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【BIM技术】无人机三维建模软件报告

行业资讯 2018-10-26 16:45

  以无人机摄影为基础的三维实景建模技术在近几年备受关注,涉及领域包括建筑设计、工程管理、三维测绘及电影AR。这里就几款常用的三维建模软件Altizure、Photoscan和PIX4D进行操作测试并对其进行简单评估。


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  Altizure


  这是一款和DJI无人机配合程度相当高的三维建模软件,使用简单高效。通过AltizureApp手机端连接无人机,实现无人机一键起飞、自动飞行、智能续飞和采集图片数据等功能,为普通用户提供简单易操作的飞行引导。Altizure提供新建模型项目导入图片数据服务,实现智能化大规模城市级别实景三维建模。并且拥有线上线下多端口模型展示功能以及海量模型应用工具。更有AltizureEarth产品,它以地球为载体,将全球用户在Altizure上创建的模型以真实的地理位置放置在地球上,共同创建实景三维地球,探索世界,用三维绘制未来。接来下简单介绍一下软件的使用方法。首先下载Altizure手机端APP,打开APP连接无人机。点击开始拍摄进入拍摄界面,见图1。


  图1AltizureAPP工作界面


  在右上角设置中选择自己喜欢的设置。点击规划航线一栏开始规划航线,新建任务。编辑任务,设置拍摄高度,在更多设置中设置重叠率不小于70%。图像的重叠率越高,最后的模型完成度就越好,一般


  设置在85%左右即可。其他的各栏设置为默认即可。在地图中拖动拍摄目标区域的方框确定所需要的建模区域,保存并上传任务。飞机进入“自检状态”。待检查无误后,飞机会自动起飞升至航线高度、飞至任务起点,并开始一边拍照一边飞行,直到完成第一个飞行任务。此时根据你的电量去选择返航或是继续下一个任务。注意一点,保持飞机高度高过拍摄目标附近的最高建筑,由于拍摄的时候,在第2、3、4、5件拍摄任务中,拍摄范围会从拍摄目标区域向四个方向外延一倍左右的距离,确保无人机不会被周边建筑阻拦。等待飞机自动按路线飞行并自动拍照,拍好照片后,选择自动返航或者手动控制降落即可。导出照片,打开Altizure官网,根据步骤创建任务,上传照片,开始重建三维模型。等到模型建好后,点击设定模型浏览下的设置按钮,对模型进行最后的裁剪等设置,得到最后的模型。打开PC端浏览模型,见图2、图3。


  图2Altizure成果图


  该软件在建模速度上,由于是将照片上传至Altizure官网,由官方服务器进行计算,所以速度相较于用个人电脑来运算的软件会快很多,往往两三个小时就可以得到结果,而一些用个人的电脑运算的软件往往要不停地运算好几天。但是也存在一些缺点,如果仅仅需要观看的话可以免费进行操作,但是如果需要下载模型,或者所建立的模型较大,就要付费进行操作了。而且从这次操作的结果上或者说从其官网上看到的一些模型例子来看,其建模程度并没有达到非常精细,特别是在一些植被处,复杂处,会有建模异常或者本应分开留出空隙的地方、却被粘合的情况出现。


  这款软件拥有建模速度快,与无人机使用贴合,免费浏览等优点;也存在建模精细度不够,模型无法免费下载等缺点;总体来说还是一款非常实用的软件。


  图3Altizure成果图


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  Photoscan


  AgisoftPhotoscan是一款致力于自动生成高质量3D模型制作的软件,正版市场价高达3800美元,它能够将多幅平面影像进行重建,建立3D模型,对于本次研究的3D建模需求来说确实是一把利器。


  AgisoftPhotoscan的建模流程是导入照片或者文件夹;而后软件自行对齐照片,找出拍摄角度和距离,全部完成后将建立密集云,计算每一点之间的关系,将每一个识别出来的点列入密集计算中;其后生成网格,有了各个点间的矢量函数关系,软件便将它们按照实际情况连接起来,构建成为点线面的3D模型,此时已建立出一组平面影像的3D外形;最后生成纹理,软件根据建立密集云时的数据,将平面影像分配给3D模型,此时的模型拥有内部结构和外部图像,已经形成了初步的3D模型。


