無人機傾斜與BIM三維建模及數據融合探討

發布日期：2023-11-16 18:28 瀏覽量：10755

　　無人機傾斜攝影三維模型與BIM三維模型特點的基礎上，實現對兩類模型的創建與融合，并分析融合后的相關應用，以期為城市規劃、建筑設計等領域的三維建模提供寶貴的應用借鑒。

　　1.1 傾斜攝影三維建模關鍵技術

　　無人機傾斜攝影測量技術是利用在無人機上搭載多鏡頭的傾斜相機，全方位地采集目標地物的影像，以獲得地物表面豐富的紋理信息。其中，利用鏡頭垂直拍攝得到的像片稱為垂直影像，與地面成不同角度拍攝得到的像片為傾斜影像，從而可收集到各個角度的紋理信息。利用全方位的傾斜影像數據，經數據預處理、誤差校正、平差解算、生成高密的三維點云數據、自動構建三角格網(TIN)，最終建立逼真傾斜攝影三維模型，常用的建模軟件為BentleyContextCapture(由美國Bentley公司開發的應用于工業設計的軟件)。而基于無人機傾斜攝影測量構建實景三維模型的關鍵技術包括影像數據預處理、誤差糾正、勻光勻色、區域網聯合平差、多視影像匹配、紋理映射等。

　　1.2 BIM三維建模關鍵技術

　　BIM技術受到了各個行業的密切關注，特別是建筑設計行業，對BIM三維建模技術的研究已成為其行業的熱點。BIM技術構建建筑三維模型的關鍵技術包括信息交換標準、三維數字技術、數據存儲及訪問技術、信息集成平臺等。

　　首先，信息交換標準方面。BIM主要依托模型貫穿于整個項目從設計、施工和運營等各個階段。事實上，BIM模型的應用更準確地說是信息的不斷傳遞、集成與更新。因此，實現信息的有效交換成為了BIM技術應用不可忽視的過程，特別是三維設計階段的模型信息，是項目整個后期運作的關鍵。所以，信息轉換標準成為了BIM三維模型設計的一項關鍵內容。

　　其次，三維數字技術方面。三維數字技術是BIM建模技術的基礎支撐，也叫數字建筑，涵蓋了建筑物所有的幾何、紋理、性能等各方面的信息，并進行有效集成。工程技術人員可從BIM模型中獲得材料、光源、視角等信息，并可通過調整BIM模型的設計對3D建筑場景進行改變，從而提高了工作效率。

　　再次，數據存儲及訪問技術方面。BIM數據基于項目實施階段的不同可分為設計、施工和運營等階段的數據。根據存儲格式的不同，可劃分為結構化數據與非結構化數據，BIM模型還可分為IFC標準模型和專業軟件模型。對于數據存儲，可從以下3個方面來實施BIM數據的有效存儲，即搭建可靠的數據存儲平臺、構建高效的訪問機制、建立數據分類和組織機制。

　　最后，信息集成平臺方面。該平臺是BIM三維建模不可或缺獲取的組成部分。由于其模型的信息資源貫穿于項目的全生命周期，從而產生不斷的信息更新，為了有效地管理與維護這些更新的數據或信息流，需要依靠信息集成平臺來實現，它既能綜合了各類模型數據的信息，還將項目不同階段間的信息進行有效集成，乃至對不同建筑實體間的邏輯關系進行集成。

　　1.3 兩類模型融合的關鍵技術

　　1.3.1模型融合的平臺選擇

　　首先，三維建模軟件ContextCapture可兼容多種數據格式，可將模型分別以OpenSceneGraphBi-nary文件(.osgd)、LotreeexportLo、3mx等格式進行導出。其中，.osgd主要是以二進制存儲并自帶嵌入式鏈接紋理數據，.osgd文件主要是將三維模型數據歸并為一系列連續的對象來進行數據管理。它與軟ContextCapture特殊的.s3c格式相同，都是以文件形式進行存儲與管理，并以瓦片的形式來進行操作，缺點是三維模型數據量比較大。在建模過程中，軟件能將目標區域劃分成幾個小區，小區再細分為瓦片數，瓦片之下為其他層級的金字塔數據。

　　其次，應用Revit軟件創建的BIM模型，通常以rvt或fbx等格式存儲。fbx以二進制形式存儲，是封閉的且能在不同平臺上實現三維數據交換的數據格式，以場景的形式保存著數據集合。fbx格式的修改與轉換通常由Autodes公司提供的基于C++或Python的SDK完成，它以多叉樹的結構來儲存三維模型及模型構件信息。

　　本研究主要嘗試利用skyline軟件來完成對這兩類建模技術所生成的三維模型進行融合。Sky-line軟件平臺擁有傾斜三維模型和BIM模型的數據導入接口，即skyline能兼容這兩種數據格式，并能以3DM(3Dmeshlayer)格式進行統一存儲。3DML是skyline軟件提供給用戶的一種三維模型數據服務標準，能使skyline將各類三維數據模型統一起來，建立成三維空間數據庫，以便于在互聯網上進行發布與數據共享，從而實現三維數據的大眾化應用。此外，模型融合后，BIM模型的屬性信息仍然保留，在skyline軟件中實現建筑物屬性掛載，便于后期各部門的管理。