一种基于无人机倾斜摄影的三维实景桥梁建模优化方法与流程

本发明属于桥梁建模的技术领域，具体涉及一种基于无人机倾斜摄影的三维实景桥梁建模优化方法。

背景技术：

近年来，伴随着计算机科学技术的高速发展和数字信息化程度的提高，在工程设计过程中，人们的需求不仅仅局限于手中传统的二维平面设计图纸，更多的是倾向于获得更加清晰直观且包含详细设计模型的交付方式。这种方式能够使得后期的采购投入，建设施工以及维护管理更加方便快捷。大型桥梁三维建模技术是当前计算机辅助设计技术中发展相当成功的重要设计工具，三维实景建模技术的有效应用，大大缩短了工程建设初期所需要的设计周期，同样也提升了设计质量与效率，最大程度的解放了人力物力。

目前，在传统的桥梁三维实景模型的设计建模中，大多数的建模软件主要针对的是建筑和制造领域，很少能够满足交通运输业的设计要求，尤其是在三维实景桥梁模型的开发中，缺少代表性的设计建模优化过程。在现有的桥梁三维实景建模模型设计存在诸多问题，比如：模型设计不符合交通运输行业桥梁建模的习惯，只能满足三维建模的一般要求；桥梁建模过程中无用信息太多，大大降低了建模的效率；桥梁组框架以外的环境噪声的引入，使得需要更强大的硬件配套设施才能完成建模，最后导致更高的运营成本，降低经济效益；在建立桥梁三维实景模型中，关键部位信息丢失太明显，模型细节经不起考验等。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于无人机倾斜摄影的三维实景桥梁建模优化方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于无人机倾斜摄影的三维实景桥梁建模优化方法，包括以下步骤：

（1）根据现实桥梁中相关结构，结合实际地理位置信息参数，对需要建模的检测桥梁进行无人机航线预设，获得桥梁的整体拍照点和细节拍照点设置；

（2）结合步骤（1）中桥梁的整体拍照点和细节拍照点，利用无人机倾斜摄影，获取桥梁实际场景图片；

（3）利用全自动摄影测量与三维建模软件，将步骤（2）所述桥梁实际场景图片导入、依次对齐，并优化对齐方式；

（4）根据步骤（3）优化过的图片，生成密集点云，并对所述密集点云进行初次优化；

（5）根据步骤（4）点云数据生成网格，并对生成的网格进行切块减面，对桥梁内部关键部位进行细节优化；

（6）将步骤（5）优化完成的网格进行纹理生成，从而完成桥梁三维实景模型的建立。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤（1）包括以下步骤：

（1.1）定点标注航线坐标点，设置航线坐标点之间的间距，获取桥梁结构的整体拍照点；

（1.2）无人机调节到自适应协调模式，在所述自适应协调模式下，无人机处于转弯状态下，无人机自动减速，避免偏离航线；

（1.3）地面监控台控制无人机定点拍照，所述定点拍照点为细节拍照点，细节拍照点对桥梁的关键部位进行捕捉拍照，获取桥梁结构中细节，从而完成飞行航线预设。

上述的步骤（3）中，全自动摄影测量与三维建模软件为photoscan。

上述的步骤（4）中，初次优化为采用多细节层次（levelsofdetail，lod）优化技术进行外部环境降噪，具体为：

根据桥梁实际场景范围，对比勾选桥梁层次内部的点云数据；

将处于桥梁场境内部的点云数据，给予保留，将处于桥梁场境外部的点云数据，给予剔除。

上述的步骤（5）中细节优化采用景观模型优化方法，包括以下步骤：

（5.1）按照桥梁总场景设计建模需要，对桥梁内部关键部位模型进行分类；

（5.2）根据每种关键部位模型所要求的精细程度进行分组；

（5.3）对精细程度要求一致的同种关键部分模型进行批量细节优化。

上述的步骤（6）中，纹理采用小块多张的纹理贴图方式生成。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过预设航线获得拍照点，利用无人机倾斜摄影获取场景照片；借助三维建模软件将获取的场景照片生成点云数据；对点云数据进行lod优化，对环境降噪优化处理，剔除桥梁建筑以外的其他环境数据；并将已初次优化处理的点云数据生成网格切块减面，并通过景观模型的优化法对桥梁建筑当中的关键部位进行细节优化，把桥梁建筑内需要着重凸显关键信息优化放大；最后生成纹理，并建立该桥梁三维实景模型。

