關(guān)于不同建模軟件模型拼接測試

時斐 李真 程圓娥

摘要：傾斜攝影測量技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實效果和測繪級精度提供保證。本文通過幾款三維建模軟件同一場景下不同內(nèi)容的建模測試，對于不同建模軟件建模拼接提出了相關(guān)的問題和設(shè)想。

關(guān)鍵詞：建模軟件? 背景? 環(huán)境? 數(shù)據(jù)

1? 測試背景

三維建模在測繪行業(yè)、城市規(guī)劃行業(yè)、旅游業(yè)，甚至電商業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，且越來越深入[1]。而目前市面上三維建模軟件繁多，各有優(yōu)劣，下面列舉幾款市面上比較主流的建模軟件。

1.1? ContextCapture軟件

ContextCapture是Bentley公司于2015年收購的法國Acute3D公司的產(chǎn)品。ContextCapture生成的三維模型效果較為理想，人工修復(fù)工作量較低，但是軟件比較復(fù)雜，不易上手，且價格較高。

1.2? 瞰景Smart 3D軟件

瞰景Smart 3D軟件是一款國產(chǎn)自主研發(fā)實景三維建模軟件，具有空三能力強、建模效率高、自主國產(chǎn)、安全可控等優(yōu)點。

1.3? Pix4Dmapper軟件

Pix4Dmapper軟件是瑞士Pix4D公司的全自動快速無人機數(shù)據(jù)處理軟件，是集全自動、快速、專業(yè)精度為一體的無人機數(shù)據(jù)和航空影像處理軟件[2]。

1.4? 大疆智圖

大疆智圖是一款提供自護航線規(guī)劃、飛行航拍、二維正射影像與三維模型重建的PC應(yīng)用軟件。一站式解決方案幫助行業(yè)用戶提升航測內(nèi)外效率，將真實場景轉(zhuǎn)換為數(shù)字資產(chǎn)。

如此繁多的三維建模軟件，各有優(yōu)劣，那是否可集各家之長，把最終的成果拼接在一起，以達到一個最理想的模型效果，減少后期人工修模的工作量，為此進行了一系列的測試[3]。

2? 測試環(huán)境及數(shù)據(jù)

2.1? 測試環(huán)境

本文選取了2款算法較為接近的軟件，即瞰景Smart 3D軟件和ContextCapture軟件（下面簡稱CC）進行測試。測試軟件對比如表1所示。

2.2? 測試數(shù)據(jù)

本文選取了無錫雪浪小鎮(zhèn)作為這次測試數(shù)據(jù)的采集地點，利用大疆精靈4RTK對雪浪小鎮(zhèn)周邊0.75km2的區(qū)域進行航拍，飛行高度100m，航向重疊度75%，旁向重疊度70%，獲取照片6259張。

3? 測試

3.1? 測試A

3.1.1? 測試內(nèi)容

首先利用CC和瞰景Smart 3D這2款建模軟件，對從無錫雪浪小鎮(zhèn)采集回來的數(shù)據(jù)同時建模，并且對建模時候的模型分塊原點坐標(biāo)、模型輸出坐標(biāo)系、模型分塊大小等具體參數(shù)進行了統(tǒng)一設(shè)置，模型生產(chǎn)后將2款軟件構(gòu)建的模型進行重合查看。

測試內(nèi)容：CC和瞰景Smart 3D對同一場景建立的模型能否重合。

模型分塊大小：160m。

選取模型塊數(shù)：4。

模型分塊原點坐標(biāo)：X為244274，Y為3485436，Z為0。

模型輸出坐標(biāo)系：CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger CM 120E（EPSG：4549）。

3.1.2? 測試結(jié)論

2款軟件建立的模型不能重合，水平方向存在1～2m的誤差，高程方向存在7～8m的誤差，在導(dǎo)入測試區(qū)域點云信息后發(fā)現(xiàn)，瞰景Smart3D軟件建立的模型與點云精度偏差較小（見圖1）。

3.1.3? 測試結(jié)果疑問

為什么高程會出現(xiàn)如此大的偏差，是不是高程坐標(biāo)系出現(xiàn)了問題？

3.1.4? 測試結(jié)果分析

在查看2款建模軟件時發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)入照片時CC默認(rèn)的高程坐標(biāo)系為EGM96（EGM96模型是美國推出的一種適用于全球范圍，并綜合利用現(xiàn)有全球大量重力數(shù)據(jù)所計算出來的高精度大地水準(zhǔn)面模型[4]，但是因其發(fā)布年代較早，并且缺乏中國地區(qū)重力數(shù)據(jù)，所以高程轉(zhuǎn)換精度較低），而瞰景Smart3D軟件在導(dǎo)入照片的時候默認(rèn)沒有選擇任何高程坐標(biāo)系。為了驗證這個懷疑，再次進行了測試B。

3.2? 測試B

3.2.1? 測試內(nèi)容

重新用2款建模軟件進行建模，在導(dǎo)入照片時對高程坐標(biāo)系進行了統(tǒng)一設(shè)定（設(shè)定為EGM96），其余設(shè)置與測試A相同，再次進行建模，建模完成后放置一起進行重合查看。

