無人機(jī)傾斜與BIM三維建模及數(shù)據(jù)融合探討

　　無人機(jī)傾斜攝影三維模型與BIM三維模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩類模型的創(chuàng)建與融合，并分析融合后的相關(guān)應(yīng)用，以期為城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的三維建模提供寶貴的應(yīng)用借鑒。

　　1.1 傾斜攝影三維建模關(guān)鍵技術(shù)

　　無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是利用在無人機(jī)上搭載多鏡頭的傾斜相機(jī)，全方位地采集目標(biāo)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(gè)角度的紋理信息。利用全方位的傾斜影像數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、誤差校正、平差解算、生成高密的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)、自動(dòng)構(gòu)建三角格網(wǎng)(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(fā)的應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)的軟件)。而基于無人機(jī)傾斜攝影測量構(gòu)建實(shí)景三維模型的關(guān)鍵技術(shù)包括影像數(shù)據(jù)預(yù)處理、誤差糾正、勻光勻色、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、紋理映射等。

　　1.2 BIM三維建模關(guān)鍵技術(shù)

　　BIM技術(shù)受到了各個(gè)行業(yè)的密切關(guān)注，特別是建筑設(shè)計(jì)行業(yè)，對(duì)BIM三維建模技術(shù)的研究已成為其行業(yè)的熱點(diǎn)。BIM技術(shù)構(gòu)建建筑三維模型的關(guān)鍵技術(shù)包括信息交換標(biāo)準(zhǔn)、三維數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及訪問技術(shù)、信息集成平臺(tái)等。

　　首先，信息交換標(biāo)準(zhǔn)方面。BIM主要依托模型貫穿于整個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等各個(gè)階段。事實(shí)上，BIM模型的應(yīng)用更準(zhǔn)確地說是信息的不斷傳遞、集成與更新。因此，實(shí)現(xiàn)信息的有效交換成為了BIM技術(shù)應(yīng)用不可忽視的過程，特別是三維設(shè)計(jì)階段的模型信息，是項(xiàng)目整個(gè)后期運(yùn)作的關(guān)鍵。所以，信息轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)成為了BIM三維模型設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。

　　其次，三維數(shù)字技術(shù)方面。三維數(shù)字技術(shù)是BIM建模技術(shù)的基礎(chǔ)支撐，也叫數(shù)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(jìn)行有效集成。工程技術(shù)人員可從BIM模型中獲得材料、光源、視角等信息，并可通過調(diào)整BIM模型的設(shè)計(jì)對(duì)3D建筑場景進(jìn)行改變，從而提高了工作效率。

　　再次，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及訪問技術(shù)方面。BIM數(shù)據(jù)基于項(xiàng)目實(shí)施階段的不同可分為設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等階段的數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)格式的不同，可劃分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，BIM模型還可分為IFC標(biāo)準(zhǔn)模型和專業(yè)軟件模型。對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可從以下3個(gè)方面來實(shí)施BIM數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)，即搭建可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、構(gòu)建高效的訪問機(jī)制、建立數(shù)據(jù)分類和組織機(jī)制。

　　最后，信息集成平臺(tái)方面。該平臺(tái)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(xiàng)目的全生命周期，從而產(chǎn)生不斷的信息更新，為了有效地管理與維護(hù)這些更新的數(shù)據(jù)或信息流，需要依靠信息集成平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，它既能綜合了各類模型數(shù)據(jù)的信息，還將項(xiàng)目不同階段間的信息進(jìn)行有效集成，乃至對(duì)不同建筑實(shí)體間的邏輯關(guān)系進(jìn)行集成。

　　1.3 兩類模型融合的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.3.1模型融合的平臺(tái)選擇

　　首先，三維建模軟件ContextCapture可兼容多種數(shù)據(jù)格式，可將模型分別以O(shè)penSceneGraphBi-nary文件(.osgd)、LotreeexportLo、3mx等格式進(jìn)行導(dǎo)出。其中，.osgd主要是以二進(jìn)制存儲(chǔ)并自帶嵌入式鏈接紋理數(shù)據(jù)，.osgd文件主要是將三維模型數(shù)據(jù)歸并為一系列連續(xù)的對(duì)象來進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。它與軟ContextCapture特殊的.s3c格式相同，都是以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，并以瓦片的形式來進(jìn)行操作，缺點(diǎn)是三維模型數(shù)據(jù)量比較大。在建模過程中，軟件能將目標(biāo)區(qū)域劃分成幾個(gè)小區(qū)，小區(qū)再細(xì)分為瓦片數(shù)，瓦片之下為其他層級(jí)的金字塔數(shù)據(jù)。

　　其次，應(yīng)用Revit軟件創(chuàng)建的BIM模型，通常以rvt或fbx等格式存儲(chǔ)。fbx以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)，是封閉的且能在不同平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)格式，以場景的形式保存著數(shù)據(jù)集合。fbx格式的修改與轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)來儲(chǔ)存三維模型及模型構(gòu)件信息。

　　本研究主要嘗試?yán)胹kyline軟件來完成對(duì)這兩類建模技術(shù)所生成的三維模型進(jìn)行融合。Sky-line軟件平臺(tái)擁有傾斜三維模型和BIM模型的數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口，即skyline能兼容這兩種數(shù)據(jù)格式，并能以3DM(3Dmeshlayer)格式進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)。3DML是skyline軟件提供給用戶的一種三維模型數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，能使skyline將各類三維數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一起來，建立成三維空間數(shù)據(jù)庫，以便于在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布與數(shù)據(jù)共享，從而實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的大眾化應(yīng)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(shí)現(xiàn)建筑物屬性掛載，便于后期各部門的管理。

　　1.3.2技術(shù)路線

　　在充分了解傾斜攝影三維模型與BIM模型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法與格式后，綜合考慮各軟件平臺(tái)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)的支持程度，本研究最終選擇skyline軟件平臺(tái)對(duì)這兩類模型進(jìn)行融合。