CN110189395A - 一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其主要针对传统的测绘图纸无法满足大范围、精细化景观设计要求的问题，通过借助人视角镜头实现的倾斜摄影测量模型具有成本低、速度快、风险小、精度高、符合人视点设计要求等多项优点，通过合理的数据处理和多软件配合，根据此设计方法能有效实现设计效果与设计造价的联动，提高设计决策、协作、修改的效率。

Description

一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计 的方法

技术领域

本发明属于3d景观规划技术领域，具体涉及一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法。

背景技术

景观规划设计在国家提倡公园城市的背景下，尺度逐渐变得巨大，已经远远超出人能把控的范围，越来越需要准确直观的现状全信息模型作为辅助，其中立面景观是重要的观赏面，有大量的景观风貌、立面改造等类型的项目需要进行量化的设计，此前设计均靠照片的人力辨识与测绘来解决实际问题，但效率和准确性均不高，具有广阔的技术研发空间。

倾斜摄影技术随着无人机技术、GPS技术、相机技术的发展，逐渐在国防、测绘等领域得到长足发展，并且在商业化的推动下逐渐达到成本可接受的状态，但该技术的成果在景观规划设计行业还未有良好的应用，通过根据景观设计相关需求制定一套倾斜摄影成果高效合理的应用方法在未来规划设计过程中将发挥重要作用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于车载倾斜摄影实现景观立面分析与定量设计的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1：根据景观设计范围划定的方法，划定设计范围后，利用获得的高清平面图，制定车行及人行数据采集路径，通过拍摄设备进行现场数据采样拍摄；

S2：拍摄的同时进行GPS录制，根据拍摄时间和GPS采样的时间进行比对，将对应时间的GPS记录写进照片信息；

S3：将采集的信息进行倾斜摄影数据处理，得到初步三维数字模型；

S4：利用带有GPS信息的照片进行照片建模，将初步三维数字模型进行点云分类处理，根据需要提取模型中各类要素的单独模型；

S5：将单独模型成果导入三维设计软件，通过建立若干立面参考面，将单独模型成果挨个进行参考面投射，投射面积即为该设计要素的现状面积，通过excel可进行统计不同材质的面积；

S6：根据三维模型的立面进行分类要素的面积、色彩、形态定量统计与定性分析；

S7：根据统计数据和定性分析，制定针对色彩、形态的相关设计策略；

S8：依托于三维模型，根据设计策略，进行三维模型建模设计；

S9：将模型的材料信息与造价通过excel进行联动，实时计算，由此可根据造价信息进行实时调整设计，准确把控设计造价；

S10：在进行设计改造建模过程中，通过三维模型实时查看人视点设计效果，做到设计效果与设计造价实时联动。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其在步骤S1中，将制定的路径转化为kml格式放入手机开源地图软件中，为现场数据采样拍摄提供准备；在步骤S2中，现场利用手机开源地图软件的GPS定位和采集路径kml，沿着路径开车或者步行进行影像采集；在步骤S3中，将采集的照片与GPS录制信息通过excel进行时间匹配，将GPS信息通过python编程代码编入照片中。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其将经过步骤S5得到的投射面展开成为统一平面，将平面成果导出整体的立面图，采用TensorFlow训练集进行整体立面图内容分类与数量统计，借助自制python将统计结果导入excel表格，也可进行分类统计。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其通过TensorFlow进行颜色训练集，将颜色进行分类，借助自制python将结果导入excel表格，进行量化统计。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其在制作效果图时，为了将设计前后进行同角度对比，通过自制python代码插件，将带有地理信息的照片中的方向角、俯仰角、倾斜角、平面位置、高程输入、焦距参数输入三维建模软件中，将照片的角度在模型中同角度再现。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其通过同角度的设计模型与现状照片、现状模型形成对比，从而实现设计前后的准确对比，同时现状与设计数量也得到准确实时统计对比，达到感性设计与理性分析的合二为一。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其交流沟通过程中，将设计前后成果分别放置不同图层，通过图层控制同角度分别达到设计前后效果及多方案效果，利用自制python代码插件将不同图层效果的图像进行分屏，实现在改变视角的过程中实时对比多方案。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其在大型场景中需要看远处山体的区域型设计，则将基于倾斜摄影、图像识别实现的完整景观现状定量可视化分析成果结合起来，实现天空视角与人视角的结合，弥补无人机拍摄条件下近人尺度信息缺失。

