在5月16日的大會“云計算與智慧城市”分論壇上，Astrium-Geo(北京視寶)街景工廠資深工程師扈光發(fā)表了題為《獨(dú)一無二的傾斜攝影測量解決方案》的演講。
Astrium-Geo(北京視寶)街景工廠資深工程師扈光
以下為演講內(nèi)容：
扈光：非常感謝大家聽我這個演講，我演講兩個目的。第一個目的，昨天我們公司法國專家已經(jīng)為大家簡單的介紹一下我們北京視寶，生產(chǎn)出全新的三維模型表達(dá)方法。我們更好的展現(xiàn)出模型的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)模式，流程以及其中的一些生產(chǎn)工藝。對于我個人而言更重要一點(diǎn)，在座有很多在業(yè)內(nèi)非常有經(jīng)驗的專家和領(lǐng)導(dǎo)。大家對我們數(shù)據(jù)有一些什么更好的想法，怎么樣把數(shù)據(jù)發(fā)揮更大價值出來，希望大家給我們一些建議也好，更好的一些幫助也好，我們非常感謝。
這個是我本身演講最主要的兩個目的。
我們?yōu)槭裁赐瞥鯯treetfactory這個產(chǎn)品，更重要我們基于這幾個方法。
第一個是否可以跟傾斜影像直接生產(chǎn)出三維模型。我們做航測的時候發(fā)現(xiàn)航測影像帶一些角度可以看到更多的信息。
第二個怎么樣由傾斜影像得到的三維模型是否具備一個很好的精度。我們希望得到真實(shí)的三維模型。
第三是否可以在我們航飛獲取數(shù)據(jù)很短時間內(nèi)生產(chǎn)出三維模型。我們想做一個精細(xì)三維模型，我們會花費(fèi)比較大的人力物力和時間成本，我們對時間有一定迫切需求，怎么滿足我們時間要求。
最后一個我們不希望三維模型僅僅停留在看上面，我們希望它能夠使用。國內(nèi)很多建立三維的項目，滿足最多的需求很可能在看上面。除了看以外我希望把三維模型和平面的數(shù)據(jù)也好，圖像質(zhì)量也好，它的區(qū)別能夠把它優(yōu)勢發(fā)揮出來，這是我們設(shè)計Streetfactory的最本初的想法。這些想法我們沒有完全的實(shí)現(xiàn)它，我們離最后一點(diǎn)我們想當(dāng)初達(dá)到的目的還有一定距離，我希望大家給我們一些經(jīng)驗和建議。
大家可以看到這張圖，這張圖可以看到，這個圖片是我們?nèi)S模型的截圖，分成了三個部分。最左邊是不規(guī)則三角網(wǎng)，意味著我們?nèi)S模型由非常密切的不規(guī)則三角網(wǎng)表達(dá)的三維世界。我們用三角網(wǎng)貼上去，使大家看到一些房屋構(gòu)造，地表情況。通過這個我們能看到我們做出來的三維產(chǎn)品的一些特點(diǎn)。
第一個它是三維場景式的模型。所以它不是一個個的單體模型。大家經(jīng)常做三維可能想到一些疑問，和我們現(xiàn)在用的三維模型已經(jīng)不一樣了。原來我們做三維模型一個樓一個樓建起來以后，我們很快把這個樓名稱屬性復(fù)制進(jìn)去。
第二我們看到表達(dá)模型的三角網(wǎng)會非常的密集，這個密集不是說到處都是很密集的。會看到房屋，也就是說你的地形和它建筑也好，本身結(jié)構(gòu)表達(dá)的稍微復(fù)雜，我們用很多小三角網(wǎng)表達(dá)出樣子，平坦的路面我們?nèi)蔷W(wǎng)會更加稀疏。
我們產(chǎn)品的特點(diǎn)是什么?第一個我們要得到這樣的三維模型，我們需要把我們利用傾斜平臺獲取的影像，做一次非常嚴(yán)密的空三?；谶@些比較好的結(jié)果，我們可以構(gòu)建像對模型。同時我們提供自動化的三維生產(chǎn)流程。我們目前的模式下，大家將空三的必要的人工干預(yù)，這個不是大家進(jìn)行測點(diǎn)工作，只是人監(jiān)督它的好壞。我們建模過程采用全自動化的生產(chǎn)流程，修飾一些匹配錯誤的地方，三角網(wǎng)有地方稀一些，有些地方密一些，這些功能在我們內(nèi)測自動化流程里面體現(xiàn)出來。
