万方:倾斜摄影精细建模与增强现实系统

2015-06-15 14:26:01

摘要:   6月10日,北京国家会议中心,以构筑地理信息新生态为主题的2015年全球地理信息开发者大会 (WGDC)在此拉开帷幕。WGDC自2012年起开始举办,四年时间里,伴随着中国地理信息产业的快速发展,WGDC已经成为位置与...

  6月10日,北京国家会议中心,以“构筑地理信息新生态”为主题的2015年全球地理信息开发者大会 (WGDC)在此拉开帷幕。WGDC自2012年起开始举办,四年时间里,伴随着中国地理信息产业的快速发展,WGDC已经成为位置与空间领域最具影响力的技术创新盛会。

  6月11日的全国倾斜摄影技术联盟专场中,武汉天际航信息科技股份有限公司万方博士做出了题为《倾斜摄影精细建模与增强现实系统》的精彩报告。

万方:倾斜摄影精细建模与增强现实系统

  以下为万方的发言实录(未经本人核实)

  万方:大家好!之前黑龙江的孙主任对倾斜摄影建模做过一些介绍,我们公司这个产品主要涉及到的行业内容就是三维建模,我想介绍一下三维建模两大技术路线,一种是传统手工建模,一种是现在比较火的全自动一体化的建模或者叫做倾斜摄影建模。这两个路线它们的特点,就是两个工艺技术路线,两个都已经形成了很完整的技术和工艺流程,但是两者都不完美,第三它们都可以局部的或者部分的满足实际应用单位的业务需要,这是这两个技术路线的特点。

  传统的建模流程一般是这么几个步骤,首先是现场拍摄,然后是几何建模,然后是贴图、烘焙。通过CAD总图制作、拍照、分类,这个工作量完全是手工的。第二步3DsMax也是纯手工,第三纹理贴是最耗时的。传统的这种方式一般的效率是每天0.02个平方。我们再看全自动一体化建模流程,大致流程是倾斜摄影拍摄,山区自动建模,自动贴图,这种软件已经非常商业化了,这个流程因为完全自动化,它的效率,一天可以达到8个平方,这个速度相当于传统人工方式的400倍。

  这两种流程都可以走到底,但是到底用哪种呢?现在很多测绘、规划部门大家心里还都在犹豫。这两种工艺我们自己总结了一下,它们的特点无外乎这六点,第一是真实感,第二是精确性,第三是效率,第四学习成本,第五是单体化,第六是近距离效果。这六点要素实际上Smart3D在前面这四点做的非常好,人工交付的流程正好相反,前面这四点完全不具备,有比较大的缺陷,它的特点在第五点和第六点上,单体化和近距离效果上,它可以做的比较完美。我们简单的说一下这种工艺为什么会产生这样一个结果的原因,因为smart3D是多式的建模,恢复三维信息,全部来自于倾斜摄影这个影像,它的真实感好,精确性通过精确的测量,它可以保证精确性。效率是纯软件做的,所以效率很高,学习成本基本没有。但是在单体化上面,刚才李院长说过,他说smart3D是一张皮,在自动建模过程中,没有任何信息辅助告诉smart3D哪个是房子,哪个是路,所以单体化需要后期的辅助,比如增加一些二维的信息,或者通过人工的交互进行勾勒。而人工交互流程是天生自然的单体化的,不需要其他的辅助。最后一个就是近距离效果,为什么smart3D近距离效果差?

  这就是为什么各个单位犹豫不决,不敢采用,这个趋势已经比较明显了,就是这样一个趋势,未来smart3D数据会越来越多,但是为什么没有那么快?还是因为近距离的效果差,因为很多面没办法做到平整,它不具备任何属性的信息,它不知道哪些点应该是在同一个面上,不知道哪些点可以拼在一起。右边是smart3D生成的模型,右边是原始影像,生成的影像是扭扭曲曲的,应该是平面的地方是凹凸不平的,这是smart3D的一个必然结果,不可能改变。可能从技术上可能会有一点提升,但是不可能完全改变,这是有它技术上本身的一个瓶颈,我们也不是说把这个技术做多大的颠覆,也没必要。

  我们公司这个产品叫做DP-Modeler,试图能够把人工的流程和全自动建模流程这六个要素的优点做一个集成,能够提出一个好的建模解决方案。我们自己的定位叫做城市地理信息三维模型构建工具,我们的梦想是能够在地理信息建模上面替代3Dsmax。横轴是建模成本,纵轴是生成模型的效率就是可用性,耗用成本最高的就是手工建模,效用率最高的也是手工建模,但是全自动的建模,smart3D建模成本低,效用相对来说也低。我们现阶段的DP-Modeler这个定位就是在这两者之间做一个平衡,能够把这两者的优势集成。

