傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，它颠覆了以往正射影像隻能從垂直角度拍攝的局限，該技術通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建築物頂面及側視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的三維城市模型。

利用傾斜攝影 ContextCapture實景建模技術能有效減少人工幹預，提升模型的生産效率，為真實效果和測繪級精度提供保證。

本文通過介紹ContextCapture的基本功能、 主要特性，研究其進行快速三維建模的技術路線和實施方案，并對建模過程中出現的問題出建議。

ContextCapture 是一款可由簡單的照片和/或點雲自動生成詳細三維實景模型的軟件。

ContextCapture 具有高兼容性，能對各種對象各種數據源進行精确無縫重建。還可加入其它可選的輔助數據：傳感器屬性（焦距，傳感器尺寸， 主點，鏡頭失真），照片的位置參數（如 GPS），照片姿态參數（如INS），控制點等來提供建模精度。

ContextCapture的建模過程無需人工幹預，即可在一定的計算時間内，輸出帶有真實紋理的高分辨率三角網格模型，準确重建建模對象幾何外觀及紋理特征。建模時間根據輸入數據量的大小而定，輸出模型的精度與輸入照片的分辨率和精度高度相關，輸入照片的分辨率和精度越高，生成的三維模型的細節越精細。

ContextCapture系統架構包含兩大模塊：主控台（Master）和引擎端（Engine），遵循主從模式（Master-Worker）。ContextCapture主控台是 ContextCapture的主要模塊。用戶通過圖形用戶接口，向軟件定義輸入數據，設置處理過程、提交過程任務、監控任務的處理過程與處理結果可視化等。主控台不執行處理過程，而是将任務分解為基礎作業并其提交給作業隊列。

ContextCapture引擎端是 ContextCapture 的工作模塊。它在計算機後台運行，無需與用戶交互。當引擎端空閑時，一個等待隊列中的作業的執行，主要取決于它的優先級與提交的數據。由于采用了主從模式，ContextCapture 支持網格并行計算。隻需在多台計算機上運行多個 ContextCapture 引擎端 ，并将它們關聯到同一個作業隊列上，就會大幅降低處理時間。

ContextCapture 除了 Master、Engine 外， 還 包 含 SetTINg、 Viewer 等工具模塊。Master 負責創建和管理任務，監視任務的進度等；Setting 主要是幫助 Engine 指向任務的路徑；Engine 負責對所指向的作業隊列中的任務進行處理；Viewer則可預覽生成的三維場景和模型，可以觀察控制主控台工作流的生産質量， 利用它對最終生産的模型成果進行浏覽。

ContextCapture軟件詳情：實景建模ContextCapture産品詳情及五大應用

下面，以某園區為例，介紹ContextCapture實景建模過程。

1.數據準備

對某園區進行數據采集，測區内主要有建築、 樹木。測區采用無人機對實驗區進行拍攝，拍攝高度為50m，對主體園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園區中心，每隔3s自動拍攝。

由于園區周邊環境複雜，電磁信号幹擾強，建築物易産生遮擋，因此盡量不要低飛或者靠近建築物飛行，盡量減少建築物内WIFI信号産生的電磁幹擾。飛手應處于相對開闊地帶，确保無人機與飛手間不存在信号直線遮擋。

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，将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，并删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，也可适當剔除，以提高計算效率。ContextCapture三維建模主要包括空中三角測量、生成密集點雲、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。空三計算是傾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。将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後，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

空三計算之後，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雲。當密集點雲量較大時，可根據計算機性能将重建項目切塊分割成若幹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，計算需用内存大小的評估數值會随着瓦片大小而變化。

總的來說，需要将所需内存的大小控制在物理内存的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，從而獲園區的三維TIN模型。

構建TIN模型後，将三維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适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标影像。在找到目标影像之後，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，将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、顔色、外觀等與實際環境一緻，各地物單體之間銜接流暢完整，建築物輪廓清晰、各面紋理完整，與實際情況相符。屋頂、門窗、汽車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。

2.3 三維模型成果發布共享

ContextCapture 支持多種格式的傾斜攝影模型生成，包含開放格式 3MX、自有格式 S3C、OSGB等，以及Esri i3s scene database格式，Esri i3s 格式的傾斜攝影模型成果可以對接到 ArcGIS中使用。

Esri i3s 格式輸出成果目錄中包含兩個文件，一個是 .json 文件，另一個是nodes文件夾。Nodes文件夾内是分級結構的文件夾，其結構符合Esri和i3s标準。在生産項目完成後，創建spk文件格式的場景包。創建場景包的本質是将之前的i3s成果文件和nodes文件夾進 行簡單的打包zip，後綴名改為spk的過程。

傾斜攝影模型作為文件形式，無法通過網絡訪問使用，将其發布成 Web service 服務，才能進行成果共享。Portal for ArcGIS可以将傾斜攝影模型發布成 Web service，支持網頁和App形式訪問并搭建使用。登錄Portal for ArcGIS，可将本地的spk文件上傳到Portal中。在Portal for ArcGIS10.5 版本中可對上傳的spk文件創建對應的場景服務。在服務創建成功後，即可在場景查看器中預覽三維場景。服務發布成功後，選擇共享條目，可共享給指定群組或者完全開發共享。

在進行空三計算時，由于數據量大、影像重疊率低或者影像質量差的情況下，會導緻空三計算失敗。在這種情況下，可将計算失敗的空三成果以XML的格式導出，提取其中的影像姿态數據對原始的POS數據進行封信，然後重新導入進行計算。另外，也可加入連接點和控制點重新進行空三計算。

另一方面，由于多相位拍攝過程中的遮擋，以及植被、水 面等均質地物缺乏明顯的特征點而造成同名影像匹配較少，從而導緻數字表明模型精度低以及切片紋理缺失和錯位。這種情況在三維模型成果中的具體表現為：部分樹木及建築邊緣變形、建築側面紋理不清晰、地形變形等。

針對這些問題，可使用ContextCapture的模型修正功能進行修正，并導入對應的瓦片重新生成貼圖。同時，也可以使用第三方建模軟件進行修正處理，如3DMax、Geomagic、Meshmixer、PhotoMesh等。

如果您有相關的實景建模項目需求，或對實景建模軟件ContextCapture感興趣，歡迎關注“艾三維技術”微信公衆号，聯系我們。

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