數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的三維建模

1、Harbin I nstituteof Technology測(cè)繪學(xué)概論結(jié)業(yè)報(bào)告課程名稱：測(cè)繪學(xué)概論 設(shè)計(jì)題目：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的三維建模系:電子與信息工程學(xué)院級(jí):者:0805401牛文龍?zhí)?學(xué)指導(dǎo)教師:1080540104設(shè)計(jì)時(shí)間:2011 年 3 月 27哈爾濱工業(yè)大學(xué)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的三維建模的背景情況以及建模原理1.1 背景介紹人們感知世界都是通過(guò)眼睛的中心投影， 當(dāng)人們不斷改變視點(diǎn)的位置與實(shí)現(xiàn) 的方向就能得到不同的景觀。 而攝影測(cè)量就是一門由二位影像重建三位空間模型 的學(xué)科。利用有限的影像重建三維景觀， 供人們?cè)谔摂M環(huán)境中從不同的視點(diǎn)觀測(cè) 三維世界， 是數(shù)字?jǐn)z影的重要內(nèi)容。 傳統(tǒng)的攝影測(cè)

2、量只能用二維的地形圖、 影像 圖來(lái)表達(dá)，但是進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的時(shí)代，可以用影像表示三維模型地形。特別是由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相應(yīng)的軟件的發(fā)展，利用軟件 Ope nGL就能使 人們實(shí)時(shí)地改變視點(diǎn)由各個(gè)角度觀測(cè)所建立的三維景觀， 因此攝影測(cè)量是當(dāng)代科 學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR技術(shù)的重要組成部分。1.2 建模原理1.2.1 基于影像的三位建模原理基于攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 其基本原理是首先利用攝影測(cè)量的影像，構(gòu)建三位數(shù)字表面模型（ DSM）。對(duì)物體攝取一 組影像，由此構(gòu)建其數(shù)字表面模型并生成“點(diǎn)云”，將它連接構(gòu)建TIN。最后將 影像的“紋理” 映射到由點(diǎn)云構(gòu)成的空間三角網(wǎng)上，

3、就能建立空間物體的三位模 型。1.2.2 城市建模隨著城市信息化的發(fā)展，數(shù)碼城市與城市建模越來(lái)越受到重視。其基本原理還是利用DSM與相應(yīng)的影響結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市建模。 三維城市模型，又稱為城市三位模型，它的構(gòu)建與應(yīng)用是目前國(guó)際遙感。地 理信息系統(tǒng)及相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)， 目前三維建模大致有如下解決方法： 一是直 接使用三維制作軟件，比如計(jì)算機(jī)輔助繪圖設(shè)計(jì)軟件（AUTOCAD、三維動(dòng)畫設(shè) 計(jì)軟件（3DMAX）等建模，這種方法能逼真地表達(dá)城市的精細(xì)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征， 基本上能夠滿足虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的 3I （immersion、in teractive、imagi nation，即沉 浸、交互、構(gòu)想）的要求，

4、特別是對(duì)于那些自然景物和不規(guī)則建筑物等效果比較 好，但是對(duì)于大范圍的區(qū)域，如果每個(gè)模型都這樣建立，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且也 不經(jīng)濟(jì)；而是直接利用傳統(tǒng)GIS的二維線劃數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的高度屬性進(jìn)行三維建 模，各建筑物表面還可以加上相應(yīng)的紋理， 但是采用此方法只局限于較規(guī)則建筑 物的三位模型， 此外還有一種方法就是利用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)進(jìn)行三維建模， 這種方 法具有自動(dòng)化程度高、 建模速度快、 易于實(shí)時(shí)更新等特點(diǎn)， 利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技 術(shù)能方便快捷地進(jìn)行數(shù)字線劃矢量圖（DLG的測(cè)繪、數(shù)字高程模型（DEM）的 建立、數(shù)字正攝影像圖（DOM）的制作、3DCM的建立，甚至還可以提取建筑物 的紋理，建立紋理庫(kù)等。、建模

5、軟件介紹本文中所建立的模型是利用 Google Sketchup軟件完成的，這里對(duì)此款軟件做 一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。Google Sketchup是 一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具，其創(chuàng)作過(guò)程 不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要， 它使得設(shè) 計(jì)師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思， 是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工 具。SketchUp是一個(gè)極受歡迎并且易于使用的 3D設(shè)計(jì)軟件，官方網(wǎng)站將它比喻 作電子設(shè)計(jì)中的 “鉛筆”。它的主要賣點(diǎn)就是使用簡(jiǎn)便，人人都可以快速上手。并 且用戶可以將使用SketchUp創(chuàng)建的3D模型直接輸出至Google Earth里，非常的 酷！