本发明在保证三维模型清晰度不变且细节不丢失的情况下，简化了建模过程，提升了三维建模的运行效率，降低了运营成本。

附图说明

图1是本发明的实施流程图；

图2是本发明实施例无人机桥梁预设航线轨迹图；

图3是本发明实施例桥梁拍照点效果图；

图4是本发明实施例利用lod优化技术的桥梁外部环境降噪对比图；

图5是本发明实施例利用景观模型优化技术的桥梁关键部位对比图；

图6是本发明实施例三维实景桥梁模型效果整体图；

图7是本发明实施例的计算机内存和cpu占用对比图；

图8是本发明实施例三维实景桥梁模型运行效率对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参见图1，本发明的一种基于无人机倾斜摄影的三维实景桥梁建模优化方法，包括以下步骤：

（1）根据现实桥梁中相关结构，结合实际地理位置信息参数，对需要建模的检测桥梁进行无人机航线预设，获取桥梁的整体拍照点和细节拍照点。

实施例中，无人机航线预设包括以下步骤：

（1.1）定点标注航线坐标点，设置航线坐标点之间的间距，获取桥梁结构的整体拍照点；

（1.2）无人机调节到自适应协调模式，在所述自适应协调模式下，无人机处于转弯状态下，无人机自动减速，避免偏离航线；

（1.3）地面监控台控制无人机定点拍照，所述定点拍照点为细节拍照点，细节拍照点对桥梁的关键部位进行捕捉拍照，获取桥梁结构中细节，从而完成飞行航线预设。

无人机桥梁预设航线轨迹如图2所示。

（2）结合步骤（1）所述桥梁的整体拍照点和细节拍照点，利用无人机倾斜摄影，获取桥梁实际场景图片；

（3）利用全自动摄影测量与三维建模软件，将步骤（2）所述桥梁实际场景图片导入、依次对齐，并优化对齐方式（二维）；

实施例中，全自动摄影测量与三维建模软件为photoscan。

（4）根据步骤（3）优化过的图片，生成密集点云（三维），并对密集点云进行初次优化；

实施例中，初次优化为采用lod优化技术进行外部环境降噪，即去掉不需要图形显示硬件绘制的细节，具体为：

根据桥梁实际场景范围，对比勾选桥梁层次内部的点云数据；

将处于桥梁场境内部的点云数据，给予保留，将处于桥梁场境外部的点云数据，给予剔除。

由图3可得，lod优化技术减少了三维模型的点云数据，精简模型，提升模型建模速度。同时减少了三维实体建模对计算机硬件性能的依赖性，降低了计算机图形处理器(graphicsprocessingunit，gpu)和中央处理器（centralprocessingunit/processor，cpu）的负荷。

（5）根据步骤（4）点云数据生成网格，并对生成的网格进行切块减面，对桥梁内部关键部位进行细节优化；

实施例中，细节优化采用景观模型优化方法，包括以下步骤：

（5.1）按照桥梁总场景设计建模需要，对桥梁内部关键部位模型进行分类；

（5.2）根据每种关键部位模型所要求的精细程度进行分组；

（5.3）对精细程度要求一致的同种关键部分模型进行批量细节优化。

面数与顶点数越多,消耗的系统资源越多。由图4可得，景观模型优化方法凸显桥梁内部细节的同时减少了桥梁关键部位模型数量的重新加载。

（6）将步骤（5）优化完成的网格进行纹理生成，从而完成桥梁三维实景模型的建立。

实施例中，纹理采用小块多张的纹理贴图方式生成，三维实景桥梁模型整体效果如图5所示。

由图6-8可得，本发明方法在保证三维模型清晰度不变且细节不丢失的情况下，简化了建模过程，提升了三维建模的运行效率，降低了运营成本。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。