3sNews訊 為期兩天的2012地理信息開發(fā)者大會(簡稱：WGDC)在北京國家會議中心舉行，本次大會以“新技術(shù)、新模式、新商業(yè)”為主題，是地理信息領(lǐng)域最具影響力的技術(shù)性盛會，其宗旨是不斷引領(lǐng)和促進(jìn)地理信息技術(shù)的創(chuàng)新與變革。在第二天的“三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)”分會場，北京天下圖數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司副總經(jīng)理黃勇發(fā)表了題為《基于航空影像的全自動化建?？焖偻七M(jìn)三維數(shù)字城市建設(shè)》的演講。

　　以下為文字實(shí)錄：

　　首先非常高興有這樣一個機(jī)會跟大家在這里分享一下我們基于航空影像的全自動化建模技術(shù)。這個技術(shù)我們在國內(nèi)應(yīng)該也有些公司比較感興趣，大家也都在研究。我把我們公司這幾年的一些技術(shù)和心得跟大家分享一下，同時演示一下我們在這一塊做了一些測試以及一些成功的案例。這是我今天演講的主要目錄，首先介紹一下我們公司的情況，以及三維數(shù)字城市目前的建設(shè)情況，數(shù)字城市發(fā)展過程中面臨的一些問題，怎么去解決這些問題，我們天下圖對建模工藝應(yīng)用數(shù)字城市建設(shè)的情況，最后演示一下案例。

　　天下圖公司成立于2006年，主要股東是國家投資集團(tuán)、航天科技、中航工業(yè)。我們主要運(yùn)營的產(chǎn)品和服務(wù)是天下圖庫和天下圖云。我想在座的各位都是行業(yè)內(nèi)的人，也比較清楚，我們在建全國的高分辨影像圖，同時基于我們的軟件和硬件服務(wù)，構(gòu)建天下圖地理信息服務(wù)云。這是我們天下圖全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品與服務(wù)，現(xiàn)在我們又多了兩個產(chǎn)品，地理信息監(jiān)測車，這是在近期得到了國家的產(chǎn)品認(rèn)定。我們公司主要是從數(shù)據(jù)的獲取到數(shù)據(jù)的處理、加工以及我們公司軟件產(chǎn)品，二維、三維一體華的產(chǎn)品，以及一些行業(yè)應(yīng)用，最終構(gòu)建我們天下圖的服務(wù)云。

　　數(shù)字城市的概念在座的各位都非常清楚了，我就不著重強(qiáng)調(diào)了。它主要就是我們在“十一五”期間，為了全面推進(jìn)數(shù)字中國地理空間框架建設(shè)，測繪局出了這樣一個政策，大力推導(dǎo)數(shù)字城市建設(shè)。在“十一五”期間也做了很多工作，很多城市也踴躍加入到這個數(shù)字城市過程當(dāng)中，從2006年到2012年，現(xiàn)在大概全國已經(jīng)有200多個城市建設(shè)數(shù)字城市了，已經(jīng)驗(yàn)收的有100多個。預(yù)期國家測繪局的要求，也是在2015年我們?nèi)珖?00多個地級城市要全部完成數(shù)字誠實(shí)的建設(shè)。

　　數(shù)字城市建設(shè)的內(nèi)容，我們整個內(nèi)容里面有標(biāo)準(zhǔn)，有數(shù)據(jù)庫，有軟件的二維平臺、三維平臺以及一些環(huán)境和一系列的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。這個是咱們測繪局推導(dǎo)的整個數(shù)字城市的建設(shè)內(nèi)容，在這里面要提一下，現(xiàn)在哪個城市都有一塊內(nèi)容是建設(shè)三維城市。每個城市的投入情況不一樣，每個城市建設(shè)的范圍、采用的三維平臺也都不一樣，今天我的報告主要是基于數(shù)字城市里面的三維數(shù)字城市建設(shè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的建設(shè)。

