以無人機(jī)攝影為基礎(chǔ)的三維實(shí)景建模技術(shù)在近幾年備受關(guān)注，涉及領(lǐng)域包括建筑設(shè)計(jì)、工程管理、三維測繪及電影AR。這里就幾款常用的三維建模軟件Altizure、Photoscan和PIX4D進(jìn)行操作測試并對其進(jìn)行簡單評估。
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Altizure
這是一款和DJI無人機(jī)配合程度相當(dāng)高的三維建模軟件，使用簡單高效。通過AltizureApp手機(jī)端連接無人機(jī)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)一鍵起飛、自動飛行、智能續(xù)飛和采集圖片數(shù)據(jù)等功能，為普通用戶提供簡單易操作的飛行引導(dǎo)。Altizure提供新建模型項(xiàng)目導(dǎo)入圖片數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化大規(guī)模城市級別實(shí)景三維建模。并且擁有線上線下多端口模型展示功能以及海量模型應(yīng)用工具。更有AltizureEarth產(chǎn)品，它以地球?yàn)檩d體，將全球用戶在Altizure上創(chuàng)建的模型以真實(shí)的地理位置放置在地球上，共同創(chuàng)建實(shí)景三維地球，探索世界，用三維繪制未來。接來下簡單介紹一下軟件的使用方法。首先下載Altizure手機(jī)端APP，打開APP連接無人機(jī)。點(diǎn)擊開始拍攝進(jìn)入拍攝界面，見圖1。
圖1AltizureAPP工作界面
在右上角設(shè)置中選擇自己喜歡的設(shè)置。點(diǎn)擊規(guī)劃航線一欄開始規(guī)劃航線，新建任務(wù)。編輯任務(wù)，設(shè)置拍攝高度，在更多設(shè)置中設(shè)置重疊率不小于70%。圖像的重疊率越高，最后的模型完成度就越好，一般
設(shè)置在85%左右即可。其他的各欄設(shè)置為默認(rèn)即可。在地圖中拖動拍攝目標(biāo)區(qū)域的方框確定所需要的建模區(qū)域，保存并上傳任務(wù)。飛機(jī)進(jìn)入“自檢狀態(tài)”。待檢查無誤后，飛機(jī)會自動起飛升至航線高度、飛至任務(wù)起點(diǎn)，并開始一邊拍照一邊飛行，直到完成第一個(gè)飛行任務(wù)。此時(shí)根據(jù)你的電量去選擇返航或是繼續(xù)下一個(gè)任務(wù)。注意一點(diǎn)，保持飛機(jī)高度高過拍攝目標(biāo)附近的最高建筑，由于拍攝的時(shí)候，在第2、3、4、5件拍攝任務(wù)中，拍攝范圍會從拍攝目標(biāo)區(qū)域向四個(gè)方向外延一倍左右的距離，確保無人機(jī)不會被周邊建筑阻攔。等待飛機(jī)自動按路線飛行并自動拍照，拍好照片后，選擇自動返航或者手動控制降落即可。導(dǎo)出照片，打開Altizure官網(wǎng)，根據(jù)步驟創(chuàng)建任務(wù)，上傳照片，開始重建三維模型。等到模型建好后，點(diǎn)擊設(shè)定模型瀏覽下的設(shè)置按鈕，對模型進(jìn)行最后的裁剪等設(shè)置，得到最后的模型。打開PC端瀏覽模型，見圖2、圖3。
圖2Altizure成果圖
該軟件在建模速度上，由于是將照片上傳至Altizure官網(wǎng)，由官方服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算，所以速度相較于用個(gè)人電腦來運(yùn)算的軟件會快很多，往往兩三個(gè)小時(shí)就可以得到結(jié)果，而一些用個(gè)人的電腦運(yùn)算的軟件往往要不停地運(yùn)算好幾天。但是也存在一些缺點(diǎn)，如果僅僅需要觀看的話可以免費(fèi)進(jìn)行操作，但是如果需要下載模型，或者所建立的模型較大，就要付費(fèi)進(jìn)行操作了。而且從這次操作的結(jié)果上或者說從其官網(wǎng)上看到的一些模型例子來看，其建模程度并沒有達(dá)到非常精細(xì)，特別是在一些植被處，復(fù)雜處，會有建模異?；蛘弑緫?yīng)分開留出空隙的地方、卻被粘合的情況出現(xiàn)。
這款軟件擁有建模速度快，與無人機(jī)使用貼合，免費(fèi)瀏覽等優(yōu)點(diǎn)；也存在建模精細(xì)度不夠，模型無法免費(fèi)下載等缺點(diǎn)；總體來說還是一款非常實(shí)用的軟件。
圖3Altizure成果圖
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Photoscan
AgisoftPhotoscan是一款致力于自動生成高質(zhì)量3D模型制作的軟件，正版市場價(jià)高達(dá)3800美元，它能夠?qū)⒍喾矫嬗跋襁M(jìn)行重建，建立3D模型，對于本次研究的3D建模需求來說確實(shí)是一把利器。
