數(shù)字?jǐn)z影測量中的三維建模

1、Harbin I nstituteof Technology測繪學(xué)概論結(jié)業(yè)報告課程名稱：測繪學(xué)概論 設(shè)計題目：數(shù)字?jǐn)z影測量中的三維建模系:電子與信息工程學(xué)院級:者:0805401牛文龍?zhí)?學(xué)指導(dǎo)教師:1080540104設(shè)計時間:2011 年 3 月 27哈爾濱工業(yè)大學(xué)、數(shù)字?jǐn)z影測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眼睛的中心投影， 當(dāng)人們不斷改變視點的位置與實現(xiàn) 的方向就能得到不同的景觀。 而攝影測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， 供人們在虛擬環(huán)境中從不同的視點觀測 三維世界， 是數(shù)字?jǐn)z影的重要內(nèi)容。 傳統(tǒng)的攝影測

2、量只能用二維的地形圖、 影像 圖來表達(dá)，但是進入數(shù)字?jǐn)z影測量的時代，可以用影像表示三維模型地形。特別是由于計算機圖形學(xué)及其相應(yīng)的軟件的發(fā)展，利用軟件 Ope nGL就能使 人們實時地改變視點由各個角度觀測所建立的三維景觀， 因此攝影測量是當(dāng)代科 學(xué)虛擬現(xiàn)實（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量與計算機視覺技術(shù)正越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 其基本原理是首先利用攝影測量的影像，構(gòu)建三位數(shù)字表面模型（ DSM）。對物體攝取一 組影像，由此構(gòu)建其數(shù)字表面模型并生成“點云”，將它連接構(gòu)建TIN。最后將 影像的“紋理” 映射到由點云構(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)用是目前國際遙感。地 理信息系統(tǒng)及相關(guān)學(xué)科研究的熱點， 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，比如計算機輔助繪圖設(shè)計軟件（AUTOCAD、三維動畫設(shè) 計軟件（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、特別是對于那些自然景物和不規(guī)則建筑物等效果比較 好，但是對于大范圍的區(qū)域，如果每個模型都這樣建立，不僅費時費力，而且也 不經(jīng)濟；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)進行三維建模， 這種方 法具有自動化程度高、 建模速度快、 易于實時更新等特點， 利用數(shù)字?jǐn)z影測量技 術(shù)能方便快捷地進行數(shù)字線劃矢量圖（DLG的測繪、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，這里對此款軟件做 一個簡要的介紹。Google Sketchup是 一套直接面向設(shè)計方案創(chuàng)作過程的設(shè)計工具，其創(chuàng)作過程 不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計師的思想而且完全滿足與客戶即時交流的需要， 它使得設(shè) 計師可以直接在電腦上進行十分直觀的構(gòu)思， 是三維建筑設(shè)計方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工 具。SketchUp是一個極受歡迎并且易于使用的 3D設(shè)計軟件，官方網(wǎng)站將它比喻 作電子設(shè)計中的 “鉛筆”。它的主要賣點就是使用簡便，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(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本身能自動識別你的這些線條，加以自動捕捉。它的建模流程簡單 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 絕對是一款適合于設(shè)計師使用的軟件， 因為它的操作不會成為你的障礙， 你可以 專注于設(shè)計本身了。產(chǎn)品特點Google Sketchup能夠讓你自由

7、的創(chuàng)建3D模型，同時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：1、不到一天時間即開始在 SketchUp 中建模。即使最強大的工具， 如果您搞不清楚如何使用， 它也是毫無用處。 大多數(shù)人 只花幾小時就可以熟練駕馭 SketchUp。2、使用 SketchUp 建模您可以想像的任何東西。設(shè)計建筑。 重新排列室內(nèi)家具。 對您的公司進行建模并把它放在 Google 地 球中。我們設(shè)計了

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，請查看 Google 3D 模型庫看其他人 建造了什么模型。3、以直觀的方式工作。SketchUp 有一個高級的顏色、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 進行建模的結(jié)果我利用此軟件建立了兩組場景， 一是某公司的一處辦公樓， 二是一個體育場。每個場景分別從三個

9、角度進行觀看，以達(dá)到對場景有整體認(rèn)識的目的。3.1 某公司的辦公樓下面分別從三個角度對辦公樓模型進行觀察，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體育場下面分別從三個角度對所建體育場進行觀看，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)本次建模我沒有對某一實際存在的建筑物進行建模，而是假想了兩處地點： 某一辦公樓和體育場。由于沒有實際物體的存在，所以只能首先根據(jù)實際推理畫 出草圖，然后利用sketchup軟件進行建模，整個建模尺寸（場地、房屋的長寬 高等）基本符合實際情況。建模中遇到的問題主要有如下幾點。一、由于沒有實際的物體作為比較，所 以無法對建模的精度進行判定。二、整個建模過程，只對建筑物的可見部分，即 外表進行了建模，沒有對其內(nèi)部進行模型構(gòu)建，也沒有按照建筑學(xué)的原理進行規(guī) 劃，所以所建模型無法應(yīng)用到實際中。三、所建模型沒有對部分細(xì)節(jié)進行勾勒。本次建模使用了 sketchup軟件，對此軟件有如下兩點總結(jié)：一、此軟件操作 簡單，易于入手，