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人物建模与倾斜摄影技术的有机融合

2020-06-20 184 上传者：管理员

摘要：随着倾斜摄影建模技术的日渐成熟，市场应用面的不断扩大，其在传统仿真模型的真实化改革中起到了重要作用。文章主要介绍利用倾斜摄影建模技术对人物进行实景三维建模，以解决市面上现存的传统仿真工程建模软件（如3dsMax）构建出的任务模型失真的问题；通过前期纹理数据采集、ContextCapture空三重建及后期模型修复来阐述成品输出过程以及利用实景模型作为单体要素进行虚拟现实（AR）应用的表达。

关键词：
AR应用
人物建模
传统仿真工程建模软件
倾斜摄影
测绘学
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1、概述

随着倾斜摄影三维建模技术的飞速发展及广泛应用，传统的人像二维化表达已无法满足对人物虚拟展示的需求，并且传统的三维仿真人物模型无法满足人物本体的结构、纹理特征要求，所以急需一套能解决上述结构错乱、纹理失真问题的方案。为适应表达、展示的需要，以及人物的单体化建模应用及VR/AR嵌入应用。本文主要介绍利用倾斜摄影建模技术使用ContextCapture对现实人物本体进行实景建模及使用国产软件模方进行模型修饰。

2、倾斜摄影技术简介

2.1倾斜摄影技术的发展

在国外，倾斜摄影技术通过近二十年的发展，无论是在硬件设备上还是在预处理及后处理软件上都取得了巨大的技术和应用成果。如德国的Penta-DigiCam系统、以色列的A3系统等硬件装备以及法国的Smart3DCapture、微软的Ultramap后处理软件都是推动倾斜摄影技术发展的功臣。近年来，随着国内顶尖高校的科技转化，国产化的倾斜摄影装备不断推陈出新，如红鹏及睿铂的五镜头、大势智慧的两镜头航测设备，软件上具有代表性的如武汉大势智慧科技有限公司的重建大师以及模方两款完全国产化的处理软件，都为国内倾斜摄影技术的发展及应用起到了推动作用。

2.2倾斜摄影技术的特点

倾斜摄影技术具有以下特点：（1）高分辨率。利用千万级像素的高质量单反相机，可获取厘米级高分辨率的垂直和倾斜影像。（2）获取丰富的物体纹理信息。从多个不同的角度采集影像，能够获取地物侧面更加真实丰富的纹理信息，弥补了正射影像只能获取物体顶面纹理的不足[1]。（3）高效自动化的三维模型生产。通过垂直与倾斜影像的全自动联合空三加密，无需人工干预，即可全自动化纹理映射，并构建三维模型[2]。（4）逼真的三维空间场景。通过影像构建的真实三维场景，不仅拥有准确地物地理位置坐标信息，并且可精细的表达地物的细节特征。

3、人物高精度建模解决方案实例

3.1使用设备

佳能EOSM3单反相机、专业摄影三脚架、室内摄影棚及旋转转盘。

3.2实景三维建模步骤

3.2.1前期纹理数据采集

(1）灯光调试：将室内摄影灯打开，调至白炽灯漫散光线，可让被摄人物各处均匀受光，不会造成局部反光及光亮差较大等影响模型效果的问题。（2）相机调参：首先将相机调至M档（手动调参模式）、关闭闪光灯、无曝光补偿、单点自动对焦、局部测光、图像纵横比为3:2；然后视相机与人物距离定焦距18cm、快门速度1/80s、光圈4.5（大光圈为使拍摄主体突出背景虚化）、感光度250（因本款相机为微距单反高感光度会使照片噪点较大）。（3）转盘及人物位置：首先将圆形转盘每隔10度做标记，人物立于转盘中央，每旋转10度相机拍摄一次，保证照片间重叠率不低于70%，且分四层拍摄，上下层重叠不低于60%，精细部位还需另外加密采集，本次共采集照片129张。

