三维地图建模调研报告

三维电子地图，或3D电子地图，就是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界或其中一部分的一个或多个方面的三维、抽象的描述。网络三维电子地图不仅通过直观的地理实景模拟表现方式，为用户提供地图查询、出行导航等地图检索功能，同时集成生活资讯、电子政务、电子商务、虚拟社区、出行导航等一系列服务。网络三维电子地图在给人们带来方便的同时，也给国家安全、社会稳定和人们隐私等带来威胁。

0x00三维地图的作用

三维地图作为一种记录环境信息的载体，还能作为地图查询、车辆导航等地图检索功能，具有实时、直观、可视化的优点。目前拿我们的项目来说，园区智能物流车、管道无人机巡检系统、园区巡检无人车都能利用上三维地图的这些优点。在东阳光乳源电化厂单总的交谈中得出了利用各种各样的无人车、无人机、智能设备完成电化厂的日常巡检、安防、排障、运输等功能的结论，除此之外单总还描绘了一个完全远程操控、实时操控、无人监管的宏伟蓝图。当然后者应该是一个长期的目标，我们要解决的是怎么完成前者的任务：利用大疆RTK行业无人机构建的三维地图

0x01技术原理

地图是根据一定的数学法则，将自然地理的自然现象和社会现象通过概括和取舍用符号缩绘在平面上的图形。电子地图则是以地图数据库为基础，在适当尺寸的屏幕上按照一定比例显示的地图。而三维电子地图就是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界或其中一部分的一个或多个方面的三维、抽象的描述(或综合)，其形象性、功能性远强于二维电子地图。结合发展迅速的网络通信技术和丰富的计算机网络资源，三维电子地图和通信网络技术相结合，就形成了简单易用的网络三维电子地图。网络三维电子地图通常运用网络拓扑技术、数据库管理系统对物体实体的坐标进行数学建模，并且基于GIS系统处理、WEB技术、计算机图形学、三维仿真技术和虚拟现实技术所实现。

必备以下五大模块知识：

如何配置航测设备，如何判断设备优劣？
如何操作设备？
如何执行一项完整的航飞项目?
如何处理飞行数据，进行倾斜建模?
如何对模型进行精细化修饰？

还需要学会以下六大软件操作：

DJi + Altizure
Pix4D Mapper + Inpho
Context Capture + PhotoScan
Mirauge 3D
Terrasolid
ZR-modeler

三维实景地图模型

三维实景其实我们每天都在接触，那就是我们所见所得。三维实景英文称为3D IVR，它是一种运用数码相机对现有场景进行多角度环视拍摄然后进行后期缝合并加载播放程序来完成的一种三维虚拟展示技术。三维实景在浏览中可以由观赏者对图像进行放大、缩小、移动、多角度观看等操作。经过深入的编程，可实现场景中的热点链接、多场景之间虚拟漫游、雷达方位导航等功能。三维实景技术广泛应用于诸多领域网络虚拟展示。

三维实景技术有哪些特点？

通过专业相机把现场场景完整、细致地拍摄记录下来，不留死角。再通过播放器将图片一切景致，多角度、全方位展示给访问者，一览无遗。
三维实景图像源自对真实场景的摄影捕捉，虽然通过实景制作出虚拟空间，但此虚拟空间完全源自于真实的场景，有别于电脑绘制出的虚拟空间，给访问者更加真实的视觉享受。
360度环视播放效果，让访问者置身于三维立体空间里，任意穿行、观赏，身临其境，享受虚拟世界带来的奇妙幻境。

空间三维实景（全景展示）优势：

播放终端没有特别要求，一般大众化电脑均能播放。
无需下载播放插件，省去访问者下载的麻烦，播放浏览无障碍。
网络推广没有特殊技术要求，方便加载推广。

应用方面：

通过官方网站参观企业的厂区、厂房、大型设备、全方位展示企业基础实力，在浏览中提升企业形象
将三维实景App安装到Ipad、Iphone等移动设备上。通过Ipad或Iphone等便携设备在展会或会谈时展示介绍企业重点厂房设备，使用先进的科技产品，在创新中增加企业美誉度。
将三维实景标注到Google地图，百度地图上。在地图上搜索企业位置，直接点击进入三维实景展示，方便查找企业方位，在细节中完善企业行业品牌.
构建三维实景地图配合信息化图标进行远程巡检、内容查看、生产效率调节等

