倾斜摄影三维建模软件性能对比研究
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摘 要：通过倾斜摄影建立实景三维模型辅助电力工程设计有助于提高对工程建设环境的认识，本文从三维建模的软件角度出发，对比分析ContextCapture、Pix4d和PhotoScan三款软件的性能。
关键词：倾斜摄影;三维建模;ContextCapture;Pix4d;PhotoScan
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0042-02
0 引言
倾斜摄影是从一个垂直和多个倾斜等不同视角采集研究对象的图像，可以是两相机集成、五相机集成等，也可以是单相机多角度、高重叠度的图像数据获取。倾斜摄影三维建模给使用者提供了真切的三维立体模型、丰富地理信息和真实的纹理信息，而基于摄影测量、计算机视觉与计算几何算法等的三维建模技术推动了倾斜摄影应用研究，王伟[1]等研究了Pictometry倾斜摄影技术及其在三维城市建模中的应用，张福友[2]论述了针对小项目、工程局部地物提出一种利用大疆品牌消费级无人机采集影像，制作三维实景模型的方案，朱国强[3]等论述了基于无人机倾斜摄影技术的三维精细模型制作的全过程作业。倾斜摄影三维建模需要在功能软件的支持下完成全流程作业，如Pixel Factory、DP-Smart、ContextCapture、Pix4D和PhotoScan等软件均能实现三维建模功能，但性能参差不齐，针对各软件的性能研究人员进行了一些阐述，赵四能[4]就无人机影像处理软件Pix4Dmapper 与Photoscan在资源普查中的成像性能进行了分析，刘坦[5]论述了Inpho、PhotoScan及Pix4D软件处理无人机数据生产正射影像的对比。本文就ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款软件进行三维建模的性能进行对比研究。
1 技术原理
倾斜摄影技术以大范围、高精度、高清晰的方式从多视角感知复杂场景，通过高效的數据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性真实的反映三维实景，同时为数据成果提供精度保证。通过在同一飞行平台上搭载多台传感器同时从垂直、倾斜等不同视角采集的影像，获取地面物体更为完整准确的信息。采用倾斜摄影进行三维建模主要包括多视角摄影图像获取、像控点布测和内业软件建模（空三计算、密集点云生成、构建TIN网、纹理映射等步骤）实现真三维模型的快速生成，其基本作用流程如图1所示。
2 三维建模软件
倾斜摄影三维建模主流软件有ContextCapture、Photo-Scan和Pix4DMapper等，PhotoScan比较轻量级，但是生成的模型纹理效果不是太理想，Smart3D生成的三维模型效果最为理想，人工修复工作量较低，但是软件比较复杂不易上手，Pix4D相比而言体系适中，也便于上手。倾斜摄影三维建模软件的总体认识见表1。
3 工程应用
本文数据采用大疆Phantom 4 Pro无人机搭载的FC6310、焦距8.8mm对某办公楼130m×200m范围进行多角度摄影，相机共拍摄430张图像，采用ContextCapture、Pix4D和PhotoScan三款软件分别进行三维建模，软件参数均采用默认值，工作站参数：CUP i7-6700k、RAM 32GB、64位操作系统、显卡NVIDIA Quadro M4000。三款软件均实现了本次试验数据的三维建模，在此对比分析三款软件三维建模的自动化程度、处理效率和模型质量三个指标。
3.1自动化程度
ContextCapture软件主要分为数据导入、空三计算和三维建模三个步骤，在每个步骤中设置相关参数;Pix4D需要进行数据导入和参数设置两个步骤;PhotoScan需要依次进行数据导入、对齐照片、生成密集点云、生成网格和生成纹理五个步骤，在每个步骤中设置相关参数。具体对比情况见表2。
3.2处理效率
处理效率对比三款软件整个处理流程的作业时间，处理时间从短至长依次是Pix4D、PhotoScan和ContextCapture，具体见表3。
3.3模型质量
图2至图7展示了三款软件三维建模的整体效果和局部效果，从模型整体效果来看ContextCapture和Pix4D完整的建立了整个办公楼的轮廓、纹理映射与实景基本一致，其效果明显优于PhotoScan;而从细节表现来看ContextCapture又较Pix4D更好，图5至图7相应位置的模型在ContextCapture生产模型上的关键线和转角点处理的更好。
4 结语
通过实例数据对比ContextCapture、Pix4D和PhotoScan分析三款软件三维建模的自动化程度、处理效率和模型质量，ContextCapture建模效果最优、但处理时间最长，针对需要快速建模的项目而言略显不足;PhotoScan建模效果较差，需要人工干预的环节又较多;Pix4D的综合指标参数是最优的。本文论述了三款软件进行建筑物进行建模的性能对比，针对不同软件的数据适用性和单个软件不同参数的建模效果是今后应用研究的方向。
参考文献
[1] 王伟，黄雯雯，镇姣.Pictometry倾斜摄影技术及其在三维城市建模中的应用[J].测绘与空间地理信息，2011（3）：181-183.
[2] 张福友.基于大疆无人机的Context Capture三维实景建模探讨[J].广东水利水电，2017（8）：88-91.
[3] 朱国强，刘勇，程鹏正.基于无人机倾斜摄影技术支持下的三维精细模型制作[J].测绘通报，2016（9）：151-152.
[4] 赵四能.一种采用Agisoft photoscan 和ENVI LiDAR快速生成三维模型的方法[C].云南省测绘地理信息学会2016年学术年会论文集，2016.
[5] 刘坦.Inpho、PhotoScan及Pix4D无人机正射影像处理软件对比[J].海峡科技与产业，2017（11）：82-84.
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