實景三維的建模方法及發(fā)展前景

隨著數(shù)字中國建設(shè)的不斷推進(jìn)，全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級對更加精細(xì)更高精度的基礎(chǔ)地理信息需求在加速增長，對高精度、高分辨率、多模態(tài)的數(shù)字高程模型和三維地理空間實體模型數(shù)據(jù)及其智能分析應(yīng)用的需求日益迫切，從分散的4D產(chǎn)品到融為一體的實景三維模型勢在必行。

與此同時，實景三維概念的內(nèi)涵也在不斷發(fā)展，根據(jù)2022年自然資源主管部門發(fā)布的《新型基礎(chǔ)測繪與實景三維中國建設(shè)技術(shù)文件名詞解釋》文件，實景三維作為專用名詞術(shù)語，其定義為 “實景三維是對一定范圍內(nèi)人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間進(jìn)行真實、立體、時序化反映和表達(dá)的數(shù)字空間，是新型基礎(chǔ)測繪的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，是國家重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和各部門信息化提供統(tǒng)一的空間基底”。2023年8月，國家出臺了《實景三維中國建設(shè)總體設(shè)計方案》，明確了實景三維中國是對我國國土空間進(jìn)行實體化、立體化、自動化動態(tài)描述和表達(dá)的新型時空信息基礎(chǔ)設(shè)施，是新一代國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。

當(dāng)前主流建模方法：

（1）傾斜攝影

傾斜攝影是實景三維建模的主要手段，也是現(xiàn)在大場景建模最具性價比的建模方式。這種方式經(jīng)濟(jì)、高效，但模型的形變較大，尤其是低層建筑，且模型中各種地物相連，缺少語義信息。  

（2）激光掃描

相比較于傾斜攝影，激光雷達(dá)的穩(wěn)定性與點(diǎn)云質(zhì)量更好，但是成本也比傾斜攝影更高。激光雷達(dá)通過揭示地面細(xì)微的高程變化來展示地貌。優(yōu)勢在于高速采樣，激光雷達(dá)每秒從空中向地面發(fā)出數(shù)十萬甚至上百萬個脈沖，正是這種密集的點(diǎn)云使我們能夠獲取真實地貌。

（3）手工建模

目前，手工建模仍然是一種非常重要的建模手段?？纯锤鞣N數(shù)字孿生的項目，其中的模型基本都是手工建模。手工模型由人工控制，可以對模型結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行更加精致的控制，配合游戲引擎強(qiáng)大的渲染能力，往往能表現(xiàn)出非常好的視覺效果。當(dāng)然，手工建模最大的問題是成本和速度，這也是為什么手工建模多應(yīng)用在小場景的原因。

（4）快速建模

受限于城市級實景三維精細(xì)建模費(fèi)用高、生產(chǎn)周期長、數(shù)據(jù)量大等因素制約，急需利用全新技術(shù)、數(shù)據(jù)源，開展城市三維模型快速構(gòu)建。主要是針對城市建筑物和部分構(gòu)筑物開展單體三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)LOD1.3單體模型?？梢酝ㄟ^現(xiàn)有的數(shù)字線劃圖、激光點(diǎn)云、傾斜Mesh模型等實現(xiàn)自動或半自動化建模，賦予近似的材質(zhì)庫紋理，制作形成單體化模型成果。

當(dāng)前，飛燕航空遙感技術(shù)有限公司（以下簡稱“飛燕遙感”）運(yùn)用了以上四種建模方法，通過專有軟件對獲取的傾斜影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建形狀信息，傾斜影像提供紋理圖像，快速自動構(gòu)建三維模型。不同的是，多數(shù)情況下機(jī)載激光和傾斜影像是分別獲取的，需要人工對獲取的兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，無論是獲取或是后期處理的成本均較高；飛燕遙感采用自主研發(fā)的AIMS多模態(tài)航攝儀，一次飛行可以同時獲取高分辨率的傾斜影像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高光譜等其他數(shù)據(jù)。一套多模異構(gòu)、時相統(tǒng)一、成像條件基本一致的航空遙感數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)地物全要素精細(xì)感知，既節(jié)約數(shù)據(jù)獲取成本，又能利用多模態(tài)數(shù)據(jù)協(xié)同提升處理、解譯和應(yīng)用的自動化、智能化水平，形成特征豐富、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品，高效助力實景三維建設(shè)。同時，允許用戶根據(jù)自身需求定制特定的服務(wù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)共享和開發(fā)應(yīng)用，支撐城市規(guī)劃、建筑設(shè)計、智慧交通、環(huán)境保護(hù)、旅游推廣等多個領(lǐng)域。

這些實景三維智慧平臺有利于促進(jìn)社會發(fā)展，提升決策水平、優(yōu)化資源配置、推動智慧城市建設(shè)和推動科學(xué)研究和創(chuàng)新，實景三維發(fā)展對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建美好社會具有重要意義。