　　剛才講了，三維城市是我們整個數(shù)字城市里面的一個必不可少的內(nèi)容。三維數(shù)字城市的建設(shè)元素很多，有地面的、地下的，地面的元素很多，有建筑物、交通設(shè)施、市政設(shè)施、植被、景觀等等這些內(nèi)容。我們現(xiàn)在主要解決的就是三維數(shù)字城市里面建筑物的建設(shè)。今天我主要講的是三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)，現(xiàn)在介紹一下三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)的一些方法。現(xiàn)在實(shí)際上建立三維數(shù)據(jù)比較常見的有以下這些方法，第一種是基于DLG數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，現(xiàn)在有房屋建筑的具體數(shù)據(jù)，有基于這個數(shù)據(jù)，再基于樓高，我們用工具快速的把建筑物提取出來。這樣的話，我們就主要用來構(gòu)建就像火柴盒，所謂的白膜，這個應(yīng)該是大家都用這個方法來建。因?yàn)槊總€城市如果一建兩百平方公里，基于DLG火柴盒這種模型，一般面積會相當(dāng)大。再有就是基于傾斜攝影，我們在常州也做了一些實(shí)驗(yàn)，到時候后面有一個場景演示，也可以看一下我們基于傾斜設(shè)計和全數(shù)字建模。還有基于影像，這兩種方式其實(shí)是差不多的，原理是一樣的，只是紋理的效果不太一樣?；趦A斜攝影的航攝是5個鏡頭，除了垂直向下的鏡頭以外，東南西北，也就是建筑物的四面同時會拍攝到比較清晰的這樣一個紋理，用于三維數(shù)字城市的建模，整個效果會比基于影像的效果更好一些，都會基于我們影像的全自動化的建模?；?D MAX的清晰建模，現(xiàn)在市面上大家的公司大部分都基于這種方法來建模，主要就是野外的采集，3D MAX建模，一棟棟樓的建設(shè)，建設(shè)的模型精細(xì)程度會比較高，同時它的效率也會比較慢?；诩す獾膾呙瑁@樣的話來構(gòu)建比較精準(zhǔn)的地形模型，建筑物也可以用這種方法來做。現(xiàn)在還有一些室內(nèi)的激光掃描，同時構(gòu)建三維模型。

　　我們剛才說到數(shù)字城市建設(shè)，現(xiàn)在大部分城市都采用了這樣一個方法。我們首先是建一定平方公里數(shù)的精細(xì)建模，它的增長方式是人工采集紋理照片，用3D MAX來貼圖，這個有它的優(yōu)點(diǎn)，建筑結(jié)構(gòu)比較精細(xì)，紋理清晰比較美觀，同時也有缺點(diǎn)，速度比較慢，周期比較長，成本相對來說也比較高。我們說到簡模，也是用3D MAX來生產(chǎn)，紋理相當(dāng)于不太真實(shí)，相當(dāng)于我用照片修剪，它的精細(xì)程度沒有精膜那么高，白膜剛才我們說，大部分是白膜，這個很多城市現(xiàn)在都采用這種方式。用10%-20%的精膜，建10%-20%的簡膜，另外都是用白膜來構(gòu)建我們整個城市的三維模型，我們現(xiàn)在說的像蘇州、青島、深圳都采用了這種方式，同時這幾個城市也是我們從2003年、2004年一直都開始在建整個區(qū)域的三維模型。

　　這個三維數(shù)字城市的建設(shè)為什么需求這么旺盛呢?同時這與我們軟件平臺的發(fā)展有很大的關(guān)系。剛才我們在外面看到有些三維模型在移動端來展示三維的應(yīng)用?，F(xiàn)在我們在蘇州搭建了三維的數(shù)字城市，它應(yīng)用了很多行業(yè)，像應(yīng)急、水利、建設(shè)、規(guī)劃等行業(yè)都得到了一定程度的應(yīng)用。正因?yàn)檫@些應(yīng)用的需求，導(dǎo)致我們對于三維數(shù)據(jù)生產(chǎn)的要求越來越高，三維數(shù)據(jù)是三維數(shù)字城市建設(shè)的基礎(chǔ)。

