CN106846446A

CN106846446A - 一种真实环境下建筑效果图制作方法

Info

Publication number: CN106846446A
Application number: CN201710054837.8A
Authority: CN
Inventors: 胡震天; 黄炳强; 陈启华; 文雯; 龚章文; 王和丽; 陶美斌; 周晓琴; 张伟坤; 王昊
Original assignee: Nanning City Prospecting Mapping Geography Information Institute
Current assignee: Nanning City Prospecting Mapping Geography Information Institute
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-06-13

Abstract

本发明旨在提供一种真实环境下建筑效果图制作方法，包括以下步骤：1)对目标区域进行定点全景拍摄，得到原始影像并获取拍摄点的初始坐标；2)对原始影像进行全景拼接处理，得到目标区域的全景影像；3)在原始影像中选出一幅或几幅图像，获取每幅图像对应的相机参数，选取控制点并记录控制点在该图像中的像素坐标与控制点对应的空间坐标，求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度；4)对待规划建筑进行人工三维建模，得到建筑三维模型；5)对建筑三维模型进行渲染得到渲染模型；6)将渲染模型与全景影像进行配准融合，得到建筑效果图。该制作方法克服传统渲染效果图单一且不真实的缺陷，具有直观、准确、效率高的特点。

Description

一种真实环境下建筑效果图制作方法

技术领域

本发明涉及测绘图像处理领域，具体涉及一种真实环境下建筑效果图制作方法。

背景技术

在城市发展过程中，城市规划扮演了相当重要的角色，控制并指导着整个城市发展的方向。目前我国城市规划方案的展示方式主要有实体模型、渲染效果图、三维动画等，这些展示方式要么造价较高，要么比较单一，也不能直观展示规划方案与周边现状的关系。规划审批对规划方案和实际现状的关系越来越重视，特别是关系到重点片区、重点路段，许多领导和专家评审规划方案时不仅仅局限于传统的方案渲染效果图，真实环境下建筑效果图能够更好地反映待规划建筑与其周围环境的融合度及组合视觉效果。

发明内容

本发明旨在提供一种真实环境下建筑效果图制作方法，该制作方法克服传统渲染效果图单一且不真实的缺陷，具有直观、准确、效率高的特点。

本发明的技术方案如下：

真实环境下建筑效果图制作方法，包括以下步骤：

1)对目标区域进行定点全景拍摄，得到多张原始影像，同时获取拍摄点的初始坐标；

2)对原始影像进行全景拼接处理，得到目标区域的全景影像；

3)在原始影像中选出一幅或几幅全景图像，获取每幅图像对应的相机参数，并在该图像中选取一定数量的控制点，记录控制点在该图像中的像素坐标，并实地测量控制点对应的空间坐标，通过单像空间后方交会方法来求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度；

4)对待规划建筑进行人工三维建模，得到建筑三维模型；

5)根据拍摄点实际坐标、拍摄实际角度结合实景拍摄的光线情况对建筑三维模型进行渲染，得到渲染模型；

6)将渲染模型与全景影像进行配准融合，得到建筑效果图。

优选地，所述的步骤1)中，全景拍摄时，相机焦距保持不变，定点拍摄不同角度的多张照片，保证相邻照片之间画面重叠度不低于30％，得到原始影像。

优选地，所述的步骤2)的全景拼接处理具体为：利用图像处理软件，对原始影像进行亮度、对比度、曝光度调整，使影像清晰、色调一致、色彩过渡自然；再利用全景软件进行图像配准，生成全景影像。

优选地，所述的步骤3)中求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度的过程具体如下：

利用共线方程式(1)、(2)；

其中：(X_S,Y_S,Z_S)为拍摄点实际坐标，(X,Y,Z)为拍摄点初始坐标，(x₀,y₀)为主点坐标，(x,y)为控制点的像素坐标，f为相机焦距，为控制点的空间坐标；

其中参数a₁-a₃，b₁-b₃，c₁-c₃具体如下：

b₂＝cosωcosk；b₃＝-sinω；

将式(1)、(2)线性化，得到：

其中为航向倾角，ω为旁向倾角，k为像片旋角；

总误差方程的矩阵形式为：V＝AΔX-L (4)；

式中：

V＝[v_x v_y]^T；

L＝[x-(x)y-(y)]^T；

其中，分别为内、外方位元素近似值的改正数，常数项L中的(x)和(y)是将外方位元素初始值代入共线方程中计算出来的影像坐标近似值；

根据最小二乘间接平差原理，可列出法方程式：

A^TPAΔX＝A^TPL (5)；

式中：P为观测值的权矩阵，由于是等精度量测，则P为单位矩阵，由此得到法方程解的表达式：

ΔX＝(A^TA)^-1A^TL (6)；

从而可求出如下改正数：

ΔX_S、ΔY_S、ΔZ_S、Δω、Δk、Δf、Δx₀、Δy₀；

由于共线方程在线性化过程中各系数取自泰勒级数展开式的一次项，且未知数的初值是比较粗略的，因此进行迭代计算，每次迭代时用未知数近似值与上次迭代计算的改正数之和作为新的近似值，重复计算过程，求出新的改正数，反复趋近，直到改正数小于限值为止，最后得出结果如式(7)-(15)所示：

