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Smart3D
系列教程
1
之
《浅谈无人机倾斜摄
影建模的原理与方法》
一、引言
倾斜摄影测量技术是国际测
绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，以大范围、高精度、
高清晰的方式全面感知复
杂场景，
通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数
据成果直观反映地物的外观、位置、
高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。
同时
有效提升模型的生产效率。
三维建模在
测绘
行业、
城市规划
行业、
旅游
业、
甚至
电商<
/p>
业等的
行业应用越来越广泛，越来越深入。
无人机航拍不再是大众陌生的话题，
商场到处可见的
DJI
商店，
各种厂商的无人机也是层出
不穷，这将无人机倾斜数据建模推到了一个关键性的阶段。
二、倾斜摄影原理概述
倾斜摄影技术
，
通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（目前常用的是五镜头相机）。
同时
从垂直、
倾斜等不同角度采集影像，
获取地面物体更为完整准确的信息。
垂直地面角度拍摄
获取的是垂直向下的一组影像，
称为正片，
镜头朝向与地面成
一定夹角拍摄获取的四组影像
分别指向东南西北，称为斜片。
摄取范围如下图：
在建立建筑物表面模型的过程中，
下
图可以看到，
相比垂直影像，
倾斜影像有着显著的优点，
因为它能提供更好的视角去观察建筑物侧面，
这一特点正好满足了建筑
物表面纹理生成的需
要。
同一区域拍摄的垂直影像可被用来生成
三维城市模型或是对生成的三维城市模型的改善。
利用建模软件将照片建模，
这里的照片不仅仅是通过无人机航拍的倾斜摄
影数据，
还可以是
单反甚至是手机以一定重叠度环拍而来的，<
/p>
这些照片导入到建模软件中，
通过计算机图形计
< br>算，结合
pos
信息空三处理，生成点云，点云构成格网
，格网结合照片生成赋有纹理的三
维模型。区域整体三维建模方法生产路线图：
到这里，
大家大
致明白了采集来的照片是如何进过软件处理生成模型的，
接下来，
大家是不
是想说都有哪些软件可以实现三维重建呢？
三、主流照片建模软件介绍及比较
行
业里主流的有
Bently
公司的
Co
ntextCapture
（
Smart3D
< br>），俄罗斯
Agisoft
公司的
PhotoScan
，瑞士
Pix4D
公司
Pix4D
mapper
。
这几个建模软件也是
各有优缺点，
PhotoScan
比较轻量级，但是生成的模型
纹理效果不是
太理想，
Smart3D
生成的三维模型效果最为理想，人工修复工作量较低，但是软件比较复杂
不易上手且价格
较高。
下面就这三种软件做一个对比：
<
/p>
这些软件的拔地而起无疑造福了大量的三维爱好者，
使得三维重建
的门槛大大降低，
人人都
可以成为三维模型的作者。
下图是这三个主流重建软件的图标
:
四、<
/p>
Smart3D
的软件概述
目前市面上最常见的，同时也是最难上手最昂贵的软件
——
Smart3D
，现在也叫
ContextCaptu
re
，它是一套无需人工干预，通过影像自动生成高分辨率的三维模型的软件解
决方案。我们所接触到的一般都是纯英文版，这对于软件的普及化学习形成了一定的阻碍，
但是近期好像要推出中文汉化包了，请大家关注微信号“
Wish3D
”
（文章结尾有二维码），
我们会在第
一时间发布中文补丁包。
接下来，我将以
Smart3D
为中心，从系统原理、软件构成、软硬件要求和建模对象等几个
方面逐一和大家交流学习。
4.1
Smart3D
软件的总体流程
Sm
art3D
需要以一组对静态建模主体从不同的角度拍摄的数码照片作为输入数据源。<
/p>
这些照片的额外辅助数据需要：传感器属性（焦距、传感器尺寸
、主点、镜头失真），照片
的未知参数（如
GPS
），照片姿态参数（如
INS
），控制点等等。
它无需人工干预，在几分钟或几小时的
计算时间内
（根据输入的数据大小），
能输出高分辨
率的带有真实纹理的三角网格模型，
这个三角格网模型能够准确精细地复原
出建模主体的真
实色泽、几何形态及细节构成。
下面给出一个软件处理数据的工作流程图：
4.2
Smart3D
软件的系统架构
Sm
art3D
采用了主从模式（
Master-
Worker
）。
两大模块是
ContextCapture
Master
和
ContextCapture
Engine
。
ContextCapture Master
是
Smart3D
的主要模块。
通过图形用户接口，<
/p>
向软件定义输入数据，
设置处理过程，
提
交过程任务，
监控这些任务的处理过程与处理结果可视化等。
这
里注意到，
Master
并不会执行处理过程，而是将任务分解
为基础作业并提交给
Job
Queue
。
ContextCapture Engine
是
Smart3D
的工作模块。它在计算机后台运行，无需与用户交互。
当
Engine
空闲时，
一个等待队列中的作业执行，
主要取决于它的优先级和任务提交的时间。
一个任务通常由空中三角测量和三维重建组成。
空中三角测量和三维重建采
用不同的且计算
量大的密集型算法，如关键点的提取，自动连接点匹配，集束调整、密度
图像匹配、鲁棒三
维重建、无接缝纹理映射、纹理贴图包装、细节层次生成等等。
可以多台计算机上运行多个
ContextCapture E
ngine
，并将它们关联到同一个作业队列中，
这样就会大幅
降低处理时间。因此有条件的朋友还是选择工作站集群处理比较合适。
很多新手会问：提交空三了怎么不开始或者没反应？会出现下图的情况？
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