CN111260777B - 一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，采用倾斜摄影测量技术和三维模型(BIM)漫游技术，通过三维模型漫游技术的虚拟相机沿着一定的路径将三维建筑模型中的影像信息提取出来，导入到相应的实景建模软件中与无人机倾斜摄影模型成果融合，生成虚实结合的超实景建筑信息模型。本发明将倾斜摄影测量技术与BIM建模技术进行深入融合，一方面通过倾斜摄影测量技术对建筑信息模型进行外立面重建，以改善倾斜摄影测量技术在建筑物建模上几何扭曲、纹理变形等问题，一方面解决BIM模型在Web端展示效率低下等问题，为城市级BIM模型的展示应用提供一种全新思路。

Description

一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法

技术领域

本发明属于建筑信息模型(BIM)实景建模技术领域，具体涉及一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，是一项适用于大场景BIM模型建模的应用技术，它可以根据不同需求，调整不同策略，适用于工程建设实施的多种场景。

背景技术

实景建模技术(也称作基于图像的三维重建)，主要指无人机倾斜摄影实景建模技术，是近年测绘遥感领域发展起来的一项高新实用技术，主要原理为通过在飞行平台上搭载一台或多台倾斜摄影相机，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，通过专业软件进行解析空中三角测量、几何校正、同名点匹配、区域网联合平差等处理，最后将平差后的数据(三个坐标信息及三个方向角信息)赋予每张倾斜影像，使得它们具有在虚拟三维空间中的位置和形态数据，合成高精度三维实景模型。三维实景模型可进行实时量测，每张斜片上的每个像素对应真实的地理坐标位置。能有效的辅助工程实践的各个环节的工作。

现阶段的实景建模技术在处理密集建筑群时存在采集工作量大、受时空环境限制多、模型存在几何变形、纹理扭曲等现象，在工程应用阶段若直接将规划设计中的三维建筑信息模型直接植入到实景模型中又会造成运行不流畅、画面卡顿等现象，在城市级BIM应用展示时尤其明显。

发明内容

针对前述无人机倾斜摄影测量技术在高密度建筑群，复杂、异性建筑物建模能力上的不足以及BIM模型直接应用于应用展示时效率低下等问题，本发明的目的是提供一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构方法。

为改善这种情况需要充分发挥倾斜摄影实景建模技术与三维建模技术优势，并进行深度融合，利用倾斜摄影测量技术原理对建筑信息模型进行重构，生成数据量小、运行效率高、数据兼容性强的实景建筑信息模型。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，该建模方法包括以下几个步骤：

S1、三维模型创建：利用三维建模软件对建筑物构建基于不同需求、不同精度的建筑信息模型，并赋予真实坐标信息；

S2、虚拟相机布设：使用三维建模软件漫游工具，按照倾斜摄影测量技术要求进行虚拟相机布设；

S3、多角度影像采集：按照设定路径对建筑信息模型进行全方位漫游，生成全方位多角度漫游影像成果；

S4、建筑实景模型生产：将漫游影像成果导入到实景建模软件中，通过空三加密、三角网构建和自动纹理映射生成建筑实景三维模型；

S5、多源模型融合：将步骤S4生成的建筑实景模型与无人机倾斜摄影测量技术生成的实景模型成果进行融合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型。

所述步骤S1中三维建模软件不限于任何一个平台，可以是Autodesk、Bentley、Dassault等。

优化的，所述步骤S1一般以规划设计阶段的成果为基础，建模精度可以是LOD100～LOD500。

所述步骤S2中采用的是虚拟相机，可以模拟现实物理相机获取三维建筑信息模型的影像成果。

优化的，所述步骤S2在虚拟相机布设前需要进行漫游路径设置。漫游路径需保障在相机视角下获取的影像包含建筑物上下部分轮廓完整，可通过调整漫游路径高度、漫游路径半径和相机焦距以满足上述要求。

所述步骤S3进行漫游时需设定动画参数(时间、每秒帧数等)，以及输出影像格式、分辨率等，确保其输出的成果是实景建模软件可接收的。

优化的，所述步骤S3在影像采集前还可以设置环境、背景、渲染方式等参数，以增强影像特征信息，避免后期由于弱纹理信息提取不成功引起建模失败等问题。

所述步骤S3的影像成果获取不受时空条件、自然环境变化的影响，可随时获取。

所述步骤S4中采用的实景建模软件不限于任何一个平台，可以是ContextCapture、PhotoMesh、PhotoScan、Pix4D等。

优化的，所述步骤S4中空三运算需设置相机焦距和传感器尺寸。其中相机焦距在虚拟相机布设时可直接获取，而传感器尺寸需要通过以下方式推算：利用建筑信息模型的实际长度和像素长度得到影像分辨率；利用影像分辨率和漫游路径高度、相机焦距得到像元大小；利用像元大小和影像宽度得到传感器大小。

