城市實景（jǐng）三維場景分級及模型（xíng）修整技術探討

隨著2019年“實（shí）景三維中國”概念（niàn）的提出以及李德仁院士對（duì）實景三維產業技術條件和“實景（jǐng）三維中國建設”工程開展條件的判斷，國家、省、市各級政府開始大力推進實景三維建設工（gōng）作。
 
相對於如火如荼的項目建設，技術標準建設卻稍顯滯後。原國家（jiā）測繪地理信（xìn）息局在2012年和2014年相（xiàng）繼發布了三（sān）維地理信息模型的數據產品規範、生產規範、數據庫規範以及質量檢查和驗收規範，住（zhù）房和城鄉建設部也於（yú）2010年發布了《城市三維建模技術規範》。但是隨著這些年傾斜攝影測量、機載激光掃描等（děng）技術的引進和成熟應用，原有基於傳統人工方法（fǎ）的三維模型製作（zuò）標準已經無法有效地對自動化三維建模技術形成的成果做出有效、合（hé）理（lǐ）的規範。
 
為此，實驗室的技術人員結合（hé）實景三維項目建設經驗（yàn），對實景三維場景分級和模型修整進行了初步的思考，歡迎各位（wèi）技術大咖討論。
1、實景（jǐng）三維場景分級

武文忠司長提出（chū），實（shí）景三維中國建設主要由3個層級（jí）構成：地形級、城市（shì）級、部件級（jí）。但是通過（guò）與地方應用需求的對接（jiē），www.17C.com發現這3個層（céng）級無（wú）法細致地應對地方層麵的城市需求，於是在原（yuán）有層級基礎上增加（jiā）了“街道（dào）級（jí）”。
地形級（jí）實景三維場（chǎng）景地形（xíng）級實景（jǐng）三維場景主（zhǔ）要表現城鄉大區域地形地貌。從高空視角觀看，能夠直觀展現山川河（hé）流、村鎮分布、城市形態。場景中模型的平麵和高程（chéng）精度可按照《城市測量規範》1:2000比例尺相關規定（dìng）執行。
 
該層（céng）級的（de）實景（jǐng）三維場景可（kě）采用以下方（fāng）式建（jiàn）設：
 
▼數字高（gāo）程（chéng）模型（DEM）疊加數字正射影像圖（DOM）建模
收集已有DEM和DOM成果，將（jiāng）DOM作為地麵紋理疊加到DEM上（shàng），進行場景編譯後發布使（shǐ）用。
 
其中，DOM地麵分辨率不宜低於0.2米，DEM格網尺（chǐ）寸（cùn）不宜（yí）低於2米。
 
▼基於（yú）高重疊度正射航空攝影數據進行傾斜三維自動化建模
采用正射航空攝影方式進行地麵影像獲取，然後使（shǐ）用（yòng）傾斜三維自動化建（jiàn）模軟件進行數據處理，形成實景三維場景。
 
其中，影像地麵分辨率不宜低於0.2米，航向重疊度不宜低於70%，旁向（xiàng）重疊度不宜低於50%。
 
▼基於（yú）傾斜航空攝影數據進行傾（qīng）斜三維自動化建模
利用多鏡頭（一般是五鏡頭）傾斜航攝儀，獲取前、後、左、右（yòu）、垂直五個視角的地物照片，然後使用傾斜三（sān）維自動化建模軟件進行（háng）數據處理，形成實景三維場景。
 
其中，垂（chuí）直（zhí）影像地麵分辨率不宜低於0.2米。
 

城市級實景三維（wéi）場景

城市級實景三維場景主要表現一定區域的城市風貌、地形地物。從低空視（shì）角觀看，能夠直觀展現居民地、工礦建（構）築物、交通設施、水係、植被、地貌等。

 
該層級的（de）實景三（sān）維場景一般采用傾斜航空攝影方式（shì）獲取影像數據或（huò）激光點雲數據，然後使（shǐ）用傾斜三維自動（dòng）化建模軟件進行數據處理，並對自動化生成的三維模（mó）型進行初修，消除平靜水麵等導致的模型結構（gòu）空洞、變（biàn）形（xíng），以及大型（xíng）懸（xuán）浮物等，形成城市級實景三維場景。
 
