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新型倾斜航空摄影技术和3ds Max插件开发技术在城市建模中的应用研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 建筑物三维数据的获取技术

1.2.2 已有商业平台

1.2.3 目前建筑物三维模型构建中存在的问题

1.3 研究意义

1.4 研究目标与内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.5 论文结构

2 建筑物多片立体量测建模思想

2.1 量测原理

2.2 遮挡情况下的量测

2.3 建筑物的量测建模策略

2.3.1 建筑的分类依据

2.3.2 建筑量测建模流程

3 简单结构建筑物量测建模

3.1 平屋顶建筑

3.1.1 建模流程

3.1.2 算法原理

3.2 坡屋顶建筑

3.2.1 建模流程

3.2.2 坡屋顶构建算法原理

3.3 圆柱形建筑

3.3.1 建模流程

3.3.2 模型构建算法原理

4 复杂建筑物量测建模

4.1 复杂结构建筑构建算法现状

4.2 基于可见性的填充剖分构网建模算法

4.2.1 算法原理

4.2.2 算法流程

4.3 算法评估

5 基于倾斜影像的建筑物纹理的自动获取及映射

5.1 最佳纹理数据源的选择

5.1.1 基于定位的筛选

5.1.2 基于角度筛选

5.1.3 基于面积优选

5.2 纹理信息的提取

5.2.1 纹理的裁切范围

5.2.2 纹理尺寸的调整

5.2.3 纹理的裁切

5.3 纹理自动映射

5.3.1 纹理映射原理

5.3.2 纹理坐标分配

6 实验和分析

6.1 平台的构建

6.1.1 立体量测建模模块

6.1.2 纹理修改模块

6.2 德国测区三维重建实验

6.2.1 简单建筑物三维重建实验

6.2.2 复杂建筑物三维重建实验

6.2.3 街区建模

6.3 阳江测区三维重建实验

6.3.1 建筑物量测建模实验

6.3.2 街区建模实验

6.4 烟台测区三维重建实验

6.4.1 建筑物量测建模实验

6.4.2 街区建模实验

6.5 实验分析

7 结论

7.1 研究工作的总结

7.2 主要贡献与创新

7.3 工作与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

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摘要

目前,数字城市建模主要有三种方式:利用三维建模软件人工建模、利用激光点云建模、利用航空立体像对建模。利用三维建模软件,如3dsMax、AutoCAD、SketchUp,进行建模属于传统方式,虽然能在模型精细度上有很好控制,但无法满足城市大范围快速建模的需要。激光点云建模虽然自动化程度高,但会遇到点云数据处理复杂和纹理信息缺失等难点问题。航空影像在成本、覆盖度、自动化程度上优势明显,可以通过像对匹配点云或提取线要素等方式对建筑物进行三维重建,所以目前使用最普遍的是利用航空立体像对构建数字城市。但在纹理重建方面,由于航空影像只有下视,经常出现遮挡、拍摄死角现象,导致建筑物侧面纹理信息缺失,影响重建速度和质量。现有的利用航空立体像对进行建模的软件产品中,大多数只能构建简单建筑物,对模型的编辑修改支持也较弱,实用性受到限制。基于以上这些局限性,本文提出基于倾斜摄影技术与3dsMax插件开发技术的建筑物三维重建方法。
  为了便于对基于倾斜摄影技术与3dsMax插件开发技术的建筑物三维重建的方法和理论进行探讨,本文还研发了相应的量测建模平台,通过此平台验证该建模新方法的可行性和实用性。
  本文的研究内容主要集中在四个方面:多片立体量测方式和建模策略的研究;简单结构建筑物量测建模流程和算法的研究;复杂结构建筑物量测建模流程和算法的研究;建筑物纹理信息的自动获取和映射的研究。
  (1)多片立体量测建模策略的研究
  考虑到建筑物结构的多样性,本文结合立体量测的特点,设计了总体的量测流程,并将建筑物按照屋顶类型进行了分类,以便针对特定类型进行具体修改和实现。
  (2)简单结构建筑物量测建模流程和算法的研究
  结合3dsMax自身强大建模功能,对不同类型建筑的特点,设计相应的量测建模流程及算法,如针对坡屋顶结构建筑,设计并实现了基于向量间夹角和最近距离的判别算法和基于可见性的向量夹角与最近距离判别算法,实现对单屋脊和多屋脊房屋建模。
  (3)复杂结构建筑物量测建模流程和算法的研究
  本文将无法用简单建筑建模算法建模的所有类型建筑归类为复杂结构建筑,这类建筑主要体现在特征线明显但无规律可寻,为此,基于嵌入式构网的思想和3dsMax自身接口的特性,本文提出基于可见性的填充剖分构网建模算法,并通过实验对算法的实用性和稳定性进行了评估。
  (4)建筑物纹理信息的自动获取和映射的研究
  本文通过纹理定位、角度判别,从倾斜影像中筛选出所需的备选影像,并根据前人的思想提出的改进纹理优选算法,实现最佳纹理数据源的选择;通过最小面积矩形的求解,实现纹理信息的最小面积提取;根据纹理映射原理和纹理坐标分配原理,实现纹理的正确映射。

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