　　大家都在建三維城市，在建設(shè)三維數(shù)字城市當(dāng)中存在著一些問題，我們原來建了很多三維數(shù)字城市，大家都感覺作用不高，都是用來看一下，或者用來做得比較精美的秀一下。這樣的話，就感覺到我們?nèi)S數(shù)字城市建設(shè)中看不中用，投入的成本高，建設(shè)的周期又長。而且建設(shè)的范圍也比較窄，比較小。大部分公司做這種三維城市也都是基于手工的制作，導(dǎo)致模型的誤差大，空間分析的結(jié)果也太精確。這個我想有些城市，大概從2005年開始一直到2009年，基本上才建完這種城市的三維模型。其實(shí)很多城市模型還沒有建完，數(shù)據(jù)又要更新了，這就是我們遇到的問題。還有很多城市，即使去建了，每平方公里的三維模型制作成本也是非常高，有些早幾年的甚至達(dá)到了20萬/平方公里。再有就是三維的平臺，數(shù)據(jù)模型建得比較多，三維的數(shù)據(jù)量也比較大，很難有平臺加載到更多的三維模型。如果加載到這個模型的話，系統(tǒng)基本上無法非常流暢的運(yùn)行，這也是遇到的一些問題。有些平臺為了解決這個問題，也是對紋理進(jìn)行一些分析，其實(shí)效果也不是那么精細(xì)，這個就是三維數(shù)字城市建設(shè)過程當(dāng)中存在的一些問題。

　　基于這些方面的因素，我們需要從三維數(shù)據(jù)的生產(chǎn)開始，我們需要快速、低成本，在很短的周期就能完成，看起來比較真實(shí)?；谶@些因素，我們天下圖就推出了一套大規(guī)模地形景觀三維建模系統(tǒng)UFactory，我們是對于工藝集還沒有完全打包成為一個軟件，我們現(xiàn)在也是在做一些城市的測試。我現(xiàn)在介紹一下在我們這套系統(tǒng)的一些功能，這也是我們今天最主要講的，就是我們基于影像全自動三維建模。我們這套軟件主要是根據(jù)原始的航空影像，全自動化的生成3D模型，紋理的自動貼圖，以及它的附加產(chǎn)品，DSM、DEM、DOM和TDOM。以前可能大家也聽過，在國外微軟在做這方面的研究，像素工廠也在做，他們的成果不太一樣。我們這套系統(tǒng)支撐的影像是傳統(tǒng)的打飛機(jī)獲取的影像、無人及獲取的影像、傾斜攝影獲取的影像，對于數(shù)據(jù)源我們都做過測試，有一些成功案例。它輸出的成果，主要是用來建三維模型，最主要的成果是3D的模型。同時剛才說了有附加產(chǎn)品，DSM、DEM、DOM、TDOM的過程產(chǎn)品，后面會有介紹和展示。

　　這是我們系統(tǒng)的輸入的數(shù)據(jù)和輸出一些成果。我們這套軟件可以兼容的一些影像，我們需要原始的航片，我們知道現(xiàn)在航飛大部分都帶POS數(shù)據(jù)，這是我們傾斜影像，這兩個數(shù)據(jù)也是并列的，不是同時都需要的。它輸出的成果主要有DSM、DEM、DOM和TDOM，最終生成的是三維模型。

　　這是我們剛才說到的數(shù)據(jù)源，輸進(jìn)去以后自動生成的DSM。可以看到，這里面我們系統(tǒng)的技術(shù)如果用像素工廠，或者用一些其他的自動加工的軟件，DSM的效果也是不一樣的，在我們這里，基本上可以看到建筑的邊框和輪廓，這個也是我們自動化生成的一個基礎(chǔ)。這是基于DSM自動去處理的DEM。這是我們?yōu)鹾５腄OM，這是TDOM，當(dāng)然這幾個數(shù)據(jù)都是我們制作了自動生成的三維模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，最終我們生成的就是三維的模型。

