摄影测量在3D建模和建筑可视化中的应用初探

1、摄影测量在3d建模和建筑可视化中的 应用初探许珊娜姜佃高江西水利职业学院摘要：数字摄影测量是一种从影像屮提取三维坐标数据的技术，它在建筑精确三维建 模和可视化中有广泛的应用。文章重点介绍了处理过程中的主要工作一一影像获 取，影像处理，3d模型的产生，结构和可视化以及模型的精度评定，以期对于 建筑建模和可视化相关研究提供有益的借鉴。关键词：摄影测量;3d建模;建筑可视化;虚拟现实;精度评定;基金：江西省教育厅科学技术研究项目(gjj151489)建筑结构的3d模型对于研究和重构建筑结构非常重要，它给使用者提供了结构 逼真的形象而不只是符号化的模型，3d影像在建筑土木工程、环境分析、旅游 等方面有

2、很多应用，它们对三维数据的需求越来越强ih。为了描述目标的准确 位置，测量结构体所有点的三维坐标，构建精确的三维模型是非常有必要的。摄影测量是一种能够从影像中提取3d数据的技术。通常情况下，传统野外测量 比摄影测量得到的数据更精确，然而，它们浪费太多的人力并且消耗太多的时 间，数字摄影测量是全部从影像上获取测量数据，而不是从目标木身获取 2,3。从狭义上说，摄影测量是从照片上量测影像的过程，全数字摄影测量系 统是用人工和自动化的技术从数字影像上获取摄影测量产品的硬件/软件结构。数字摄影测量是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影 像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法

3、，提取所摄对象以数字方式 表达的几何与物理信息。在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间 数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。由于数字摄影测量的快捷，它已经 成为传统建筑测量和重构方法的一种有效替代者血。el-ilakim等讨论了各种产 生三维模型的技术并展现了摄影测量技术相对于cad技术的优势固。近年来， 摄影测量对历史建筑在结构细节和质地的儿何建模上有了重大发展回。1操作步骤 仅依靠图像，摄影测量技术可以自动完成定向和读数，不需要操作者。在整个建 模和可视化处理过程中，需进行以下工作:影像获取，影像处理，3d模型的产生, 重构和可视化。1.1数据获取数据既可以通过摄影机获取硬拷

4、贝图片，又可以通过数码照相机获得数字图像。 如果得到的是硕拷贝图片，述要通过扫描仪扫描数字化。摄影测量的相机分为专 业相机和业余相机两种。在摄影之前，这些和机需要校准以满足摄影条件，如果 相机校正过，从图片中获取三维结构是一个简单的事情，也就是说，目标物的 图片坐标对于相机来说是已知的。实际上，影像是由焦距和投影射线变形的形式 决定的，数码相机的校正是由专业软件(比如photo modelcr5)的校正部件完 成的。photo modelers用两个阶段进行和机自动校正，校正后的总误差低于0. 02的话, 则表明数码相机的校正非常精确。相机校正后便开始摄影，对于理想摄影测量， 基准线/距离的比

5、率，就是两个摄站向的距离与摄影机到观测目标距离之间的比 率应当在合理的限度内，不应太小，应在1/20 z间，如果建筑物外观太大，那 么摄影机要设置在远离建筑物的地方。为了获得最佳效果,waldhausl和ogleby 提岀了 3x3规格也。摄影图片取自建筑物周围的不同位置，为了得到目标物重 构的几何精度并确定参考框架和数据结构，摄像机的位置需精心安置。1. 2数据处理获取的图片被输入到摄影测量图片建模软件photomodelcr里。参考点选取比较 容易辨别的地方，譬如:拐角，在另一张图片上标出同名点，同理，建筑物周围 所有的重要点位都会在各个图片上标识岀来，这个过程叫做定向。影像的定向定 位对

6、于影像数据的处理很重要。1.3三维模型的构建用传统的方法产生三维模型是将相互作用的点分割成独立的目标，然后编译这 些目标，对于一个大范围，建模需要大量图片，尽管三维坐标可以自动生成， 仍需人工的干预。没有表面或结构的三维模型是个矢量模型，它有一系列定点和 边缘构造，三维矢量模型是线划图。1.4重构和可视化三维矢量模型给出了建筑物的形状，为了得到形象逼真的建筑物影像，结构质 地也被加上了，质地构造是使三维模型更接近于真实物体，而且能够使人感知 和理解。质地结构的三维模型最终以虚拟现实建模语言(vrml)的方式实现。2模型的精度评定 通过使用者在图像上标识图像坐标与相机校正的图像坐标的差异来评定模

7、型的 质量。对于处理过的模型坐标，计算它们的精度，最后计算得到均方根残差 (rms残差)。按照photomodeler的要求，对于一个好的测量项目，rms残差应 小于3,每个点的rms值小于1.5,这组数据才算精确。3结束语建筑结构的3d模型对于研究和重构建筑结构非常重要，数字摄影测量已经成为 传统建筑测量和重构的有效替代者。木文阐述了摄影测量在精确三维模型和可视 化中的应用，重点介绍了处理过程中的主要工作一一影像获取，影像处理，3d 模型的产生，结构和可视化以及模型的精度评定，以期对于建筑建模和可视化 相关研究提供借鉴。参考文献1 闵芳，张志先，杨功廷基于open gl的三维建筑可视化研究与

8、仿真j.现代 电子技术，2016, (2) : 78-812 赵红强，成晓倩，韩瑞梅多基线数字近景摄影测量在建筑工程中的应用j. 测绘与空间地理信息，2016,仃2) :33-36.3 沈文慧，宝力杰，姚姝娟数字摄影测量技术在三维建模中的应用j.西部 资源，2015, (02) :111-115.4 ilerbig u，waldhusl p. architectural photogrammetry information system, october 1-3，gotcborg，sweden，isprstntcrnational archives of photogranmetry nnd

9、remote sensing, volume xxxii, part 5clb:23-27.5 e1-hakim s f, whiting e, gonzo l, et al. 3d reconstruction of complex architectures from multiple dataj tsprs tnt.workshop on 3d virtual rcconstruetion and visualizeition of complex architcctures, venice-mcstre, august:22-24.6 曹永康，寇新建，张延猛利用数字摄影测量技术获取古建筑物儿何信息j. 古建园林技术，2010, (01) : 19-20.7 waldhausl p, ogleby c.3x3 rules for simple p