ω＝ω⁰+Δω¹+Δω²+L (11)；k＝k⁰+Δk¹+Δk²+L (12)；

f＝f⁰+Δf¹+Δf²+L (13)；

从而计算得到拍摄点实际坐标((X_S,Y_S,Z_S))和拍摄实际角度参数

优选地，所述的控制点的数量大于5个。

优选地，步骤中涉及的坐标系为2000国家大地坐标系。

本发明真实环境下建筑效果图制作方法，创新地将实景拍摄与建模渲染进行结合，构建出结合实景与模型的建筑效果图，该方法相比于传统的渲染效果图等方式更为直观、准确、快速，同时克服了传统渲染效果图不真实的缺陷，更好地体现待规划建筑与周边实际环境的融合关系。

附图说明

图1为本发明真实环境下建筑效果图制作方法的流程图

图2为本发明真实环境下建筑效果图制作方法用作求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度的原始影像

图3为本发明真实环境下建筑效果图制作方法的全景影像拼接过程示意图

图4为本发明真实环境下建筑效果图制作方法拼接后得到的全景影像

图5为本发明真实环境下建筑效果图制作方法的渲染后的建筑三维模型

图6为本发明真实环境下建筑效果图制作方法的建筑效果图

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的真实环境下建筑效果图制作方法，包括以下步骤：

全景拍摄时，相机焦距保持不变，定点拍摄不同角度的多张照片，保证相邻照片之间画面重叠度不低于30％，得到原始影像；

2)对始影像进行全景拼接处理，得到目标区域的全景影像；

全景拼接处理具体为：利用Photoshop图像处理软件，对原始影像进行亮度、对比度、曝光度调整，使影像清晰、色调一致、色彩过渡自然；再利用PanoramaStudio全景软件进行图像配准，生成全景影像，如图3、4所示；

求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度的过程具体如下：

利用共线方程式(1)、(2)；

其中参数a₁-a₃，b₁-b₃，c₁-c₃具体如下：

b₂＝cosωcosk；b₃＝-sinω；

将式(1)、(2)线性化，得到：

其中为航向倾角，ω为旁向倾角，k为像片旋角；

总误差方程的矩阵形式为：V＝AΔX-L (4)；

式中：

V＝[v_x v_y]^T；

L＝[x-(x) y-(y)]^T；

其中，ΔX_S、ΔY_S、ΔZ_S、Δω、Δk、Δf、Δx₀、Δy₀分别为为内、外方位元素近似值的改正数，常数项L中的(x)和(y)是将外方位元素初始值代入共线方程中计算出来的影像坐标近似值；

根据最小二乘间接平差原理，可列出法方程式：

A^TPAΔX＝A^TPL (5)；

ΔX＝(A^TA)^-1A^TL (6)；

从而可求出如下改正数：

ΔX_S、ΔY_S、ΔZ_S、Δω、Δk、Δf、Δx₀、Δy₀；

ω＝ω⁰+Δω¹+Δω²+L (11)；k＝k⁰+Δk¹+Δk²+L (12)；

f＝f⁰+Δf¹+Δf²+L (13)；

从而计算得到拍摄点实际坐标(X_S,Y_S,Z_S)和拍摄实际角度参数

4)对待规划建筑进行人工三维建模，得到建筑三维模型，如图5所示；

5)根据拍摄点实际坐标、拍摄实际角度结合实景拍摄的光线情况对建筑三维建模型进行渲染，得到渲染模型；

6)将渲染模型与全景影像进行配准融合，得到建筑效果图，如图6所示。

本实施例采用2000国家大地坐标系，采用大疆的悟INSPIRE 1无人机航拍获取原始影像，搭载的是禅思X5航拍相机，1600万像素，焦距15mm，记录拍摄点的初始坐标数据为(X＝2518336，Y＝528566，Z＝190)，单位米；全景拍摄过程中，相机焦距保持不变，定点拍摄不同角度的6张照片构成原始影像，画面存在重叠部分的两张照片之间的画面重叠度为40％；初始条件f_初＝15mm，

