菜鸟都应该知道的倾斜摄影测量知识

Posted 2023-04-02

参考技术A 所谓“站在巨人的肩膀上”在这篇文章中就很好的体现出来了，本文的一些图和一些概念就是借鉴“巨人”发表的文章中的图和概念。这还得感谢这些“巨人”把我们领向一条光明大道。我不是摄影测量的专业人士，GIS圈也只是个刚入门的菜鸟。请允许我从一个菜鸟的角度，来说说那些菜鸟入门级的倾斜摄影测量知识。
近些年，倾斜摄影测量在GIS圈掀起了一阵巨浪，有人说他颠覆传统的测绘领域，有人说他替代了传统建模方式。正因为倾斜摄影测量被带上了这么多光环，人们开始对他有形形色色的猜想，让它变得越来越神秘。就让咱们来看看倾斜摄影数据的效果图。

我们先来看看倾斜摄影测量，和我们传统的影像有什么区别？
从数据采集的方式来看，传统影像是通过飞机上搭载的航摄仪对地面连续摄取相片，而后经过一系列的内业处理得到的影像数据，获取的成果只有地物俯视角度信息，也就是视角垂直于地面。而倾斜摄影测量测试通过飞机或无人机搭载5个相机从前、后、左、右、垂直五个方向对地物进行拍摄，再通过内业的几何校正、平差、多视影像匹配等一系列的处理得到的具有地物全方位信息的数据。简单理解就是，影像上地物是在一个平面的，倾斜摄影测量地物是具有真实高度的。

我们知道了倾斜摄影数据采集的方式，通过倾斜摄影数据加工的关键技术，比如多视影像联合平差、多视影像关键匹配、数字表面模型生产和真正射影像纠正等，得到地表数据更多的侧面信息，加上内业数据处理，得到数据的三维模型。
下面，小伙伴们一起来揭开倾斜摄影测量数据神秘的面纱吧！倾斜摄影测量的数据本质上来看是mesh模型，什么是mesh模型呢？mesh模型就是网格面模型，它是点云通过一些算法，比如区域增长法、八叉树算法和波前算法等等构成的。而点云是在同一空间参考系下用来表示目标空间分布和目标表面特性的海量点集合。内业软件基于几何校正，联合平差等处理流程，可计算出基于影像的超高密度点云，如下图：

上面两张图看来切割的方式展现出来的效果还蛮不错的，有条有理的，但是当你拉近到一定程度的时候效果是这样的：

倾斜摄影测量单体化思路

摘自:聂赞,文琳,黄山,李凤华.倾斜摄影的单体化建模研究[J].地理空间信息,2019,17(03):113-114+122+11.

倾斜摄影模型单体化主要包括矢量切割单体化、矢量叠加单体化和模型重建单体化 3 种方式。

• 思路一
  矢量切割单体化是一种最直观的思路，即用建筑物、道路、树木等对应的矢量面，对倾斜摄影模型进行切割，从物理上把连续的三角面片网分割开，实现单体化。该方法可从物理意义上把连片的模型真正分割开来，再对分割后的模型进行管理和操作。然而，由于倾斜摄影数据量大，切割是一项很费时费力的工作，不符合倾斜摄影建模高效率低成本的初衷。该算法的缺点表现为：①算法的切割是对已生成模型 Mesh面的切割，而不是对三角网的重建，势必会在模型底边出现明显锯齿（三角面片的边界）；②由于 3DGIS对模型空间查询和分析能力远没二维 GIS 对面操作的成熟和灵活，因此其分析功能有限；③倾斜摄影模型本身带有多层 LOD，切割仅针对最精细层进行，破坏了数据原生的 LOD，也就无法直接加载模型，只能采用导入的方式；④切割一般只是把三角网分开了，而整块模型所对应的纹理并不会被切割开，因此会出现多份纹理，而重复大量的纹理是最影响三维渲染性能的，当数据量较大时将导致三维浏览性能的急剧下降。
• 思路二
  目前市场上大部分基于倾斜摄影三维模型的应用均采用叠加配套矢量面的方式，利用与摄影对象配套的二维矢量面为用户提供类单体的实用表达与操作体验，实现了对象化的表达与操作，打通了倾斜摄影模型与二维矢量面之间的二三维一体化通道，即矢量叠加单体化。该方法主要以超图 Super Map 等 GIS 应用软件为代表，在三维渲染过程中，动态地把对应矢量面叠加到倾斜摄影模型上，该矢量面在一定阈值范围内垂直地表方向生成包围盒，判断哪些三角网在其范围内（包括空中三角网），用半透明颜色贴合三角网，从视觉上实现模型被完整套合、单个管理操作的效果。该方法操作简单，人工干预少，不会因破坏 Mesh 面而影响模型渲染速度，且不破坏原始数据的 LOD。矢量面可通过已有 DLG 数据配准、正射影像半自动勾画矢量面、倾斜模型成果自动生成 DLG 等多种方式获取。通过二维矢量挂接属性数据，更贴合 GIS 功能应用，且二维分析查询功能成熟，更符合 GIS 应用的需求。然而，该方法并非真正意义上的单体分离，表面上看起来是单体效果，实则只是简单地调用了对象轮廓的矢量面，真正意义的单体化不只是为了单体，也为了分离。而作为智慧城市的数据空间基础，需要的是一个全要素的城市三维模型，即把地表的所有东西都分离出来，实现单体又分离的功能，为后续的用户使用提供方便。例如：关注房屋的用户可只提取自己关心的房屋数据，而不必提取不关心的周围环境数据；关注路网的用户可只提取关注的路网数据，这才是真正单体化的优势。若不能做到分类实体的对象化管理，用户不得不花更多的时间和更高的费用来处理不需要的数据。
• 思路三
  模型重建单体化以天际航 DP-Modeler、SVS智觉空间、中海达 OSketch 等软件为代表，以连续倾斜摄影数据为基础数据源，进行人工干预。将建模成果导入软件进行精化编辑，通过模型重建在原有场景上达到分离效果，实现模型的单体化。结合地面照片，集成低空数据，能有效弥补航空影像对于底商、地面、城市部件等信息的缺失，在单体化的同时，完成整个场景的修饰。该过程更类似于人工建模，但与传统建模方式相比，能通过对影像多角度地观测建模，达到模型与影像的完整套合，使模型具有精确的三维坐标信息。模型贴图自动从影像中采集，一键映射完成模型贴图。该方法相较于矢量叠加单体化需要更多的人工干预，侧重提供产品，而非 GIS 级别应用。