測試內(nèi)容：導(dǎo)入照片時候的高程坐標(biāo)系對模型的影響。

導(dǎo)入照片時候的高程坐標(biāo)系：Smart3D為EGM96，CC為EGM96。

模型分塊大小：160。

選取模型塊數(shù)：4。

模型分塊原點坐標(biāo)：X為244274，Y為3485436， Z為0。

模型輸出坐標(biāo)系：CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger CM 120E（EPSG：4549）。

3.2.2 測試結(jié)果

當(dāng)2款軟件導(dǎo)入照片時使用相同的高程坐標(biāo)系后，生成的模型基本可以重合，水平和高程誤差都在1～2m左右，但是導(dǎo)入測試區(qū)域點云數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，點云與模型存在較大高程差異[5]（見圖2）。

3.2.3測試結(jié)果疑問

明確了EGM96會導(dǎo)致模型高程出現(xiàn)誤差，那在導(dǎo)入照片的時候有沒有方法能更改高程坐標(biāo)系？帶著疑問進行了測試C。

3.3? 測試C

3.1.1測試內(nèi)容

首先對CC軟件在導(dǎo)入無人機航拍照片時進行高程坐標(biāo)系的選擇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無法進行選擇，通過軟件將照片的POS和照片信息分離后再次分別導(dǎo)入CC，CC就不會定義任何高程坐標(biāo)系，見表2。

3.3.2 測試結(jié)果

由于大疆精靈4RTK所拍攝照片的POS信息是和照片一起的，所以CC在導(dǎo)入大疆無人機拍攝的照片時會默認(rèn)定義這些照片的高程系統(tǒng)為EGM96，從而導(dǎo)致計算出的模型高程出現(xiàn)偏差。而將大疆精靈4RTK所拍攝照片的POS和照片分離后，再通過CC分別導(dǎo)入，CC就不會定義任何高程坐標(biāo)系[6]。

3.3.3 測試結(jié)果疑問

當(dāng)照片和POS分別導(dǎo)入的時候，CC不再定義任何高程坐標(biāo)系，建立的模型是否會有高程偏差？CC和Smart3D在導(dǎo)入照片時候都不定義高程坐標(biāo)系，那它們默認(rèn)的高程坐標(biāo)系是否相同？帶著疑問，進行了測試D。

3.4 ?測試D

3.4.1測試內(nèi)容

再次用2款建模軟件進行建模，在導(dǎo)入照片時對高程坐標(biāo)系進行了統(tǒng)一不進行設(shè)定，其余設(shè)置與測試A相同，再次進行建模，建模完成后放置一起進行重合查看。

測試內(nèi)容：導(dǎo)入照片時候的高程坐標(biāo)系對模型的影響。

導(dǎo)入照片時候的高程坐標(biāo)系：Smart3D無，CC無。

模型分塊大?。?60。

選取模型塊數(shù)：4。

模型分塊原點坐標(biāo)：X為244274，Y為3485436， Z為0。

模型輸出坐標(biāo)系：CGCS2000/3-degree Gauss-Kruger CM 120E（EPSG：4549）。

3.4.2測試結(jié)果

當(dāng)2款軟件導(dǎo)入照片時都沒有選擇高程坐標(biāo)系后，生成的模型基本可以重合，水平和高程誤差都在1～2m左右，導(dǎo)入測試區(qū)域點云數(shù)據(jù)后，偏差較?。ㄒ妶D3）。

4? 結(jié)語

雖然采用的是同一臺無人機的航拍數(shù)據(jù)，但是由于各種建模軟件的算法差異，各種軟件對同一區(qū)域建立的模型無法做到套合，由于本次測試數(shù)據(jù)沒有事先布設(shè)控制點，加入控制點糾正后能否完美地拼合在一起，還有待后期測試。CC作為一款國外引進的建模軟件，在導(dǎo)入含有POS信息的照片時，如果不額外再次導(dǎo)入照片POS信息，會默認(rèn)定義照片的高程坐標(biāo)系為EGM96，且會對后期計算的模型的高程造成影響，因此需要從照片中分離出POS信息，分別導(dǎo)入，才能默認(rèn)為照片的大地高程。

參考文獻

[1]杜金莉.基于ContextCapture的三維建模研究[J].地理空間信息，2021，19（5）：53-54，58.

[2]張津裕，蔡俊林，李成文，等.基于DJI Phantom 4 Pro和Context Capture的煤矸石山實景三維建模[J].煤炭技術(shù)，2020，39（8）：94-97.

[3]程鐵洪，黃磊.傾斜攝影三維建模軟件性能對比研究[J]. 中國科技縱橫，2020（8）：42-43.

[4]王楊玚，鐘永康，董嘯.基于傾斜攝影的三維模型重建的可行性研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（17）：161-162.

[5]李云，劉專，彭能舜，等.傾斜攝影三維模型的大場景地形融合研究[J].測繪科學(xué)，2018，43（7）：103-108.

[6]朱周華，呂志慧，于建強.傾斜攝影三維模型實體提取和動態(tài)表達的技術(shù)研究[J].江蘇科技信息，2020，37（27）：58-62.