最后我們輸出成果選用了OpenSceneGraph開源的數(shù)據(jù)格式表達(dá)我們?nèi)S模型，帶來好處是任何人根據(jù)自己需要定制開發(fā)基于我們這個數(shù)據(jù)的相關(guān)應(yīng)用。
同時我們利用我們以往在像素工廠的經(jīng)驗，加上流程管理系統(tǒng)，方便大家的需求。
[page] 我們這個支持GIS數(shù)據(jù)疊加應(yīng)用。
可以看到旁邊的金字塔結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為我們數(shù)據(jù)精度所有的基礎(chǔ)，由最底層，我們對截片子做的一些，由空三決定，這些決定我們最后的精度基礎(chǔ)。我們?nèi)S建模過程是全自動的，我們控制精度的地方應(yīng)該在我們空三的地方。
利用傾斜影像，得到的三維模型，和我們以前建的模型結(jié)構(gòu)上有點(diǎn)區(qū)別。因為我們用傾斜影像拍到的，傾斜影像最大好處可以拍到各個角度，我們建筑物比較復(fù)雜，假如我們承德避暑山莊宮殿式的結(jié)構(gòu)，你這些信息在照片有體現(xiàn)，我們通過我們匹配技術(shù)還原出來。右下角建筑上面是平臺下面有列立柱，傾斜影像拍到立柱可以構(gòu)建出這個三維的樣子。以及左下方鏤空的建筑，這些因為傾斜影像給我們帶來的信息告訴我們的。
所以我們的處理流程就是從航飛獲取到傾斜影像以后，我們對這些影像進(jìn)行三維空三處理，利用我們建立像對，聲稱三維模型，進(jìn)行紋理貼片。這個跟我們工廠生產(chǎn)得到的經(jīng)驗，減少人工帶來高度的自動化，我們可以加快生產(chǎn)速度?，F(xiàn)在尤其對于我們國內(nèi)來說，對于數(shù)據(jù)的需求量不僅僅是大的概念，而且是快的概念，我們越快生產(chǎn)出來，就會越好的滿足我們的需求，我們本著高度自動化的思路設(shè)計我們的產(chǎn)品。
目前我們在市面上看到以往做像機(jī)的平臺廠商，推出了很多他們的傾向平臺，微軟、萊卡公司、美國的Pictometry和來自歐洲的MIDAS傾斜相機(jī)平臺，這些相機(jī)遵循了傾斜影像的概念。一個下視鏡頭和四個傾斜鏡頭的設(shè)計，傾斜角度一般設(shè)計在30度到45度，這個一般好像各個廠家的傾斜角度可以在30到45角度范圍內(nèi)根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整。
從去年開始我們發(fā)現(xiàn)以色列的A3相機(jī)在國內(nèi)引起了大家關(guān)注，這個在飛行內(nèi)可以進(jìn)行快速測量的系統(tǒng)，最多到50度，到50度也滿足我們傾斜攝影角度的需求，我們A3相機(jī)進(jìn)行了合作，也能滿足我們需求，在飛行航拍設(shè)計上比其他相對復(fù)雜一些。
同時我們支持其他小型自有平臺數(shù)據(jù)。我們可以嘗試做快速三維出來，我們在福島核泄露，他們用一個無人飛機(jī)航拍，我們快速給它做了一個三維效果，效果是比較滿意的。
我們流程里面第一步就是一個三維空三的過程，我們在這個里面我們系統(tǒng)為整套數(shù)據(jù)生成非常密切的連接點(diǎn)，這個可以呈現(xiàn)出所有影像。同樣一個點(diǎn)在不同角度拍出來我們都會自動倒出它的相關(guān)聯(lián)關(guān)系，這是我們空三的基礎(chǔ)。我們連接點(diǎn)的匹配可以完全自動化，根據(jù)我們項目經(jīng)驗來看，我們建議最后的時候我們需要人工檢查一下自動算出來的精度，需要修改的地方加入一些人工干預(yù)的過程，這樣更好的保持一些精度。
