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三维景观图

时间:2022-01-19 百科知识 版权反馈
【摘要】:到目前为止,对于任何数据都通用的三维景观建模方法还没有,尤其是对于复杂建筑物,距离全自动更是甚远。在三维场景建立过程中,基本上还是采用矩形格网的DEM。图4-6-4 城市三维景观图
三维景观图_现代测绘科学技术

4.6.7 三维景观图

三维景观图比地图要形象、逼真,或者本来就表现了地面的真实情况,它在规划、工程设计、农林、水利、环境以及旅游等方面都有很好的应用。三维景观图的制作分为几何建模GM(geometrical modeling)与纹理建模TM(texture mapping)两大部分,三维景观构成如下:

(1)正射影像+DEM构成三维地形表面。

(2)由房屋的几何模型+纹理构成三维建筑物。

(3)三维的植被(森林)与其他地物所组成。其中第三部分的纹理一般用虚拟建模来实现,计算机图形学对此已经作出了极大的贡献,技术比较成熟。对于第一、二两部分,利用地面控制点对高分辨遥感影像进行纠正可以获得高平面精度的正射影像;利用高分辨遥感影像立体像对可以提取DEM,当有其他数据源时,如LIDAR数据、航空影像、SAR数据、已有大比例尺地形图等,也可以从它们获取DEM;房屋的几何模型主要是从高分辨率遥感影像上通过人工或半自动的方法获取;房屋的正面纹理有正射影像获得,房屋的侧面纹理可以部分地从遥感影像获得,还需要地面摄影资料。

尽管不少专家学者都提出了如面向城市等的三维景观图的自动制作方法,但是基本上都是在给定条件、给定数据的情况下实现相对简单的建筑物自动三维建模。到目前为止,对于任何数据都通用的三维景观建模方法还没有,尤其是对于复杂建筑物,距离全自动更是甚远。

1.几何建模

几何建模包括数字地面模型DEM的建立与地物三维空间数据的提取。DEM是从高分辨率卫星立体影像对,采用影像匹配技术自动提取(有时也需要一些人工编辑)。在有其他数据源的时候,DEM也可以由LIDAR数据经编辑直接提取,或者可利用已有地图扫描数字化的矢量化等高线、采用等高线保形的DEM内插法生成。在三维场景建立过程中,基本上还是采用矩形格网的DEM。

地物(主要是房屋)三维空间数据的获取是利用高分辨率遥感卫星立体影像对,在数字摄影测量系统上以人工立体量测的方式提取。国内外在这方面的研究已有多年的历史,也取得了大量的研究成果。然而由于遥感影像中包含了大量的复杂情况,如影像的模糊、失真、深度断裂和互相遮挡等,造成了影像信息的不完全性和多义性。所以现阶段尽管全自动化提取方法取得了一定的进展,但距离实用还有相当遥远的距离。就目前而言,有效的地物半自动提取方法更实用;半自动的地物提取算法稳定,模型清晰,更易于实现,提取的结果有更高的几何精度。对于高分辨率遥感卫星影像的地物提取来说,主要是建筑物的提取和道路的提取。

2.纹理建模

纹理建模就是将影像上的纹理“映射”到经过几何建模所获得的空间实体上,所以又称为纹理映射。地面的纹理主要是来自利用高分辨率遥感影像制作的正射影像。建筑物的纹理分为顶部纹理和侧面纹理两部分。建筑物屋顶的纹理也是从经过精确几何纠正的高分辨率遥感正射影像中提取。部分墙面的纹理也可以从高分辨率遥感影像中提取,然而高分辨遥感卫星影像是由空中对地观测,不能清晰地反映房屋的墙面纹理,当前解决墙面纹理的方法多是以近地面摄影的方法获取,即对每一墙面摄取影像,由人机交互量测影像中墙面的角点,并切割、映射,从而得到墙面纹理。

目前建筑立面纹理获取的方法主要可概括为以下4类:单纯基于影像的方法、多种数据源融合的方法、基于序列影像的方法以及基于航空器(人驾驶飞机、热气球和飞艇等)方法。单纯基于影像的方法由于侧重于目标对象的几何模型恢复,纹理只是作为一种附加的属性,上述重建过程中建筑墙面纹理的获取存在着一定的局限性,或者无法生成有效的纹理,或者自动化的程度较低(取决于几何模型重建的效率)。多种数据源融合是指几何数据和影像数据的融合,其中几何数据包括LIDAR数据、矢量图(形图或建筑平面图)和已有的三维几何模型等,影像数据包括卫星影像、遥感影像、航空影像、直升机载影像以及地面影像等。多种数据源融合的方法是目前最为常用的,但在几何数据的获取方面,对于在空间影像上提取房屋和从LIDAR数据重建房屋三维模型,自动化程度都比较低,即使能够实现自动化,也仅限于简单(如平顶等)的房屋模型;在纹理方面,地形纹理和建筑物顶部纹理可以从空间影像很容易获取,而在空间影像上建筑物立面纹理的清晰度通常比较差,甚至不可见,所以需要靠人使用数码相机去拍摄,由于影像之间通常是没有索引关系的,所以需要人为地查找照片、预处理照片和指定建筑物与照片的对应关系,这样就存在效率低下、人工劳动强度高的问题。航空器无人驾驶飞机、热气球、飞艇等具有操作灵活,相对于卫星和飞机的低成本等特点,同时,由于航空器适用于低空飞行,通过它采集的影像分辨率高,所以在城市三维重建中正发挥着越来越重要的作用。由于视频资料的获取具有方便、快捷和经济的特点,而且从中可提取出密集的序列影像,包含了丰富的人工地物信息,因而基于视频序列影像的应用研究日益成为摄影测量和计算机视觉的热点

总之,房顶纹理与部分墙面纹理取自高分辨率遥感影像,但大部分墙面纹理需要取自近地面影像和多源数据。

3.利用多源遥感影像制作三维景观图的流程

利用多源遥感图像进行三维重建的技术路线如图4-6-4所示。

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图4-6-4 城市三维景观图

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