型等不同来源、不同精细尺度的三维模型数据融合集成管理，发挥各类三维模型数据的优势，满足不同应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一种顾及建筑物密度的实景三维建模方法的流程示意图。

图2为本发明实施例中大范围或全域建筑物密度较低的实景三维模型示意图。

图3为本发明实施例中建成区或规划建成区建筑物密度较高的实景三维模型示意图。

图4为本发明实施例中重点区域实景三维模型示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1至图4所示，本实施例提供的一种顾及建筑物密度的实景三维建模方法，包括以下步骤：

步骤一：根据建筑物密度，将建模范围区分为密度较低的全域或大范围、密度较高的建成区或规划建成区、特殊有需求的局部重点区域；区分的方式为工作人员根据要求进行设定区分。

步骤二：针对全域或大范围建筑物密度较低的地区，采用大飞机传统航空摄影方式，获取第一航摄影像，制作第一实景三维模型；

在本实施例中，第一航摄影像的旁向重叠度为30％、航向重叠度60％，地面分辨率为0.4米，色彩模式为真彩色。基于该第一航摄影像，进一步的实施外业像片控制测量、内业空中三角测量、三维重建和自动纹理贴图，快速制作全域范围的实景三维模型。

步骤三、针对建成区或规划建成区建筑物密度较高的地区，采用大飞机倾斜航空摄影方式，获取第二航摄影像，制作第二实景三维模型；

在本实施例中，第二航摄影像的旁向重叠度为80％、航向重叠度为80％，地面分辨率0.08米，色彩模式为真彩色。进一步的实施外业像片控制测量、内业空中三角测量、三维重建和自动纹理贴图，制作能满足建成区或规划建成区应用需求的精细尺度高的第二实景三维模型。

步骤四、针对局部重点区域，采用无人机倾斜航空摄影方式，获取第三航摄影像，制作第三实景三维模型；

在本实施例中，采用八旋翼无人机进行倾斜航空摄影，获取第三航摄影像，第三航摄影像的旁向重叠为88％、航向重叠度为88％，地面分辨率为0.03米，色彩模式为真彩色。

步骤五、将第一实景三维模型、第二实景三维模型、第三实景三维模型进行集成建库，从多个细节层次模型中标记出模型的空间和语义映射关系，并以一定方式显示存储，实现不同来源、不同精细尺度的实景三维模型融合管理，充分发挥不同层级数据的优势，为成果浏览、应用和推广提供便捷。

从三维模型中标记出模型的空间和语义映射关系具体的为：首先构建样本集，样本集内存储有建筑物属性图标；其次对三维模型进行数据分层和坐标匹配，将第一实景三维模型或第二实景三维模型或第三实景三维模型与样本集内存储的建筑物属性图标进行识别，筛选出形状相似的模型合集及其对应的语义集；最后将筛选出来的语义集自动录入数据库。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。