市政景觀建模技術流程(傾斜攝影+實景建模)

城市景觀（市政景觀）是由城市中的街道、廣場、建筑物、園林綠化等形成的外觀及氣氛。

城市景觀要素包括自然景觀要素和人工景觀要素。其中自然景觀要素主要是指自然風景，如大小山丘、古樹名木、石頭、河流、湖泊、海洋等。人工景觀要素主要有文物古跡、園林綠化、藝術小品、商貿集市、建構筑物、廣場等。這些景觀要素為創造高質量的城市空間環境提供了大量的素材，但是要形成獨具特色的城市景觀，必須對各種景觀要素進行系統組織，并且結合風水使其形成完整和諧的景觀體系，有序的空間形態。



城市景觀構成

構成城市景觀的基本要素包括路、區、邊緣、標志、中心點五項。道路、區、邊緣、標志和中心點是城市圖象的骨架，它們結合在一起構成了城市的景觀，在城市規劃時，應創造出新的、鮮明的景觀，以激起人們對整個城市的想象。



1.路況

路：一個城市有主要道路網和較小的區級路網。一個建筑有幾條出入的路。城市公路網是城市間的通道。路的圖象主要是連續性和方向性，因此應構成簡單的系統，起點和終點要明確。路旁的建筑和空間特性是方向性的基礎，有助于對距離的判斷。

2.區劃

區：它是較大范圍的城市地區，一個區應具有共同的特征和功能，并與其他區有明顯的區別。城市由不同的區構成，如居住區、商業區、高等學校教學區、郊區等等。但有時它們的性質是混合的，沒有明顯的界限。

3.中心點

中心點：中心點也可看作是標志的另一種類型，標志是明顯的視覺目標，而中心點是人們活動的中心?？臻g四周的墻、鋪地、植物、地形、照明燈具等小建筑物的布置和連貫性，決定了人們對中心點圖象的形成能力。

4.邊緣

邊緣：區與區之間的界限是邊緣。有的區可能完全沒有邊緣，而是逐漸混入另一區。邊緣應能從遠處望見，也易于接近，提高其形象作用。如一條綠化地帶、河岸、山峰、高層建筑等都能形成邊緣。

5.標志

標志：是城市中令人產生印象的突出景觀。有些標志很大，能在很遠的地方看到,如電視塔、摩天樓；有些標志很小，只能在近處看到,如街鐘、噴泉、雕塑。標志是形成城市圖象的重要因素，有助于使一個區獲得統一。一個好的標志既是突出的，也是協調環境的因素。

城市景觀規劃改造

一般來說，當我們要對城市景觀進行規劃改造時，為了不破壞改造工程與周邊環境間的和諧，可以利用無人機傾斜攝影建模技術，建立工程的周邊環境模型，結合改造工程模型，直觀展示工程整體設計方案，分析改造工程與周邊環境是否和諧自然。



下面，以城市某片區改造為例，為大家介紹傾斜攝影+ ContextCapture實景建模技術流程。

1.數據準備

對某片區進行數據采集，測區內主要有建筑、 樹木。測區采用無人機進行拍攝，拍攝高度為50m，對主體片區采用手動環形繞飛，傾角45度傾斜拍攝，并保證無人機攝像頭始終朝向片區中心，每隔3s自動拍攝。



由于片區周邊環境復雜，電磁信號干擾強，建筑物易產生遮擋，因此盡量不要低飛或者靠近建筑物飛行，盡量減少建筑物內WIFI信號產生的電磁干擾。飛手應處于相對開闊地帶，確保無人機與飛手間不存在信號直線遮擋。

2.ContextCapture 數據處理

本文采用ContextCapture進行三維重建。在進行三維建模之前，先對航片進行簡單的手工整理，將拍攝的原始影像放在同一目錄中，手動剔除不合格的航片，如曝光嚴重、對焦失敗、拍攝拖影、拍攝到無人機腳架、構圖嚴重不合理等，并刪除起飛和降落時拍攝的相片。若相鄰幾張相片中表達信息相似度高，也可適當剔除，以提高計算效率。ContextCapture三維建模主要包括空中三角測量、生成密集點云、構建TIN模型、自動紋理切片等過程，技術路線如下圖所示。



2.1 空中三角測量

對傾斜像片進行空中三角測量，獲取影像的外方位元素?？杖嬎闶莾A斜攝影建模的核心步驟，包含影像特征點提取、 同名特征點匹配、影像外方位元素反算等步驟。將傾斜攝影像片帶有的POS數據作為初始方位元素，根據共線方程，可解算出每張像片的外方位元素。利用多基線多特征匹配生成影像之間的連接點，通過少量外業控制點和區域網平差可實現傾斜攝影空中三角測量。ContextCapture在空中三角計算完成后，生成空三報告，可直接用于下一步匹配和三維建模。

2.2 模型構建

空三計算之后，新建重建項目進行模型的構建。軟件根據空三加密信息成果，通過多視影像密集匹配可獲得高密度數字點云。當密集點云量較大時，可根據計算機性能將重建項目切塊分割成若干瓦片進行不同層次細節度下的TIN模型構建。瓦片的大小可自行設置，計算需用內存大小的評估數值會隨著瓦片大小而變化。

總的來說，需要將所需內存的大小控制在物理內存的50%左右。通過調整三角尺寸至與原始影像分辨率相匹配，同時簡化平坦區域的三角網，從而獲取片區的三維TIN模型。

構建TIN模型后，將三維TIN模型與紋理圖像進行配準和紋理附貼。通過計算TIN每個三角面的法線方向與包含該地物的相片之間的夾角來選擇適用于該三角網模型的紋理影像。夾角越小，說明該三角面與影像平面越接近，兩者之間越匹配， 紋理質量越高。

TIN 模型上的三角面都能唯一對應一幅目標影像。在找到目標影像之后，計算每個三角形與影像中對應區域之間的幾何關系，找出每個三角面在紋理影像中對應的實際紋 理區域，將配準的紋理圖像反投影到對應的三角面上，實現紋理貼附。

在Acute 3D Viewer中觀察生成的三維模型，場景中地物的空間位置、形狀、顏色、外觀等與實際環境一致，各地物單體之間銜接流暢完整，建筑物輪廓清晰、各面紋理完整，與實際情況相符。屋頂、門窗等細節能較好的表現出來， 中心區域的房屋和樹木都能得到較好的還原，邊緣區域樹木的形狀紋理與真實情況略有偏差。

軟件詳情：ContextCapture（CC）實景建模軟件



3.模型漫游

片區實景模型建立完成后，將其與片區內的規劃改造工程模型進行結合，直觀展示工程整體設計方案，并通過仿真漫游，虛擬展示工程建成的實景效果，并判斷其對周邊環境的影響。在方案設計階段，通過傾斜攝影建模，能妥善處理改造工程與周邊環境的關系，使片區整體和諧自然，避免后期由于不美觀造成的拆改及返工問題。



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