　　我還要講一下我們這套系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的一些要求。它首先就是基于這種大飛機(jī)的航飛，達(dá)到30%和60%來生成DSM、TDOM，這個我們解決的是用常規(guī)航測影像直接生成DTOM，原來有人也提出過，我們像素工廠其實(shí)也能做DSM、DOM和TDOM，要達(dá)到80%才能自動生成TDOM，生產(chǎn)的效率相對來說也不是那么快。我們現(xiàn)在對航空作業(yè)相機(jī)不同，我們目前做的都是基于寬幅式的相機(jī)，大家比較常用的DMC、UCSP這種寬幅相機(jī)，基于ADS80那種推掃式的相機(jī)目前還不能直接去生成。

　　大概講一下我們的生產(chǎn)流程，我們對原始的文件進(jìn)行處理，這個當(dāng)然是在我們POS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，先是生成DSM，然后生成我們的TDOM，最后根據(jù)DSM生成DEM。這個時候，最終是我們自動添圖，生成三維模型。具體的技術(shù)不在這里面講了，這里面我們自動化程度相對來說也是比較高，我們大部分都是需要兩三個人在電腦邊做一些指令性的輸入，出現(xiàn)結(jié)果。這里面其實(shí)每一步都有一些參數(shù)設(shè)置，比如舉個例子，比如生成DSM，大家知道數(shù)字表面模型每一個點(diǎn)的高度都會記錄下來。我從這么多點(diǎn)里面怎么去抽析建筑的輪廓，這里面有些參數(shù)數(shù)字。比如說建筑物高于30公分或者50公分，這種單體我們提取出來，這些參數(shù)的設(shè)置不同，我們的運(yùn)算時間也會不同。包括TDM做到什么樣的精細(xì)程度，我們航飛到5公分、10公分還是20公分的，所有不同的數(shù)據(jù)源我們都做了不同的測試和一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方面的積累。

　　我們這一套軟件的生產(chǎn)效率大概是怎么樣的?我們做了一下測試，我們沒有做非常大的幾百平方公里的測試，我們現(xiàn)在就是預(yù)算了一下，大概是20臺PC服務(wù)器，5個人，我們每個人的人均生產(chǎn)量大概是20-50平方公里。為什么有這么大的跨度?20-50平方公里呢?其實(shí)這個地方是我們根據(jù)服務(wù)器的運(yùn)算節(jié)點(diǎn)去算的。比如說有50臺機(jī)器的話，服務(wù)器50個節(jié)點(diǎn)的話，我們?nèi)司蟾攀?0平方公里這樣的一個量。這是我們一個真實(shí)的測試，我們在烏魯木齊做了10平方公里的數(shù)據(jù)，也不是我們航飛的，是山西煤航飛的，用USP飛的，我們輸入了影像，4天5臺普通PC，我們當(dāng)時大概有3個人，最后出來的成果大概是10平方公里三維，10平方公里的TDOM、DEM以及3千棟建筑，這是我們做過的10平方公里測試。

　　剛才說到我們生產(chǎn)周期短，高效。第二個優(yōu)點(diǎn)主要是建筑的精度高，它的誤差范圍在0.2到0.3，當(dāng)然這個主要是跟航飛數(shù)據(jù)源的精度也有一定的關(guān)系。我們的數(shù)據(jù)源到底是10公分、5公分還是20公分有一定的關(guān)系。我說的這個主要是基于10公分的航片生成的三維模型，我們是做過真實(shí)的對比。我們在烏海，大概是20層樓高度的建筑，最大的誤差，樓高的精度不超過30公分，這個就很大程度的滿足了三維數(shù)據(jù)在算法當(dāng)中的應(yīng)用。

　　我們這套產(chǎn)品主要是產(chǎn)品多，可以全自動的生產(chǎn)DSM、DEM、DOM和TDOM，最終還有三維的模型，這是我們生產(chǎn)的過程產(chǎn)品。所謂的過程產(chǎn)品是這樣的，就是我們直接自動生成出來的話肯定會有些缺陷，如果要達(dá)到這種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的4D產(chǎn)品，我們需要對自動的過程產(chǎn)品進(jìn)行一些自檢。我們大概看了一下，是傳統(tǒng)工作量10%-20%。經(jīng)過自檢和修改，完全可以滿足我們測繪實(shí)際產(chǎn)品的要求。