本发明所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其在动画表达阶段，采用同一游览路线和效果图镜头将现场数字模型和设计模型分别制作动画，最后将两个动画和效果图采用剪辑的方式，放于同一屏幕中，进行实时对比展示。

本发明主要针对传统的测绘图纸无法满足大范围、精细化景观设计要求的问题，通过借助人视角镜头实现的倾斜摄影测量模型具有成本低、速度快、风险小、精度高、符合人视点设计要求等多项优点，通过合理的数据处理和多软件配合，根据此设计方法能有效实现设计效果与设计造价的联动，提高设计决策、协作、修改的效率。

具体实施方式

下面对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，具体包括以下步骤：

S1：根据景观设计范围划定的方法，划定设计范围后，利用获得的高清平面图，制定车行及人行数据采集路径，通过拍摄设备进行现场数据采样拍摄。在本实施例中，将制定的路径转化为kml格式放入手机开源地图软件中，为现场数据采样拍摄提供准备。

S2：拍摄的同时进行GPS录制，根据拍摄时间和GPS采样的时间进行比对，将对应时间的GPS记录写进照片信息。在本实施例中，现场利用手机开源地图软件的GPS定位和采集路径kml，沿着路径开车或者步行进行影像采集。

S3：将采集的信息进行倾斜摄影数据处理，具体处理方式是将采集的照片与GPS录制信息通过excel进行时间匹配，将GPS信息通过python编程代码编入照片中，得到初步三维数字模型。

S4：利用带有GPS信息的照片进行照片建模，将初步三维数字模型进行点云分类处理，根据需要提取模型中建筑、道路、树木等各类要素的单独模型。

S5：将单独模型成果导入三维设计软件，通过建立若干立面参考面，将单独模型成果挨个进行参考面投射，投射面积即为该设计要素的现状面积，通过excel可进行统计不同材质的面积。

进一步地，可将得到的投射面展开成为统一平面，将平面成果导出整体的立面图，采用TensorFlow训练集（已有自制训练库）进行整体立面图内容分类与数量统计（包括但不限于树种、树木数量、道路、车辆数量、人数、建筑数量、水系），借助自制python将统计结果导入excel表格，也可进行分类统计（天际线、建筑率、天空率、立体绿化率、水面率、组合比例等）。

并进一步通过TensorFlow进行颜色训练集，将颜色进行分类，借助自制python将结果导入excel表格，进行量化统计（色彩色号、色彩组成、色彩比例）；依托于量化的立面分析成果（天际线、建筑率、天空率、色彩比例等），找到现状问题（例如色彩过于灰暗、绿视率不够等），科学制定设计策。

S6：根据三维模型的立面进行分类要素的面积、色彩、形态定量统计与定性分析。

S7：根据统计数据和定性分析，制定针对色彩、形态的相关设计策略。

S8：依托于三维模型，根据设计策略，进行三维模型建模设计。

S9：利用初步三维数字模型进行设计改造建模，借助python等代码编写设计软件插件，将模型的材料信息与造价通过excel进行联动，实时计算，由此可根据造价信息进行实时调整设计，准确把控设计造价。

S10：在进行设计改造建模过程中，通过三维模型实时查看人视点设计效果，做到设计效果与设计造价实时联动，解决造价与设计不能实时匹配的问题。

S11：在制作效果图时，为了将设计前后进行同角度对比，通过自制python代码插件，将带有地理信息的照片中的方向角、俯仰角、倾斜角、平面位置、高程输入、焦距参数输入三维建模软件中，将照片的角度在模型中同角度再现。

S12：通过同角度的设计模型与现状照片、现状模型形成对比，从而实现设计前后的准确对比，同时现状与设计数量也得到准确实时统计对比，达到感性设计与理性分析的合二为一。交流沟通过程中，将设计前后成果分别放置不同图层，通过图层控制同角度分别达到设计前后效果及多方案效果，利用自制python代码插件将不同图层效果的图像进行分屏，实现在改变视角的过程中实时对比多方案。

S13：在大型场景中需要看远处山体的区域型设计，则将基于倾斜摄影、图像识别实现的完整景观现状定量可视化分析成果结合起来，实现天空视角与人视角的结合，弥补无人机拍摄条件下近人尺度信息缺失。

S14：在动画表达阶段，采用同一游览路线和效果图镜头将现场数字模型和设计模型分别制作动画，最后将两个动画和效果图采用剪辑的方式，放于同一屏幕中，进行实时对比展示。