  由于此软件仅仅为照片处理软件,并不和无人机的操作使用贴合,因此在拍摄照片时需要我们自己来控制其照片的拍摄。此软件的建模关键就是照片的质量和数量多少。首先要对你想拍摄的物体、地形进行多角度拍摄,越多越好,多多益善。和全景图不一样,虽然软件最少2张图就可以建模,但是质量肯定不堪入目,所以要多拍。创建新项目,把拍摄的照片导入软件。在工作流程选项栏中,选择上方的工作流程,点击第一项对齐照片,它会智能分析照片里的相似点,而后在3D空间内分析拍照的位置和距离被摄物的多少,并且可以选择建模的质量和其他参数。然后建立密集点云,生成网格,至此模型已经可以基本呈现出来了,但是在图案上还是不够细致。最后一步就是生成纹理,最后基本的3D建模就出来了,由于照片不够多,效果一般,见图4。


  图4Photoscan3D模型建立完成


  当然,建模之后肯定会是粗糙的基本模型,后期还需要3DMAX,MAYA,C4D一类的软件进行后期的加工。而Photoscan也提供了多种格式的模型导出,非常方便。在操作软件之前,注意需要在工具选项栏的偏好设置中,设置启用GPU加速,可以大大加速处理过程。


  在本次实际操作中,在使用Photoscan的时候,由于电脑的限制,在生成密集点云的步骤中,选择最高的密度的时候运行时间往往以天为单位,并且CPU占用率一直非常高,CPU全力运行温度很高,对电脑损伤比较大。而选择较低的密度的时候运行时间可以缩短至十几个小时,但是建模的精度不够高。


  总的来说,Photoscan是一款非常强大的建模模型,他有着免费自行建模,不需要依赖别人而自己生成模型,保密性高,自主性高等优点。也存在着建模速度较慢,依赖电脑性能,精细度相较于别的软件并没有特别的高,而且需要自己进行后期处理等缺点。


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  Pix4D


  Pix4Dmapper是结合丰富的遥感图像处理、摄影测量及企业级空间信息等技术开发的全自动快速无人机数据处理软件。它支持多种类型的相机和无人机,本次测试便是用DJI公司的Mavic无人机进行建模测试与测评。Pix4D有许多功能,有一块内容就是3D重建。而这款软件也有着拥有配套软件,全免费,全自动,可以提前设计拍摄区域、拍摄方式,支持市面上最主流的无人机机型等优点。步骤在这里就不详细介绍,在这里展示一张半成果图,见图5。


  图5Pix4D点云生成效果图


  从半成果图来看,其建模的效果并不够好(或者由于这个软件教程较少,有一些操作问题和软件版本问题),有很多应该是平面的地方出现凹凸不平的情况;从控制点来看,也经常会有一些控制点错误的情况。


  下面是软件对一本本子和钢笔的建模成果图,见图6。


  目前来讲其软件的实用性可能低于Altizure和Photoscan。


  图6Pix4D建模成果图


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  总结


  总的来说,根据本次对三个软件的建模测试发现,Altizure拥有拍摄方便建模操作简单,建模速度快,观看模型免费而下载模型需要收费等特点。Photoscan拥有建模自主性强,建模速度慢,可自行选择建模精细程度等特点。而PIX4D可能是由于操作原因并没有得到很好的结果,没有发现它比另外两个软件好的方面。

无人机gis地图

  在具体选择时,就需要具体模型具体判断了使用哪一款软件。若是在需要快速建立模型而不需求精细度很高的要求下,一般可以首选Altizure软件进行建模,简单快捷,在远看时观看效果良好,测绘精度也不错,一般应该可当作建模软件采用的第一选择。而当建模时间较为充裕,需要加强模型建立的精度而且拥有较好配置的电脑时,也可以选择使用Photoscan软件来进行建模,在建完模型已经导出软件并导入后期处理软件可以进行进一步处理、细化,过程繁琐但是最终可以达到比较好的效果。


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