在自動三維建模的過程，我們內(nèi)部分成這么幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行三維建模。
第一選擇立體像對，市場角度加上比較大的重疊。
根據(jù)所有像對，我們每個像對匹配非常密集的點(diǎn)云，這樣我們可以構(gòu)建出一個三維尺度上的點(diǎn)云，點(diǎn)云表達(dá)的方式跟我們常規(guī)看到的類似于LIDAR點(diǎn)云一樣，真實(shí)表現(xiàn)出我們真實(shí)世界的信息。利用這些點(diǎn)云我們可以構(gòu)建出三角網(wǎng)，隨后我們加入一些算法對三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，點(diǎn)云里面有影像相關(guān)不一致得到一些錯誤的點(diǎn)像信息，會得到一些錯誤的三角，我們針對一些錯誤的三角進(jìn)行修飾，最后我們完成模擬的生成。
所以我們這一套流程完由算法實(shí)現(xiàn)，中間不需要人工的干預(yù)，這樣可以滿足我們目前需要快速生成三維模型的需求。
大家可以看到這張圖，這張圖表現(xiàn)出來如何由一套點(diǎn)云得到一套三維模型。第一張由我們所有像對做出的點(diǎn)云，這些點(diǎn)云構(gòu)成TIN，廣場里面點(diǎn)的密度和樓一模一樣，我們加入一些特殊算法，使它控制這些TIN的密度，得到優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)模型，最后完成紋理。我們選取樓面的過程，我們點(diǎn)云信息量非常大，你構(gòu)建TIN的時候剛開始表現(xiàn)的非常粗糙，我們一步一步的進(jìn)行精修，去掉一些不必要的噪聲，然后得到我們認(rèn)為滿意的三維模型。
這是因為傾斜影像的一些特性，我們能夠看到它在各個場景內(nèi)，各個方面看我們得到一樣的視覺效果，這些影像是實(shí)際航拍拍到的，這種三維模型給人的真實(shí)感受特別強(qiáng)。
大家能看到這是一個場景的TIN的模型，我們這樣看會覺得稍微有一點(diǎn)點(diǎn)凌亂，我們航拍影像得到，附上最真實(shí)的紋理以后給大家感觀不一樣的。對于各種復(fù)雜的建筑我們表達(dá)特別精細(xì)，我們把紋理附上去給大家?guī)碚鎸?shí)感非常的強(qiáng)烈。這一部分由我們國內(nèi)做的測試，這個由河北省地理信息局他們做的一部分實(shí)驗數(shù)據(jù)得到的一些結(jié)果?？梢钥吹礁鱾€角度來看，它的三維模型非常的漂亮。近距離看到這個工廠，我們仔細(xì)看工廠里面的管道我們都可以在三維模型里面表現(xiàn)非常清楚。
煙囪上有一些霧蒙蒙的實(shí)際上這個工廠正在工作。工廠的各類設(shè)施，煙囪、管道我們可以在模型上獲取它的相關(guān)信息。而對于一些我們正在建的樓房表達(dá)的細(xì)節(jié)也非常好。所以剛剛講到我們?nèi)S模型是一個自動算的流程，這個流程不可避免多多少少出現(xiàn)一些錯誤，對于錯誤的修改方式，我們可以編輯進(jìn)行一些修改，由于點(diǎn)云匹配的信息量過多，我們可以把三維軟件做一個修齊，最后得到更好三維模型的構(gòu)造。
這是一個編輯前后的效果，但是實(shí)際上目前我們和我們相關(guān)工作人員，和研發(fā)人員正在探討另外一種思路。我們始終覺得在樓房編輯上，靠最后編輯TNM帶來很大的工作量，我們點(diǎn)云進(jìn)行優(yōu)化，在點(diǎn)云把我們精度提高，這樣得到更好的效果。