本实施例选用图2进行求解计算，选取9个控制点，其空间坐标及像素坐标如下：

空间坐标，单位(米)：

像素坐标，单位(像素)：

点号	I	J
			1001	824.0000	3059.0000
1002	1566.0000	2384.0000
			1003	2375.0000	1774.0000
1004	191.0000	1934.0000
			1005	1690.0000	1418.0000
1006	4074.0000	1988.0000
			1007	3172.0000	1215.0000
1008	3443.0000	3402.0000
			1009	2329.0000	2405.0000

通过单像空间后方交会方法计算后得到：

f＝15.222mm；x₀＝0.313m；y₀＝-0.025mm；X_S＝2518336.926m；Y_S＝528566.419m；Z_S＝194.028m；ω＝1.02617°；k＝-16.35393°；

图3和图4分别给出了全景影像拼接过程示意以及拼接后得到的全景影像，图5为进行渲染后得到的建筑三维模型，图6为建筑三维模型与全景影像进行融合后得到的建筑效果图；由图6可以看出，本发明真实环境下建筑效果图制作方法可以高效逼真地实现了建筑模型与周边实际环境的融合，较好地体现建筑效果。

Claims

1.一种真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于包括以下步骤：

3)在原始影像中选出一幅或几幅全景图像，获取每幅图像对应的相机参数，并在该图像中选取一定数量的控制点，记录控制点在该图像中的像素坐标，并实地测量控制点对应的空间坐标，通过单像空间后方交会方法来求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度参数；

4)对待规划建筑进行人工三维建模，得到建筑三维模型；

6)将渲染模型与全景影像进行配准融合，得到建筑效果图。

2.如权利要求1所述的真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于：

所述的步骤1)中，全景拍摄时，相机焦距保持不变，定点拍摄不同角度的多张照片，保证相邻照片之间画面重叠度不低于30％，得到原始影像。

3.如权利要求1所述的真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于：

所述的步骤2)的全景拼接处理具体为：利用图像处理软件，对原始影像进行亮度、对比度、曝光度调整，使影像清晰、色调一致、色彩过渡自然；再利用全景软件进行图像配准，生成全景影像。

4.如权利要求1所述的真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于：

所述的步骤3)中求解拍摄点实际坐标和拍摄实际角度参数的过程具体如下：

利用共线方程式(1)、(2)；

x - x_{0} + Δ x = - f \frac{a_{1} (X - X_{S}) + b_{1} (Y - X_{S}) + c_{1} (Z - Z_{S})}{a_{3} (X - X_{S}) + b_{3} (Y - Y_{S}) + c_{3} (Z - Z_{S})} = - f \frac{\overset{&OverBar;}{X}}{\overset{&OverBar;}{Z}} - - - (1);

y - y_{0} + Δ y = - f \frac{a_{2} (X - X_{S}) + b_{2} (Y - X_{S}) + c_{2} (Z - Z_{S})}{a_{3} (X - X_{S}) + b_{3} (Y - Y_{S}) + c_{3} (Z - Z_{S})} = - f \frac{\overset{&OverBar;}{Y}}{\overset{&OverBar;}{Z}} - - - (2);

其中参数a₁～a₃，b₁～b₃，c₁～c₃具体如下：

b₁＝cosωsin k；

b₂＝cosωcos k；b₃＝-sinω；

将式(1)、(2)线性化，得到：

其中为航向倾角，ω为旁向倾角，k为像片旋角；

总误差方程的矩阵形式为：V＝AΔX-L (4)；

式中：

V＝[v_x v_y]^T；

L＝[x-(x) y-(y)]^T；

其中，ΔX_S、ΔY_S、ΔZ_S、Δω、Δk、Δf、Δx₀、Δy₀分别为内、外方位元素近似值的改正数，常数项L中的(x)和(y)是将外方位元素初始值代入共线方程中计算出来的影像坐标近似值；

根据最小二乘间接平差原理，可列出法方程式：

A^TPAΔX＝A^TPL (5)；

ΔX＝(A^TA)^-1A^TL (6)；

从而可求出如下改正数：

ΔX_S、ΔY_S、ΔZ_S、Δω、Δk、Δf、Δx₀、Δy₀；

X_{S} = X_{S}^{0} + {ΔX}_{S}^{1} + {ΔX}_{S}^{2} + L - - - (7); Y_{S} = Y_{S}^{0} + {ΔY}_{S}^{1} + {ΔY}_{S}^{2} + L - - - (8);

ω＝ω⁰+Δω¹+Δω²+L (11)；k＝k⁰+Δk¹+Δk²+L (12)；

f＝f⁰+Δf¹+Δf²+L (13)；

从而计算得到拍摄点实际坐标(X_S,Y_S,Z_S)和拍摄实际角度参数

5.如权利要求1所述的真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于：

所述的控制点的数量大于5个。

6.如权利要求1所述的真实环境下建筑效果图制作方法，其特征在于：

步骤中涉及的坐标系为2000国家大地坐标系。