  DP-Modeler产品整体的技术思路叫做基于空地一体影像的三维建模,这是我们DP-Modeler的整体流程,我通过一个视频来演示一下这个流程。这是我们DP-Modeler建模的一个流程,中间包括很多几何工具,底下列表实际是多视的倾斜和垂直的影像列表,左边是一个相机列表,通过多视图的影像,可以在主视图里面很精确地看到我们所建的模型和对应的倾斜影像之间的匹配关系,依据影像来进行三维建模。我们这个模型做出来以后,自动的就是精确的,是带有精确的地理信息坐标的。

  这个例子是航空的垂直影像和地面手持相机拍摄的照片来进行建模的一个流程,这个例子我们主要是想说明一点,以前手持相机拍摄的照片很少用于三维建模。原因一方面因为手持拍摄的照片相机没有经过标定,另外还有一个原因,很难有些工具能够把这个垂直或者手持的照片能够整合在一起,用于辅助。我们通过这个软件,就能够把这个手持的照片整合在一起,能够用于辅助建模。

  这个例子是一个街景的影像,我们通过集成,把街景的影像可以和航空影像进行配准。在街景影像上面就可以把房屋侧面的一些结构信息给勾勒出来,勾勒出来所有的结构,阳台、窗户这些结构都是非常精准的,可以把对应图上面的纹理给扣出来。另外,我们基于影像的这个建模软件里面也包含机载的和车载的信息,把白模的主体结构勾勒出来,这是勾勒出来的白模的模型。这是我们的第一个产品线叫做DP-Modeler。我就简单过一下优势,又是一是空地联合,真实感比较好。航空影像和地面影像能够结合在一起,整体反映这个模型。

  我们做过一大片的数据,给客户看过,这个倾斜摄影做的数据确实在整体视觉上给人的震撼还是比较大的。另外精确性,第三是效率和近距离效果,效率主要体现在我们建模工具的一个特点,我们的目标是做一个GIS上面的3Dsmax,多种模块工具、女儿墙、老虎窗穿插面的删除、直角约束、Bool运算,自动贴合DEM。第四易学易用,学习成本比较低,这个软件我不吹牛了,大家如果有兴趣可以试用一下,可以体会一下它跟3Dsmax的区别,学习时间确实可以大大缩短。

  第二个产品线叫DP-Modeler(Mesh),这个产品出现有两个原因,第一个原因就是和李总讲的意思一样,希望把smart3D模型进行修饰,能够把它做得更好,能够可用。第二个原因,就是我们本身DP-Modeler是一个几何工具,我们在里面融合了很多几何工具,我们有自己定义的数据结构,在几何修饰上面,我们自己觉得有这个能力,有这个技术的积累,可以去做。在现阶段我们也做了很多工作,一个就是在整体的smart3D里面对具体的模型进行选取,根据已有的模型进行修编,这是对比的效果,再把这个模型能够还原到原有的场景里面来。另外对街景数据来进行几何上的一些局部的扣除,还有调整,重新贴图,再把它替换回来。这个左边是原有smart3D的底商,这是我们做了贴图的。另外对于一些特别的非建筑的这种奇形怪状的一些场景,比如变电站它的电塔,一些变电设施,它的形状比较特殊,是一些异型的结构,这些结构需要外部的修补,smart3D做的这个效果是特别差的。像裂缝还有一些破损的地方,我们通过我们的DP-Modeler(Mesh)在原有场景上进行修复,这是我们得到的效果。这是我们做的一个立交桥的对比效果,最后一个产品线是DP-Modeler-Max,这个视频不演示了。

  最后一个是倾斜摄影增强现实系统,这是我们一个特色,能够把影像整合在我们场景里面来,基于影像,进行一些选择量测。在影像上面可以量测,我们背后不需要有模型,在影像上面所有的业务系统,比如种植属性的查询都可以直接在影像上面去完成。举一个简单的例子来结束我的演讲,比如这个场景里面,背后是街景,后面藏的是smart3D,我们把这两个模型套在一起,后面不看smart3D的模型了,只看街景的影像,因为街景影像更清晰,效果更好。另外对于倾斜影像也是,只要它们能套在一起,所有后面的工作,不需要smart3D的数据了,我只需要影像,走到任何一个角落都可以看到比smart3D三维模型更清楚的场景效果,在上面就可以做模型的种植、属性的选择等等。谢谢大家。

[责任编辑:唐天石]
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