其中，在步骤S1中，景观设计范围划定的方法具体包括以下步骤：

S1'：根据设计要求主要游览路径，用NASA提供的30m精度DEM模型在GIS中进行初步可视分析模拟，初步划定倾斜摄影拍摄飞行范围，其中，DEM模型为数字高程模型。

S2'：根据飞行范围划定无人机飞行航线，设定地面RTK校准点与检查点。

S3'：将RTK校准点数据和无人机拍摄设备进行内业数据处理，得到初步现场数字模型。

其中，需对初步现场数字模型进一步进行优化处理，以提高最终测量的精度，具体为：

S31'：通过RTK检查点，对初步现场数字模型进行精度校验，保证在1:2000测量规范精度内，如果无法保证，则重新运算模型或重新进行拍摄采样。

S32'：将初步现场数字模型中的高程异常部分进行处理，如初步现场数字模型中反射、阴影等部分，其高程异常处理的具体方法为：保留周边正确高程信息，采用插值法进行推算高程，静止水面处理成统一标高，得到高程修正后的初步模型。

S33'：在高程修正后的初步模型基础上，将模型根据软件和电脑所能承受能力，进行模型减面处理，其减面处理的具体方法为：优先减少角度变化小的区域，通常设置为0～15度之间。

S4'：将初步现场数字模型一份导出带有地理信息的DEM栅格图，如tiff格式的栅格图，一份导出带有贴图与地理信息的三维模型，如skp或3ds或obj等格式的三维模型。

S5'：在GIS软件中对DEM栅格图实行可视分析，得到具有地理信息的平面可视范围栅格图。

S6'：将可视范围栅格图导入三维设计软件中，由于三维模型和栅格图均具有地理信息，故平面位置一致；将栅格图中可视范围投影于三维模型上。

S7'：设置人视点动画路径，在三维模型中检验栅格可视范围的正确性；如果遇到不对之处，在三维模型中直接校正，由此得到景观可视范围。

最后，根据具体设计要求，可进一步增加具体设计因素进入划定红线的考虑之中，如拆迁、道路两侧距离等各类因素，最终获得合理的景观规划设计范围划定。

其中，在步骤S13中，实现完整景观现状定量可视化分析的方法具体包括以下步骤：

S1''：根据景观设计划定的红线范围，通过坐标转换与投影，将红线放置于google地图之上，并以此为依据初步划定倾斜摄影拍摄飞行范围。

S2''：根据飞行范围划定无人机飞行航线，设定地面RTK校准点与检查点。

S3''：将RTK校准点数据和无人机拍摄设备进行内业数据处理，得到初步现场数字模型。

其中，需对初步现场数字模型进一步进行优化处理，以提高最终模型精度，具体为：

S31''：通过RTK检查点，对初步现场数字模型进行精度校验，保证在1:2000测量规范精度内，如果无法保证，则重新运算模型或重新进行拍摄采样。

S32''：将初步现场数字模型中的高程异常部分进行处理，如初步现场数字模型中反射、阴影等部分，其高程异常处理的具体方法为：保留周边正确高程信息，采用插值法进行推算高程，静止水面处理成统一标高，得到高程修正后的初步模型。

S33''：在高程修正后的初步模型基础上，将模型根据软件和电脑所能承受能力，进行模型减面处理，其减面处理的具体方法为：优先减少角度变化小的区域，通常设置为0～15度之间。

S4''：导出初步现场数字模型的正摄投影图栅格（格式tif）和导出带有贴图与地理信息的三维模型（skp/3ds/obj等格式）。

S5''：在GIS软件中将正摄投影图进行“监督分类”，进行模型训练并且积累样本库，将分类结果根据目视结果进行“重分类”，导出具有分类属性的栅格图。

S6''：将具有分类属性的栅格图导入三维设计软件中，由于三维模型和栅格图均具有地理信息，故平面位置一致；将栅格图的不同分类与三维模型进行交错，得到各个类型地物的部分。

S7''：将拍摄成果照片采用TensorFlow训练集进行照片要素分类与数量统计，包括但不限于树种、树木数量、道路、车辆数量、人数、建筑数量、水系，借助python进行语义分割，将分割成果用于模型交错，提高分割精度。