无人机倾斜摄影

（csdn）

倾斜航空摄测量技术是测绘领域近年来发展迅猛的一项高新技术，它通过多角度的拍摄得到同一地物不同角度的倾斜影像，从而获取传统航空摄影测量不能获取的建筑物侧面纹理，目前在数字城市、智慧城市等的建设中应用广泛。在文物保护修复领域中，实景三维模型是最能真实反映文化遗产现状的表示方式，是文化遗产保护的重要数据基础。但由于文化遗产具有结构复杂等特殊性，要求获取构建的三维模型成果的分辨率、清晰度和材质颜色指标更高，增加了倾斜摄影数据获取难度。中维空间结合吴哥古迹保护项目，探索了如何使用无人机倾斜摄影测量技术实现高精细文化遗产实景三维模型的快速重构，为文物的保护、修复和研究提供基础数据的支撑。

无人机倾斜摄影的具体应用有很多，如三维实景建模、三维城市地图、土石量算、矿区勘察、村镇地籍量算、管道铁道、山林勘察，通过三维建模之后，可以实现标绘、测量、分析、模型优化、内容演示、三维全景展示、可视化管理平台等。今天的重点是倾斜摄影在测量方面的应用和原理。

1.无人机倾斜航空摄影

倾斜航空摄测量是国际测绘领域近年来倡导使用的一项高新技术，可同时从一个正摄、四个倾斜等 5 个不同的角度采集影像数据( 如图 1 所示) ，不但可获取正面影像信息，还可同时获取地物的多侧面影像信息，凭借其工期短、成本低和效率高等优势，在数字城市建设、应急指挥、国土安全、城市管理中得到了广泛的应用。

相对于传统垂直下视航空摄影影像，倾斜航空拍摄的影像由于拍摄时的角度是倾斜的，所以影像具有变化的比例，倾斜拍摄影像对应的地面区域形状像一个梯形，在区域梯形前端拍摄的影像像素比梯形后端的像素高。如图 2 所示，T 为区域内目标点; T’为区域目标点在影像

上对应的点; O 为摄影中心; h 为飞行高度; c 为相机参数; t 为倾斜影像倾角; α 为倾斜影像倾角半角; β 为区域目标点 T 与摄影中心的连线与竖直方向的夹角; PP 为倾斜摄影相机主光轴与地面的交点; PP’为倾斜影像的像主点。

因倾斜摄影存在高地物遮挡低地物的缺陷，传统大飞机航空摄影倾斜航空摄影飞行相对高度多为 300 m 以上，影像地面分辨率为 5—20 cm，无法满足文化遗产高精度、精细化的要求。为获取优于 5 cm 地面分辨率的全方位无漏洞的文化遗产影像数据，需要降低飞行高度，增大航向和旁向重叠度，采用无人机进行低空飞行拍摄。

和传统航空摄影的大飞机相比，无人机具有方便、快捷、成本低廉的独特优势。一般来说，无人机航摄通过无线设备来控制和操作不载人的飞行器，可通过航高的调节实现高空间大范围影像获取和低空间小区域精确航拍，还能够针对文化遗产数据获取的需求，对具体建筑物

进行 360°的立体环绕飞行，获取目标地物正射、倾斜航空影像，极大地增强了数据获取的科学性和时效性。

2.文物建筑三维建模（中维空间案例）

针对文化遗产大场景与重要建筑物的实景三维模型需要不同精细程度的模型的难题，文中对无人机倾斜摄影设计方案进行了优化( 如图 3 所示) ，采用带状倾斜航空摄影+环状倾斜航空摄影的技术方案，得到遗址区的航摄数据，最后融合两种影像数据生成遗产区的实景三维

模型数据。从而在保证大区域实景三维模型的效果基础上，确保了重要遗址建筑物实景三维模型的精细程度，下面将以王家花园王宫为例介绍基于无人机倾斜航空摄影的文化遗产三维建模工艺流程。

传统航空摄影只能从垂直角度拍摄地物，倾斜摄影则通过在同一平台搭载多台传感器，同时从垂直、侧视等不同的角度采集影像，有效弥补了传统航空摄影的局限。那么，无人机倾斜摄影系统可以定义为: 以无人机为飞行平台，以倾斜摄影相机为任务设备的航空影像获取系统。

无人机倾斜摄影技术通过超低空倾斜摄影，从一个垂直和四个特定角度倾斜方向获取高清立体影像数据，并多角度采集信息，配合控制点或影像POS信息，影像上每个点都会有三维坐标，基于影像数据可对任意点线面进行量测，获取厘米级的测量精度并自动生成三维地理信息模型，快速获取地理信息，对建筑物等地物高度直接量算;影像中包含丰富的真实环境信息，可对影像信息的数据深度挖掘，具有高效率、低成本、数据精确、操作灵活、侧面信息可用等优点，极大调节测绘内、外业的协同工作，解决了天气等外因造成的传统人工作业延误。

0x02软件

1.smart 3D

大疆无人机三维建模教程只要是无人机就可以（玩具除外）mavic mini也可以建模 ContextCaptureMaster/Smart3D软件入门教程