6、Last Software公司成立于2000年，規(guī)模較小，但卻以 SketchUp而聞名。SketchUp 榮獲了 AEC system 2000 Fell Show最優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)(Best New Product award)。在sketchup中建立三維模型就像我們使用鉛筆在圖紙上作圖一 般, sketchup本身能自動(dòng)識(shí)別你的這些線條，加以自動(dòng)捕捉。它的建模流程簡(jiǎn)單 明了，就是畫線成面，而后擠壓成型，這也是建筑建模最常用的方法。 sketchup 絕對(duì)是一款適合于設(shè)計(jì)師使用的軟件， 因?yàn)樗牟僮鞑粫?huì)成為你的障礙， 你可以 專注于設(shè)計(jì)本身了。產(chǎn)品特點(diǎn)Google Sketchup能夠讓你自由

7、的創(chuàng)建3D模型，同時(shí)還可以將你自己的制作成果發(fā)布到 Google Earth上和其他人共享，或者是提 交到Google's 3D Warehouse當(dāng)然你也能從 Google's 3D Warehouse哪兒得到想 要的素材，以此作為創(chuàng)作的基礎(chǔ)。此款軟件的特點(diǎn)：1、不到一天時(shí)間即開始在 SketchUp 中建模。即使最強(qiáng)大的工具， 如果您搞不清楚如何使用， 它也是毫無(wú)用處。 大多數(shù)人 只花幾小時(shí)就可以熟練駕馭 SketchUp。2、使用 SketchUp 建模您可以想像的任何東西。設(shè)計(jì)建筑。 重新排列室內(nèi)家具。 對(duì)您的公司進(jìn)行建模并把它放在 Google 地 球中。我們?cè)O(shè)計(jì)了

8、SketchUp,使您更加方便地以三維方式思考和溝通。您決定 如何使用它完全取決于您自己。盡管這樣，請(qǐng)查看 Google 3D 模型庫(kù)看其他人 建造了什么模型。3、以直觀的方式工作。SketchUp 有一個(gè)高級(jí)的顏色、線條和文本提示指導(dǎo)系統(tǒng)，讓您不必鍵入坐 標(biāo)，就能幫助您跟蹤您的位置和您的操作。 就像您在實(shí)際生活中使用的工具那樣， SketchUp 為數(shù)不多的工具中每一樣都可做多樣工作。這樣您就更容易學(xué)習(xí)、更 容易使用并且 (最重要的是 )更容易記住如何使用軟件。三、利用 sketchup 進(jìn)行建模的結(jié)果我利用此軟件建立了兩組場(chǎng)景， 一是某公司的一處辦公樓， 二是一個(gè)體育場(chǎng)。每個(gè)場(chǎng)景分別從三個(gè)

9、角度進(jìn)行觀看，以達(dá)到對(duì)場(chǎng)景有整體認(rèn)識(shí)的目的。3.1 某公司的辦公樓下面分別從三個(gè)角度對(duì)辦公樓模型進(jìn)行觀察，圖 1為正面觀看，圖 2為前側(cè) 面觀看，圖 3 為后側(cè)面觀看。圖1正面觀看圖2前側(cè)面觀看圖3后側(cè)面觀看3.2體育場(chǎng)下面分別從三個(gè)角度對(duì)所建體育場(chǎng)進(jìn)行觀看，圖4為俯瞰，圖5為從入口方向觀看，圖6為斜側(cè)上方觀看。圖4俯瞰圖5入口端方向觀看圖6斜側(cè)上方觀看四、建模結(jié)果分析和總結(jié)本次建模我沒(méi)有對(duì)某一實(shí)際存在的建筑物進(jìn)行建模，而是假想了兩處地點(diǎn)： 某一辦公樓和體育場(chǎng)。由于沒(méi)有實(shí)際物體的存在，所以只能首先根據(jù)實(shí)際推理畫 出草圖，然后利用sketchup軟件進(jìn)行建模，整個(gè)建模尺寸（場(chǎng)地、房屋的長(zhǎng)寬 高等）基本符合實(shí)際情況。建模中遇到的問(wèn)題主要有如下幾點(diǎn)。一、由于沒(méi)有實(shí)際的物體作為比較，所 以無(wú)法對(duì)建模的精度進(jìn)行判定。二、整個(gè)建模過(guò)程，只對(duì)建筑物的可見(jiàn)部分，即 外表進(jìn)行了建模，沒(méi)有對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行模型構(gòu)建，也沒(méi)有按照建筑學(xué)的原理進(jìn)行規(guī) 劃，所以所建模型無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際中。三、所建模型沒(méi)有對(duì)部分細(xì)節(jié)進(jìn)行勾勒。本次建模使用了 sketchup軟件，對(duì)此軟件有如下兩點(diǎn)總結(jié)：一、此軟件操作 簡(jiǎn)單，易于入手，