S8''：结合三维模型设计软件的统计功能，编写“excel联动导出数量”的代码，将数据批量分类导出。

S9''：在三维固定视角中，通过将各个要素进行高亮显示并且配合数据的方式实现完全自动化的初步现状定量可视化。

S10''：结合“缓冲分析”、“径流分析”、“日照分析”等各类平面分析的成果，通过叠加的方式与模型进行交错，并且以上述同样的三维固定视角，实现完整的景观现状定量可视化分析。

S11''：在设计表达阶段，在模型中通过不同颜色和标注，通过选择最具代表性的无人机照片视角，现状图片与抽象标注进行同角度表达，从而达到感性分析与理性统计相结合。

S12''：在时间等外部条件限制下无法进行倾斜建模时，也可以直接通过单张鸟瞰航拍照片，通过步骤S7直接进行照片要素分类与数量统计，该数量只能统计到可视范围内个数，体积等信息无法得到，作为紧急条件下的补充方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1：根据景观设计范围划定的方法，划定设计范围后，利用获得的高清平面图，制定车行及人行数据采集路径，通过拍摄设备进行现场数据采样拍摄；

S2：拍摄的同时进行GPS录制，根据拍摄时间和GPS采样的时间进行比对，将对应时间的GPS记录写进照片信息；

S3：将采集的信息进行倾斜摄影数据处理，得到初步三维数字模型；

S4：利用带有GPS信息的照片进行照片建模，将初步三维数字模型进行点云分类处理，根据需要提取模型中各类要素的单独模型；

S5：将单独模型成果导入三维设计软件，通过建立若干立面参考面，将单独模型成果挨个进行参考面投射，投射面积即为该设计要素的现状面积，通过excel可进行统计不同材质的面积；

S6：根据三维模型的立面进行分类要素的面积、色彩、形态定量统计与定性分析；

S7：根据统计数据和定性分析，制定针对色彩、形态的相关设计策略；

S8：依托于三维模型，根据设计策略，进行三维模型建模设计；

S9：将模型的材料信息与造价通过excel进行联动，实时计算，由此可根据造价信息进行实时调整设计，准确把控设计造价；

S10：在进行设计改造建模过程中，通过三维模型实时查看人视点设计效果，做到设计效果与设计造价实时联动。

2.根据权利要求1所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：在步骤S1中，将制定的路径转化为kml格式放入手机开源地图软件中，为现场数据采样拍摄提供准备；在步骤S2中，现场利用手机开源地图软件的GPS定位和采集路径kml，沿着路径开车或者步行进行影像采集；在步骤S3中，将采集的照片与GPS录制信息通过excel进行时间匹配，将GPS信息通过python编程代码编入照片中。

3.根据权利要求1所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：将经过步骤S5得到的投射面展开成为统一平面，将平面成果导出整体的立面图，采用TensorFlow训练集进行整体立面图内容分类与数量统计，借助自制python将统计结果导入excel表格，也可进行分类统计。

4.根据权利要求3所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：通过TensorFlow进行颜色训练集，将颜色进行分类，借助自制python将结果导入excel表格，进行量化统计。

5.根据权利要求1所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：在制作效果图时，为了将设计前后进行同角度对比，通过自制python代码插件，将带有地理信息的照片中的方向角、俯仰角、倾斜角、平面位置、高程输入、焦距参数输入三维建模软件中，将照片的角度在模型中同角度再现。

6.根据权利要求5所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：通过同角度的设计模型与现状照片、现状模型形成对比，从而实现设计前后的准确对比，同时现状与设计数量也得到准确实时统计对比，达到感性设计与理性分析的合二为一。

7.根据权利要求6所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：交流沟通过程中，将设计前后成果分别放置不同图层，通过图层控制同角度分别达到设计前后效果及多方案效果，利用自制python代码插件将不同图层效果的图像进行分屏，实现在改变视角的过程中实时对比多方案。

8.根据权利要求7所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：在大型场景中需要看远处山体的区域型设计，则将基于倾斜摄影、图像识别实现的完整景观现状定量可视化分析成果结合起来，实现天空视角与人视角的结合，弥补无人机拍摄条件下近人尺度信息缺失。

9.根据权利要求8所述的基于人视角倾斜摄影实现景观立面动态分析与定量设计的方法，其特征在于：在动画表达阶段，采用同一游览路线和效果图镜头将现场数字模型和设计模型分别制作动画，最后将两个动画和效果图采用剪辑的方式，放于同一屏幕中，进行实时对比展示。