优化的，所述步骤S4中所需的控制点可以从步骤S1生成的模型中进行提取。

优化的，所述步骤S4在模型构建过程中可以人工加入一定密度连接点，以提高弱纹理区域影像匹配准确性。

优化的，所述步骤S4输出建筑实景模型的格式可以是OSGB、OBJ等通用格式，并且相比BIM模型更加轻量化，更适用于城市级三维数据的应用展示和多终端应用展示。

所述步骤S5可以通过三维GIS、CAD平台将建筑实景模型和无人机倾斜摄影测量三维模型在同一地理坐标系统上进行整合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型，超实景建筑信息模型是指将现状实景模型和各设计阶段的建筑信息模型有机融合的一种三维建筑信息模型。

综上，本发明提供的基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构方法，将倾斜摄影测量技术与BIM建模技术进行深入融合，一方面通过倾斜摄影测量技术对建筑信息模型进行外立面重建，以改善倾斜摄影测量技术在建筑物建模上几何扭曲、纹理变形等问题，一方面解决BIM模型在Web端展示效率低下等问题，为城市级BIM模型的展示应用提供一种全新思路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)该方法将倾斜摄影测量技术和三维建模技术进行深入融合，充分发挥各类技术手段优势，解决了三维模型轻量化问题，为海量城市级三维模型Web端应用展示提供了一种新的技术方案。

(2)该方法构建的超实景建筑信息模型改善了倾斜摄影测量技术在复杂、异性建筑物建模上几何扭曲、纹理变形等问题，扩展了倾斜摄影测量技术在工程实际应用中的价值和附加值。

(3)该方法可以适用于其他类型的三维模型重建，且不受限于三维模型生产平台、不需要投入其他专用硬件设备，生产效率高，自动化程度高、总体生产成本低。

附图说明

图1是本发明的步骤示意图。

图2是本发明的虚拟相机布设示意图。

图3是本发明的建筑实景模型加入连接点后的空三结果示意图。

图4是本发明建筑物的建筑信息模型与建筑实景模型效果对比图，左侧为三维建模软件创建的建筑信息模型，右侧为实景建模软件重构的建筑实景三维模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例提供了一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构方法，包括如下步骤：

S1、三维模型创建。利用三维建模软件对建筑物构建基于不同需求、不同精度的建筑信息模型，并赋予真实坐标信息。

S2、虚拟相机布设。使用三维建模软件漫游工具，按照倾斜摄影测量技术要求进行虚拟相机布设。

S3、多角度影像采集。按照设定路径对建筑物的建筑信息模型进行全方位漫游，生成全方位多角度漫游影像成果。

S4、建筑实景模型生产。将漫游影像成果导入到实景建模软件中，通过空三加密、三角网构建和自动纹理映射生成建筑实景三维模型。

S5、多源模型融合。将步骤S4生成的建筑实景模型与无人机倾斜摄影测量技术生成的实景模型成果进行融合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型。

以下以图2所示的建筑物为例进一步详细说明本发明，同时提出进一步的优选处理手段：

所述步骤S1、S2中，三维建模软件采用Bentley ABD工具，步骤S1的建模精度采用LOD400，建模基于真实坐标系进行创建。图2中的单幢高层办公楼为步骤S1构建的建筑信息模型。

所述步骤S2中，虚拟相机布设时，应确保漫游得到的影像重叠度在80％以上，相邻影像之间的最大间隔不能超图10°。虚拟相机目标对象一般选择建筑信息模型的中心位置。虚拟相机的路径根据建筑物的几何形状而定，可设置成圆形或者椭圆形。虚拟相机的高度需保障在相机视角下获取的影像包含建筑物上下部分轮廓完整，可通过调整漫游路径高度、漫游路径半径和相机焦距以满足上述要求(如图2所示)。

所述步骤S3中，进行漫游时需设定动画参数(时间、每秒帧数等)，以及输出影像格式、尺寸等，确保其输出的成果是实景建模软件可接收的。每秒帧数可以设置成60、120或180等；影像格式可以是JPGE、TIFF、PNG等，具体需求视实景建模软件而定；影像尺寸可以自定义，如4000*3000。

