1 引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術隨著時代的發(fā)展被賦予了不同的時代內涵，隨著時代的變遷無時無刻不在發(fā)生著深刻的變革，伴隨著“數(shù)字地球”建設和虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術從無到有的快速蓬勃發(fā)展，地理信息系統(tǒng)技術從傳統(tǒng)的描繪二維世界，已遠遠不能滿足當今社會發(fā)展的需求，三維（3D）地理信 息系統(tǒng)技術應運而生，這種新的三維建模系統(tǒng)具備更加強大的空間信息處理和分析能力，使得地理信息表現(xiàn)形式更加豐富多彩，并且直觀逼真。在無人機 被應用于三維建模之前，通常是利用衛(wèi)星或者載人航空技術提供的遙感資料進行三維建模，利用這兩種方法建立的三維地形模型有很多局限性，比如成本昂貴、實時性較差等。而無人機技術的日新月異以及無人機市場的逐漸成熟讓無人機的應用越來越廣泛，無人機從最初的種類和用途單一到現(xiàn)如今的種類繁多以及功能多樣，這給無人機進行三維地形建模帶來了無限生機。利用無人機遙感所提供的影 數(shù)據進行三維地形建模，在試驗中收獲了良好的效果，虛擬現(xiàn)實更加清晰、栩栩如生。本文從三維地形建模系統(tǒng)和無人機在單體建筑建模中的應用進行探討。

2 三維地形建模系統(tǒng)

在地理信息的實際應用過程中，三維地形建模所提供的可視化專題地圖，反映的地理信息狀況更加完善、科學、有效，打破傳統(tǒng)二維工作模式的束縛， 能夠極大提高工作效率。三維地形建模系統(tǒng)通常由五個步驟組成，第一步是利用衛(wèi)星或者載人航空或者無人機提供的遙感影像獲取最原始的數(shù)據資料， 一般這些數(shù)據都需要進行預處理，因為無人機遙感本身或者飛行時的姿態(tài)會導致影像外部幾何變形， 因此需要對原始影像數(shù)據進行變形糾正，幾何變形糾正一般是通過參照大比例尺的地形圖數(shù)據，有一些是通過參照實地測量控制點坐標，這一步完了之后利用相關的圖像處理軟件，對所獲取的影像進行光譜補償和鑲嵌拼接;第二步是把影像數(shù)據分割成不同的子區(qū)域，用來表示目標對象的各個表面，這種影像數(shù)據分割可以基于好幾種不同的算法，比如基于邊界檢測和基于表面提取的算法等;第三步的目的是為了獲取目標完整的三維信息，這就需要從不同的角度或者視點進行觀測，獲取相應的距離圖像， 最后再將這些距離圖像進行深度融合，建立目標對象的立體三維模型，即距離圖像的配準;第四步和第五步是進行幾何建模和紋理建模。一般是運用 2D 光學圖像和 3D 距離圖像獲取周圍目標對象的三維地理采樣信息，進而重構目標三維立體模型。在這五個步驟當中，距離圖像分割和配準是最關鍵的兩步， 直接影響最終建立的三維模型質量，由于距離圖像分割和配準基于的一些算法精度不是很理想，導致三維建模仍然有很大的提升空間。

3 無人機在單體建筑建模中的應用

隨著無人機技術的快速發(fā)展，無人機越來越多地被應用于無人機遙感領域，從而進行三維建模。由于無人機一般都是進行低空飛行，因此無人機遙感技術主要是應用于獲取一些近地表目標物的信息， 比如單體建筑物。無人機遙感技術作為一種新興遙感技術，具有較強的時效性，成本低廉以及安全的優(yōu)勢，發(fā)展?jié)摿^大，世界各國投入了大量的人力物力財力在無人機遙感的開發(fā)與應用上面。下面就簡單探討一下無人機在單體建筑建模中的應用。

利用無人機對單體建筑物進行三維建模過程中，由于無人機的航線一般是在二維尺度上，為了能夠對三維立體建筑物進行全覆蓋，無人機的航線在規(guī)劃時就需要從二維擴展到三維尺度上。目前測繪行業(yè)應用最廣的三維建模方法為航空傾斜攝影測量，但由于攝影角度并非可以隨時進行調節(jié)，相對來說比較固定，因此存在一定程度的盲區(qū)，這就直接導致了獲得的單體建筑物三維信息存在缺失。業(yè)內利用無人機遙感獲取的三維信息主要有兩種，這兩種方法分別為近景攝影測量和航空攝影測量，無論哪一種，各有利弊。近景攝影測量由于距離較近，因此獲取的建筑物三維信息精度比較高，缺點在于花費的時間成本較高以及無法獲取建筑物頂面的三維信息。航空攝影測量獲得的建筑物三維信息所需的時間較短，不足之處是經濟成本較高并且不能完整地收集建筑物側面信息。如果能夠將這兩種方法綜合使用，取長補短，并且合理設計無人機三維航線，則可以大大提高三維建模的質量與效率。

利用無人機遙感對單體建筑進行三維建模一般由四個環(huán)節(jié)組成，首先啟動程序環(huán)節(jié)，輸入建筑物高度、相機參數(shù)等初始數(shù)據;然后程序自動規(guī)劃出三維航線;之后無人機飛行進入工作狀態(tài)，對單體建筑物進行拍照以獲取相應的圖像資料;最后對獲取的一手影像資料進行處理并建模。比較關鍵的一個環(huán)節(jié)在于三維航線的規(guī)劃，因為在實際應用過程中，三維建模的對象很多并非是簡單規(guī)則的單體建筑物，這給全面獲取其信息造成了很大的困難，這就要求無人機從不同角度進行觀測并拍照，如果無人機飛行過程中只攜帶了一個相機的話，航線規(guī)劃要考慮到三個方面，分別是側面與頂面、面與面銜接處、底邊優(yōu)化的航線規(guī)劃。經試驗論證這種方案可行性很高， 能夠較全面完整地獲取單體建筑的三維信息，并為三維建模提供精確可靠的一手遙感影像資料。

4 結束語

本文主要簡述了三維地形建模系統(tǒng)的五個工作步驟，分別為數(shù)據獲取、圖像分割、圖像配準、幾何建模以及紋理建模。這五個工作步驟環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，其中最為關鍵的兩步是距離圖像的分割和距離圖像的配準，這直接影響著最終建立的三維地形模型的質量，在實際工作當中，我們都需要高度重視。隨著地理信息科學及相關產業(yè)的發(fā)展，遙感影像數(shù)據對于世界各國的重要性不言而喻，另外由于無人機遙感在單體建筑建模中擁有著得天獨厚的優(yōu)勢， 特別是針對世界上一些不發(fā)達國家，無力支撐起資金以及技術投入巨大的航空航天領域，但無人機遙感平臺的出現(xiàn)為這種尷尬的局面提供了一種全新的思路，因其成本較低，精度較高、操作簡單、對工作環(huán)境要求不是很苛刻、靈活機動等優(yōu)勢，合理規(guī)劃無人機的三維航線，就能夠提供完整的建筑物三維地理信息，十分有利于單體建筑的精細化建模，未來針對單體建筑三維建模中潛力很大。

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