很多人很關(guān)注我們這個模型得到的精度效果，我們聯(lián)合日本的PASCO公司，做了模型精度檢查，我們采用是用萊卡的RCD30傾斜影像平臺，對這個數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗，這個在0.1米左右，我們選取了三種類型，第一個高層建筑，代表它是比較高的高層，我們從這個點(diǎn)上X在0.1，Y在0.11，XY0.178，Z0.12。同樣我們看到這些信息，你看到這些精度有一點(diǎn)下降，就是由于一部分房子和周邊房子挨的特別近，影像獲取的地方質(zhì)量差一些，匹配點(diǎn)云差一些，精度顯得稍微弱一些。
最后在平地上的精度，我們選取馬路上的點(diǎn)進(jìn)行檢測，精度比剛剛看到的還要更高。最后我想和大家探討一下數(shù)據(jù)的應(yīng)用問題，我們數(shù)據(jù)本身我們采用的開元的模式，由于現(xiàn)在目前支持(英文)的平臺并不是多，我們可以把我們平臺倒成3DS、OBJ，DAE的格式。最佳的應(yīng)用效果應(yīng)該和二為數(shù)據(jù)疊加使用，我們通過視覺上查找三維影像模型，然后觸發(fā)后臺二維影像信息完成我們的定位工作。
當(dāng)我們客戶如果有需求需要將模型從場景中裁出，我們可以通過系統(tǒng)將我們模型裁出來。我們不希望模型從我們場景一個一個都裁出來，一些重點(diǎn)關(guān)照的地方可以采取這種方式。
所以我們數(shù)據(jù)和二維GIS結(jié)合上以后，會產(chǎn)生更大的應(yīng)用價值。同時我們數(shù)據(jù)在精度上，大家看到精度非常高。在我們一些需求上完全滿足實(shí)際測量的需求。所以我們這個數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用上來說，我們給大家展現(xiàn)的是最真實(shí)的模型，很好的測量精度，跟二維GIS連接起來產(chǎn)生一些應(yīng)用，大家看到我們數(shù)據(jù)有什么地方哪些領(lǐng)域產(chǎn)生更大價值請大家告訴我。我們在這里我們自己的想象，因為我們數(shù)據(jù)在任何一個地方都具備一致性的三維精度，不僅僅在樓上。
所以一些應(yīng)用領(lǐng)域上我們可以擴(kuò)展非常多的領(lǐng)域。目前我們跟國內(nèi)一些三維技術(shù)廠商做了一些合作，論證了一下在各個平臺上對我們數(shù)據(jù)相關(guān)銜接使用的一些方案。目前我們看到主流的GIS廠商都能夠支持我們數(shù)據(jù)。我們推出這一套Streetfactory方案，我們架構(gòu)采用服務(wù)器并行計算的架構(gòu)，最大化發(fā)揮生產(chǎn)的效率。采用我們推薦八個服務(wù)器并行計算架構(gòu)，按我們之前大量的論證，達(dá)到一平方公里三個小時的計算速度。同時達(dá)到更快速度我們可以增加硬件滿足更高的處理需求。
在這里向大家介紹一下，我們現(xiàn)在正在做的工作，我們今年下半年推出新一代的版本，具有更加人性化的操作界面，處理性能得到進(jìn)一步的提升。我們也會推出我們內(nèi)嵌的方式，幫助大家修補(bǔ)完善我們的固網(wǎng)模型。我們下半年提出我們基于點(diǎn)云模型的優(yōu)化方案。這里大家看到我們專注于模型生產(chǎn)的解決方案，所以我這里沒有提到關(guān)于應(yīng)用任何想法，希望大家這里面幫助我們找到一些更好的應(yīng)用的方法。感謝大家!
(感謝扈光對演講速記內(nèi)容中涉及英文產(chǎn)品名稱部分的校對)
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