大连市勘察测绘研究院有限公司 辽宁大连 116021
摘要：随着无人机航摄技术的广泛应用，利用无人机航摄获取复杂建筑物影像变得容易起来，结合成熟快捷的三维建模软件，使得建筑物三维建模易于实现，并应用诸多方面。
1 引言
随着无人机以及空间导航定位技术的飞速发展，越来越多人们能够利用无人机获取建筑物的全方面照片或影像信息，将原来很复杂的低空航空摄影变得简单易用，同时，市场出现大量的基于倾斜摄影的三维建模软件，如Smart3D、街景工厂等，为建筑物的快速三维建模提供新的技术手段。无人机航摄进行的建筑物的三维建模具有时间短、省人工、自动化高、三维模型真实等特点[1]，改变了传统建筑物的虚拟三维建模耗时长、工作量大、人力消耗大、制作烦琐等缺点，是虚拟三维无可比拟的，是城市中复杂建筑物以及历史保护建筑物进行三维建模的先进技术方法。
2基于无人机航摄的建筑物三维建模
2.1 无人机航摄
无人机飞行因其受各种因素影响，航摄时需要进行建筑物周边场地踏勘，现场查看摄区是否满足无人机航摄的条件，航摄区域地形特点，建筑物特征，天气情况以及是否为军事区、空域管制区等。天气对无人机飞行影响很大，主要体现在无人机飞行中容易受气流的影响，容易偏离预设的航线或航高，影响后期数据处理，甚至风力过大有可能失去对无人机的控制。无人机航摄需选择天气晴朗、无云、能见度高、风力不大时进行飞行。根据建筑物特点以及采用的无人机及航摄仪特点进行航线设计，以建筑物参考对象，采用自上而下的镜头朝地面的旋转飞行或镜头对准建筑物飞行，充分考虑航带间的重叠度不低于80%，获取优质建筑物影像资料。
2.2建筑物三维建模
航空影像三维建模软件目前常用有Smart3D、Photomesh、Pix4D，其优势在于其自动化程度高、三维建模效果好，且侧重与倾斜三维建模。Smart3D软件可以输出obj文件，可常用的3dsmax等软件进行三维模型修改，再导入Smart3D软件重建建模[2]。航空影像三维建模软件还有Photomesh可进行全自动生成三维模型，其效果略低于Smart3D建模效果，但其优势在于照片输入到建模、修改、单体化、网络发布一体化。Pix4D公司开发的三维建模软件擅长于正射投影，其正射投影计算速度快且质量高，其倾斜摄影三维实景建模效果一般。以下以Smart3D软件进行基于无人机航摄的建筑物三维建模。
2.2.1资料准备
把无人机航摄的建筑物影像数据按照不同拍摄视角放入不同的文件夹中，并且保持文件夹的路径为非中文路径。将无人机航摄时相机参数camera文件以及其相机上加载POS文件进行收集，为了提高空三加密的精度以及将无人机航摄获取的WGS84经纬度坐标转换到当地坐标系，测量必要的像控点以及检查点，选取建筑的特征部位进行测量，并做像控点以及检查点的点之记，拍摄其特征的位置照片信息，为后续空三加密中控制点刺点做好准备。
2.2.2空三加密
空三加密也叫空中三角测量，是摄影测量中根据少量的野外控制点，通过加密计算求得航摄像片上任意点的绝对坐标。Smart3D软件会用对航摄影像进行大量特征点的自动提取，并对获取的特征点再采用多视角匹配同名点，反向解算出每张影像的空间位置以及其姿态参数，空三加密通常需要多次解算才能正确解算出来，这是由于航片的重叠度、清晰度和角度等情况，空三加密软件在自动匹配同名点，存在部分粗差点。空三加密平差后，需要查看空三加密点是否在同一位置，在不同航片上是否有上下、左右的漂移，对这些漂移的加密点进行人工调整，若区域存在加密点很多时可将漂移的重新再进行一次空三加密。经过初步空三加密解算相对平差后，加入控制点再进行绝对平差。在相对平差后加入控制点时，软件会对导入的控制点的点位进行预测，有利于提高人工刺点的效率，并判断控制点在整个加密区的分布情况。经过绝对平差后，查看平差结果是否满足精度要求，若不满足需要再次进行加密点及控制点点位检查、调整，进行多次平差，直至满足精度为止，输出加密成果。其流程如下：
2.2.4建筑物三维建模
无人机航摄的建筑物航片经空三加密后，Smart3D软件自动通过空三加密点计算建筑物的不规则三角格网，构建建筑物的贴纹理的三维模型，根据三维模型形状每一点位与航片影像每一点位的一一对应关系，从航片里面选取最合适影像进行三维模型纹理匹配与贴图，生成正式的建筑实景三维模型。利用无人机进行建筑物三维模型建模是，由于局部影像纹理模糊或飞行的质量问题，制作的建筑三维模型在某些位置有可能存在空洞，对于这种情况，可以将在Smart3D软件下建成的建筑物三维模型导入第三方软件如3D MAX等里面修改编辑加工，完成以一个完美建筑物三维模型。
3 无人机航摄构建三维建筑物的应用
通过无人机航摄获取建筑影像，结合实景建模技术进行建筑物三维建模具有高精度、高分辨率、高清晰度的特点[3]，如下图a所示。可应用于建筑设计行业，帮助设计师分析待建区域周边建筑已经地形信息，将设计好的建筑模型置入场景中，进行挡光分析、环境分析等。对于超高层建筑或复杂建筑，施工不同阶段制作的建筑的三维模型，可准确反应施工进程并对施工质量进行监督，为施工管理做出决策。古建筑作为国家物质文化遗产，是一个城市发展、历史演变的验证，对其保护是一项重要工作，传统的数字化保护一般包括文字描述、测量测绘图纸等，不能表达文物特征的精确信息，采用无人机航摄构建文物的三维模型，是文物保护以及修复的重要技术应用，如下图b所示。
4 结束语
目前，无人机航摄三维建模速度快，并能够对复杂建筑进行快速建模，无需人工测量建筑进行建模，建模效率高，构建的建筑物三维模型的其尺寸大小、纹理与实际相符，使无人机航摄与三维建模技术得到迅猛发展，正逐渐取代了传统的手工建模。但基于无人机航摄的建筑物三维建模仍存在一些问题，如模型数据量大、软件自动生成碎面较多、模型编辑较困难等，有待这方面的技术进一步完善，将会这一技术应用到更多的领域中，并解决更多的实际问题。
参考文献：
[1]李磊，熊涛，胡湘阳，等.浅论无人机应用领域及前景[J].地理空间信息，2010（5）：7-9.
[2]戴竹红 李柳兴 邹发东.基于SMART3D的实景三维建模与应用[J]. 广西城镇建设，2010（5）：113-115.
[3]王琳，吴正鹏，姜兴钰，等.无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用[J]. 测绘与空间地理信息，2015（12）：30-32.
论文作者:卢芳玲
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第8期
论文发表时间:2019/5/6
标签：无人机论文; 建模论文; 建筑物论文; 模型论文; 影像论文; 软件论文; 建筑论文; 《建筑模拟》2019年第8期论文;