近景攝影測(cè)量和三維渲染技術(shù)在建筑物精細(xì)建模中的應(yīng)用.pdf

1、智慧城市的發(fā)展已對(duì)城市三維仿真模型提出了精細(xì)化的要求，建筑物作為城市結(jié)構(gòu)的主題，其三維精細(xì)模型的建立作為智慧城市的支撐基礎(chǔ)，服務(wù)于城市規(guī)劃、管理、應(yīng)急指揮等方面，已成為貫穿始終的重要技術(shù)。學(xué)者們?cè)诖朔较蛏线M(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的依靠3ds Max、Auto CAD等三維建模軟件進(jìn)行完全人工模型建立和紋理貼圖的方法過(guò)于繁瑣，無(wú)法滿足智慧城市準(zhǔn)確、快速、高效構(gòu)建的要求。并且智慧城市的構(gòu)建不僅需要準(zhǔn)確的幾何模型，更需要地物的真實(shí)坐標(biāo)方位以

2、及逼真的紋理信息，從而更加真實(shí)的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文依托“基于未標(biāo)定相機(jī)的三維街景建模技術(shù)研究”項(xiàng)目，提出一種將近景攝影測(cè)量與專業(yè)建模軟件3ds Max相結(jié)合的建筑物精細(xì)重建的方法，將兩者優(yōu)勢(shì)相結(jié)合建立精細(xì)模型。在內(nèi)容上以建筑物的三維精細(xì)建模為研究方向，以近景攝影測(cè)量輔助三維建模軟件為建模手段進(jìn)行精細(xì)模型的制作，以快速高效生產(chǎn)制作精細(xì)三維模型為主要目標(biāo)，立足于已有的三維影像重建理論和技術(shù)，在建筑物基元的提取、特征

3、匹配及紋理的三維映射方面進(jìn)行了探究和實(shí)驗(yàn)，從而輔助3ds Max制作出建筑物的精細(xì)模型。
　　本文的研究方法及相應(yīng)的研究結(jié)果如下:
　　(1)基于專業(yè)建模軟件3ds Max的建模方法。本方法是智慧城市建模一線生產(chǎn)單位用的最多的方法，文章從生產(chǎn)實(shí)踐的角度研究了建筑物精細(xì)模型的構(gòu)建方法，對(duì)建筑物精細(xì)三維仿真的基本技術(shù)和優(yōu)化方法進(jìn)行研究與探討。介紹了墻體、窗體、門(mén)及其附屬、廳、女兒墻、陽(yáng)臺(tái)和其它設(shè)計(jì)感較強(qiáng)的部件的模型建立方法;并從

4、普通紋理和帶有阿爾法通道的紋理兩個(gè)方面介紹了紋理的制作及映射方法。本文用此方法建出了完整的精細(xì)三維模型，還對(duì)此進(jìn)行模型優(yōu)化，以方便后續(xù)使用者漫游或入庫(kù)。
　　(2)基于近景攝影測(cè)量的建模方法。文章采用旋轉(zhuǎn)攝影及正直攝影相結(jié)合的攝影方式，采用基于直線滅點(diǎn)的相機(jī)標(biāo)定方法，不解求滅點(diǎn)坐標(biāo)，而是以此為中間變量去計(jì)算相機(jī)的內(nèi)外方位元素。此外，本文還附加了建筑物結(jié)構(gòu)線、窗體線、角點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)和區(qū)域特征等幾何約束，參與特征點(diǎn)的最小二乘解算，從而對(duì)

5、影像基元進(jìn)行正射糾正及深度信息恢復(fù)，精確獲取三維精細(xì)模型。
　　(3)近景攝影測(cè)量和3ds Max相結(jié)合的建模方法。文章在上述兩種方法實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)了存在的問(wèn)題:方法機(jī)械繁瑣，自動(dòng)化程度低、模型不完整等。為了解決上述問(wèn)題本文提出了近景攝影測(cè)量輔助三維建模軟件建模的方法。其中“輔助”最主要的一點(diǎn)是體現(xiàn)在紋理單元的制作與三維映射。論文討論了用相機(jī)標(biāo)定得來(lái)的ψ、ω、κ及x0、y0、f并附加轉(zhuǎn)折點(diǎn)和結(jié)構(gòu)線等幾何約束，進(jìn)行紋理單元的正射糾

6、正及提取，并用上述紋理進(jìn)行模型的直接映射，對(duì)于無(wú)法獲取的部分，仍然采用3ds Max的UVW貼圖的方式進(jìn)行紋理映射，從而建出完整且符合精度要求的建筑物精細(xì)三維模型。
　　本文通過(guò)對(duì)武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院整個(gè)樓群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提方法的可行性，并證明了此方法的優(yōu)勢(shì):不再單純依靠建模軟件本身，減少人工干預(yù)及工作量;節(jié)約了成本，比單純使用近景攝影測(cè)量方法建模廉價(jià)可靠;對(duì)于建筑物遮擋部分建模不再束手無(wú)策，兩種方法的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)大大得到發(fā)揮。盡