3.2.2ContextCapture建模流程

(1）新建工程：首先打开ContextCaptureCenterEngine启动后台引擎调用，然后再启动ContextCaptureMaster进入主界面，点击新建工程，以英文字母命名工程，并选择创建路径。（2）导入照片：在软件界面中的“影像”中按整个文件夹导入照片并进行照片检查，待检查通过后方可进行下一步操作。（3）空三加密：照片导入成功后，回主界面“概要”中点击标签进行空中三角测量，此时软件会用对图片进行大量特征点的计算提取，对获取的特征点再采用多视角匹配同名点，然后反向解算出每张图片的空间位置还有图片的姿态角度，从而确定图片间的关系。空三加密并不是每次都可以正确解算出来，这涉及照片的重叠度、角度等问题，空三加密完成后必须查看软件解算出来的空三加密点是否有漂移、漂移的区域是边缘还是中心、整个空三加密点的相对位置是否正确等。多个角度的不同高度的照片融合在一起进行实景三维模型建设时，空三加密就有可能不能把所有的照片计算出来，或者是计算出来空三加密点漂移等情况[3];(4）成果输出：空三后查看点云无误，进行项目重建，点击“提交新的生产项目”“生产三维网格”选择OBJ格式，因为OBJ格式可用于通用编辑，后生成OSGB格式用于后期模型修复。

图1点云及照片相对位置图

3.3实景三维模型修复

3.3.1实景三维模型结构修整

在生成的模型中可以发现，除主体模型结构外还有其他的悬浮物存在，以及模型局部表面有破洞、凸起或下凹等结构缺陷问题，此时可将模型的OBJ及OSGB数据在模方中打开，运用模方中的一键去除悬浮物、删减、补洞、一键置平等改变或修复模型结构问题的功能；在结构修正完毕后，更新模型。

3.3.2实景三维模型纹理修整

由于生产模型过程中存在纹理映射紊乱问题，所以模型外观上有色彩与实际不符，在模方中，调用“空三映射”利用原照片进行纹理修复或使用模方联动Photoshop进行选定表面的纹理修复。

图2原始模型效果图

图3经修复的模型效果图

4、实景三维人物模型的VR/AR嵌入应用

目前3D模型可以借助国外的Unity3D、Unreal，国内的iCreator等工具进行嵌入开发，可以实时把三维数据通过压缩技术在低延迟的网络情况下传输给手机终端和VR一体机，包括实景三维模型的上传，这为实景三维模型的应用推动起到了重要作用，实景三维场景作为一种拥有100%真实度的虚拟计算机场景在VR人机交互体验上具有得天独厚的优势；尤其在实景人物模型的VR应用上，作为真实的虚拟单体要素嵌入，能够取得常规手法所不能比拟的效果。

5、结束语

随着倾斜摄影建模技术的持续普及，必将带来产品行业的便捷化、智能化，同时5G通讯、人工智能等高新尖端技术的快速发展，解决掉三维数据发展的传输、体量限制，实景三维人物模型的推广应用会更加迅速、更加便捷，应用面也会更加广泛，随之带来的市场效应也是巨大的。

参考文献:

[1]胡智峰.基于倾斜摄影测量技术的资源调查技术研究[J].科技创新导报,2018,433(01):86-87.

[2]昌燕,李小亮.航空倾斜摄影测量技术及应用探讨[J].科技资讯,2017(24):64-65.

[3]戴竹红,李柳兴,邹发东.基于SMART3D的实景三维建模与应用[J].广西城镇建设,2015(4):113-115.

廖纯余,杨梦梦,王娟.基于倾斜摄影技术的人物建模研究及其应用[J].科技创新与应用,2020(19):32-33.

基金:2018年安徽省教育厅质量工程教学研究项目(编号:2018jyxm1388)阶段性成果;2018年安徽省质量工程大学生创新训练项目(编号:201810959052)最终成果.