其中，垂直影像地麵（miàn）分辨（biàn）率一般（bān）選擇0.03米。場景中模型（xíng）的平麵（miàn）和高程精度可按照《城市測量規範》1:500比例尺（chǐ）數字線劃圖規定執行。

街道級實景三維場景

街道級實景三維場景主要表現城鄉建築、道路及景觀環境等。從街（jiē）道車行或者步行視角觀看，道路及其附屬設施、建築物立（lì）麵及材質等（děng）符（fú）合（hé）現實世界的視覺感受。

 
該層級（jí）一般基（jī）於城市級實景三維場景（jǐng），利用修模軟件對道路（lù）、植被（bèi）、水係、管線和其他模型進行精細化處理，對建築物進行實體（tǐ）化處理（lǐ），以消除建築物鏡麵、透明玻璃等散射（shè）較弱材質導致的模型結（jié）構變形或缺失，建（構）築物密集導致的結構粘連、地麵植被遮擋、拍攝盲區導致的（de）模型結構缺失等問題。

部件級實景三維場景部件級實景三維場景能夠表現建築物細節、道路（lù）標誌標線、街頭景（jǐng）觀小品、市政（zhèng）設施等。從街道車行或者步（bù）行視角觀看，從綠化、街頭小品（pǐn）等城市景（jǐng）觀、道路附（fù）屬設施（shī）等細節上符合現實世界的（de）視覺感受。
 
該層（céng）級一（yī）般是在街道級實景（jǐng）三（sān）維場景的基礎（chǔ）上，對道路、水係、植（zhí）被、管線和其他模型進行實體化處理而得（dé）到（dào）。
 
2 模型修整及實體化

要構建（jiàn）以上4個（gè）層級的實景三維場景，www.17C.com需要對（duì）組成場景的各類模型進（jìn）行不同精細度的修整，以滿足各層級場景對模型細節層次的不同需求。
模型初修
模型初修主要麵向城市級實景三維場景，也就（jiù）是（shì）說城（chéng）市級實景三維場景中的模型都必須要（yào）經過初（chū）修。
 
雖然在自動化三維建模之前已經對航攝影像進（jìn）行了雲光勻（yún）色處理，消除了拍（pāi）攝時季節因素、氣象因素和時間因素導致的差異，但是因為物（wù）體材質反（fǎn）光的原因，仍然會存在（zài）部分大型（xíng）懸浮物、空洞和變形等結構問題，因此需要對自動（dòng）化建（jiàn）模形成的實景三維場景中的地上地下懸浮物、水係空洞、非道路的地形凸起、分層等進行修整，確保場景整體美觀，無大（dà）的結構（gòu）問題。

模型（xíng）初修示例

模型精修

在模型初修的（de）基礎上，對異常起伏的路麵、主幹道車輛（liàng）碎片、建築物模型中大於20%的空洞和扭（niǔ）曲、橋梁結構（gòu）的粘（zhān）連，道（dào）路（lù）兩（liǎng）側其它（tā）地物進（jìn）行進一步的精細化修正，確保結構完整、空間結構（gòu）準確，紋理無扭曲（qǔ）、拉花等現象（xiàng）。它形成的模（mó）型成果主要用於街道級實景三（sān）維（wéi）場景。

 
 

模型精修示例

 
模（mó）型實體化相對於模型初修和精修（xiū），實體化是從根本上對（duì）具有實際語義的獨（dú）立地物進行（háng）模型重（chóng）構，即利用矢量化的方法對模型進行三維結構的重新繪製，並重新（xīn）映射紋理。這樣不僅可以大幅減少模型麵片數據量，而且（qiě）還可以在實體化（huà）的模型（xíng）要（yào）素基礎上掛接屬性，實現實景三維模型、場景對現實世界外觀（guān）、內涵的完整映射，為數字孿生提供準確、完整的信息本底。它形成的成果主要用於部件級場景（jǐng）中。
模型實體化示例
關於實景三維場景和模型修整（zhěng）的相關思考就分享到這。後續，www.17C.com會（huì）不斷推出各種技術討論文章，歡迎各位讀者留（liú）言、討論。