所述步骤S3中，在影像采集前可以设置环境、背景、渲染方式等参数，以增强影像特征信息，避免后期由于弱纹理信息提取不成功引起建模失败等问题。背景一般设置成深色背景，以增强与建筑信息模型的对比度，渲染方式可以选择消隐模式，以增加建筑信息模型拐角处的特征信息。

所述步骤S4中，实景建模软件采用Bentley ContextCapture。

所述步骤S4中，空三运算需设置相机焦距和传感器尺寸。其中相机焦距在虚拟相机布设时可直接获取，而传感器尺寸需要通过以下方式推算：利用建筑信息模型的实际长度和像素长度得到影像分辨率；利用影像分辨率和漫游路径高度、相机焦距得到像元大小；利用像元大小和影像宽度得到传感器大小。

所述步骤S4中，控制点可以从步骤S1生成的模型中进行提取。控制点选择应能清楚区别于其他地物的特征点，如建筑物的角点，并均匀布设于整幢建筑物上，能控制建筑物的整体形状、大小和方向。

所述步骤S4中，在模型构建过程中可以人工加入一定密度连接点，以提高弱纹理区域影像匹配准确性(如图3所示)。

所述步骤S4中，输出建筑实景模型的格式采用OSGB和3MX，其中OSGB是三维GIS的通用格式，3MX可以被Bentley平台所接受(如图4所示)。采用的实景建模软件可以是ContextCapture、PhotoMesh、PhotoScan、Pix4D等。

所述步骤S5中，利用三维GIS、Bentley平台将建筑实景模型和无人机倾斜摄影测量三维模型在同一地理坐标系统上进行整合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型。

本发明提供的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构方法，将倾斜摄影测量技术与BIM建模技术进行点、面融合，获得虚实结合的超实景建筑信息模型，其比传统方式简单叠合实景模型和三维模型的方式生成的模型在模型同一性、模型效果、运行效率上都有明显提升，促进BIM可以更好的服务于智慧城市建设。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、三维模型创建：利用三维建模软件对建筑物构建基于不同需求、不同精度的建筑信息模型，并赋予真实坐标信息；

S2、虚拟相机布设：使用三维建模软件漫游工具，按照倾斜摄影测量技术要求进行虚拟相机布设；

S3、多角度影像采集：按照设定路径对建筑信息模型进行全方位漫游，生成全方位多角度漫游影像成果；

S4、建筑实景模型生产：将漫游影像成果导入到实景建模软件中，通过空三加密、三角网构建和自动纹理映射生成轻量化建筑实景三维模型；

S5、多源模型融合：将步骤S4生成的建筑实景模型与无人机倾斜摄影测量技术生成的实景模型成果进行融合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型；

所述步骤S1以规划设计阶段的成果为基础，建模精度是LOD100~LOD500；

所述步骤S4输出建筑实景模型是格式为OSGB的轻量化建筑实景三维模型，相比BIM模型更加轻量化，更适用于城市级三维数据的应用展示和多终端应用展示；

步骤S5中，通过三维GIS、CAD平台将建筑实景模型和无人机倾斜摄影测量三维模型在同一地理坐标系统上进行整合，形成虚实结合的超实景建筑信息模型，超实景建筑信息模型是指将现状实景模型和各设计阶段的建筑信息模型有机融合的一种三维建筑信息模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，所述步骤S2在虚拟相机布设前需要进行漫游路径设置漫游路径需保障在相机视角下获取的影像包含建筑物上下部分轮廓完整，通过在调整漫游路径高度、漫游路径半径和相机焦距中选择手段以满足上述要求。

3.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，所述步骤S3在影像采集前设置环境、背景、渲染方式参数，以增强影像特征信息，避免后期由于弱纹理信息提取不成功引起建模失败。

4.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，所述步骤S4中空三运算需设置相机焦距和传感器尺寸；其中相机焦距在虚拟相机布设时可直接获取，而传感器尺寸通过以下方式推算：利用建筑信息模型的实际长度和像素长度得到影像分辨率；利用影像分辨率和漫游路径高度、相机焦距得到像元大小；利用像元大小和影像宽度得到传感器大小。

5.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，所述步骤S4中所需的控制点可以从步骤S1生成的模型中进行提取。

6.根据权利要求1所述的一种基于倾斜摄影测量技术的建筑信息模型重构的方法，其特征在于，所述步骤S4在模型构建过程中，人工加入一定密度连接点，以提高弱纹理区域影像匹配准确性。