　　這個也是產(chǎn)品比較關(guān)鍵的優(yōu)勢，這種方式比手工建模的方式降低了成本，這是根據(jù)不同的要求。我們?yōu)槭裁凑f降低了60%呢?我們是按人均月生產(chǎn)的工作量去核算的。它主要是快，成本相對來說比較低。現(xiàn)在很多城市都在做三維數(shù)據(jù)，動輒就是三五萬，甚至八萬，要求更高的可能十萬以上都有可能，我們這個主要是降低成本。這是整個城市的模型，相當(dāng)于我們從空中拍攝，整個紋理跟現(xiàn)實(shí)的情況基本上差不多。它的影像和我們借助的一致性會得到非常好的融合?？赡艽蠹抑?，像素工廠也做三維，它整個三維場景不是單個的模型，我們這個生成的三維模型，每一棟樓都是一個單體，這樣方便我們整個數(shù)據(jù)的管理。

　　剛才講的是我們整套產(chǎn)品，基于航空影像的三維建模。下面看一下我們到目前為止一些成功實(shí)施的或者測試的一些城市案例。這里面有無人機(jī)、大飛機(jī)的，也有傾斜攝影的，給大家看一下。這個是烏魯木齊當(dāng)時做的10平方公里的三維數(shù)據(jù)，大概是三個人用了4天，5臺PC做出來的效果。中間這一塊是我們在里面集成了一塊手工建模，其他的所有的建筑全都是基于全自動建模的效果。這是我們基于傾斜攝影的，我們當(dāng)時引進(jìn)傾斜攝影，在常州飛了一塊幾十平方公里的數(shù)據(jù)，基于這個數(shù)據(jù)，我們同時像素工廠也做了三維的模型，我們用我們的軟件也做了一些三維模型，這是基于傾斜影像的三維模型。大家可以看一下我們的紋理相對來說比我們看的基于常規(guī)航攝的影像要清晰一些。地面分辨率也是10公分，當(dāng)時我們做的烏魯木齊的也是10公分。這是烏海的，剛才說到，我們是做的最全的，把所有的產(chǎn)品都做上了。烏海也是10公分的影像，這是烏魯木齊蒙自的，因?yàn)楫?dāng)時的影像我們沒有對它進(jìn)行整體的映射，客戶提供的樣品周期比較短，應(yīng)該說第二天要看結(jié)果，我們當(dāng)時就自動生成了一下。這是北京順義區(qū)的，客戶提供了GLG和原始影像，我們提取了建筑的高度和頂面的輪廓，這個大概是200平方公里，花了一個星期的時間，這個數(shù)據(jù)比較好一些，它同時也是比較矮一些的建筑。這是貴州遵義市的三維模型，可以看一下，我們這個全自動建模和航空攝影原始影像的質(zhì)量還是有很大的關(guān)系。比如這個影像整個整體泛白，剛才看到的烏魯木齊的用UC SP相機(jī)拍的影像相對來說那個要清晰得多，后面還有就是大連的數(shù)據(jù)，看起來就會更清晰一些，這個紋理相當(dāng)于整個跟影像的紋理，影像的色彩融合度還是比較高的，但是這個影象質(zhì)量好的話，整個效果會好很多。這是大連的20公分的原始數(shù)據(jù)，看一下這個效果，這是高純潔度的，80%-60%，這是大連常規(guī)航攝的影像。這是基于無人機(jī)的航攝，這個效果比大飛機(jī)的效果確實(shí)要差很多，它的紋理的清晰程度要小一些，像素也要小一些。

　　三維自動建模的應(yīng)用我們也是剛剛做了一些城市的測試和應(yīng)用，它的應(yīng)用是比較廣泛的，像一些電力、水利，對這種模型的要求應(yīng)該說是滿足這種應(yīng)用的要求。這是我們所有做的一些案例的介紹，后面還有一個視頻，大家可以大概看一下我們整個建筑的模型效果，我的報告大概就是這些內(nèi)容，謝謝大家!

　　(以上內(nèi)容根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核)