AgisoftPhotoscan的建模流程是導(dǎo)入照片或者文件夾；而后軟件自行對齊照片，找出拍攝角度和距離，全部完成后將建立密集云，計(jì)算每一點(diǎn)之間的關(guān)系，將每一個(gè)識別出來的點(diǎn)列入密集計(jì)算中；其后生成網(wǎng)格，有了各個(gè)點(diǎn)間的矢量函數(shù)關(guān)系，軟件便將它們按照實(shí)際情況連接起來，構(gòu)建成為點(diǎn)線面的3D模型，此時(shí)已建立出一組平面影像的3D外形；最后生成紋理，軟件根據(jù)建立密集云時(shí)的數(shù)據(jù)，將平面影像分配給3D模型，此時(shí)的模型擁有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部圖像，已經(jīng)形成了初步的3D模型。
由于此軟件僅僅為照片處理軟件，并不和無人機(jī)的操作使用貼合，因此在拍攝照片時(shí)需要我們自己來控制其照片的拍攝。此軟件的建模關(guān)鍵就是照片的質(zhì)量和數(shù)量多少。首先要對你想拍攝的物體、地形進(jìn)行多角度拍攝，越多越好，多多益善。和全景圖不一樣，雖然軟件最少2張圖就可以建模，但是質(zhì)量肯定不堪入目，所以要多拍。創(chuàng)建新項(xiàng)目，把拍攝的照片導(dǎo)入軟件。在工作流程選項(xiàng)欄中，選擇上方的工作流程，點(diǎn)擊第一項(xiàng)對齊照片，它會智能分析照片里的相似點(diǎn)，而后在3D空間內(nèi)分析拍照的位置和距離被攝物的多少，并且可以選擇建模的質(zhì)量和其他參數(shù)。然后建立密集點(diǎn)云，生成網(wǎng)格，至此模型已經(jīng)可以基本呈現(xiàn)出來了，但是在圖案上還是不夠細(xì)致。最后一步就是生成紋理，最后基本的3D建模就出來了，由于照片不夠多，效果一般，見圖4。
圖4Photoscan3D模型建立完成
當(dāng)然，建模之后肯定會是粗糙的基本模型，后期還需要3DMAX，MAYA，C4D一類的軟件進(jìn)行后期的加工。而Photoscan也提供了多種格式的模型導(dǎo)出，非常方便。在操作軟件之前，注意需要在工具選項(xiàng)欄的偏好設(shè)置中，設(shè)置啟用GPU加速，可以大大加速處理過程。
在本次實(shí)際操作中，在使用Photoscan的時(shí)候，由于電腦的限制，在生成密集點(diǎn)云的步驟中，選擇最高的密度的時(shí)候運(yùn)行時(shí)間往往以天為單位，并且CPU占用率一直非常高，CPU全力運(yùn)行溫度很高，對電腦損傷比較大。而選擇較低的密度的時(shí)候運(yùn)行時(shí)間可以縮短至十幾個(gè)小時(shí)，但是建模的精度不夠高。
總的來說，Photoscan是一款非常強(qiáng)大的建模模型，他有著免費(fèi)自行建模，不需要依賴別人而自己生成模型，保密性高，自主性高等優(yōu)點(diǎn)。也存在著建模速度較慢，依賴電腦性能，精細(xì)度相較于別的軟件并沒有特別的高，而且需要自己進(jìn)行后期處理等缺點(diǎn)。
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Pix4D
Pix4Dmapper是結(jié)合豐富的遙感圖像處理、攝影測量及企業(yè)級空間信息等技術(shù)開發(fā)的全自動快速無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件。它支持多種類型的相機(jī)和無人機(jī)，本次測試便是用DJI公司的Mavic無人機(jī)進(jìn)行建模測試與測評。Pix4D有許多功能，有一塊內(nèi)容就是3D重建。而這款軟件也有著擁有配套軟件，全免費(fèi)，全自動，可以提前設(shè)計(jì)拍攝區(qū)域、拍攝方式，支持市面上最主流的無人機(jī)機(jī)型等優(yōu)點(diǎn)。步驟在這里就不詳細(xì)介紹，在這里展示一張半成果圖，見圖5。
圖5Pix4D點(diǎn)云生成效果圖
從半成果圖來看，其建模的效果并不夠好（或者由于這個(gè)軟件教程較少，有一些操作問題和軟件版本問題），有很多應(yīng)該是平面的地方出現(xiàn)凹凸不平的情況；從控制點(diǎn)來看，也經(jīng)常會有一些控制點(diǎn)錯(cuò)誤的情況。
下面是軟件對一本本子和鋼筆的建模成果圖，見圖6。
目前來講其軟件的實(shí)用性可能低于Altizure和Photoscan。
圖6Pix4D建模成果圖
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總結(jié)
總的來說，根據(jù)本次對三個(gè)軟件的建模測試發(fā)現(xiàn)，Altizure擁有拍攝方便建模操作簡單，建模速度快，觀看模型免費(fèi)而下載模型需要收費(fèi)等特點(diǎn)。Photoscan擁有建模自主性強(qiáng)，建模速度慢，可自行選擇建模精細(xì)程度等特點(diǎn)。而PIX4D可能是由于操作原因并沒有得到很好的結(jié)果，沒有發(fā)現(xiàn)它比另外兩個(gè)軟件好的方面。
在具體選擇時(shí)，就需要具體模型具體判斷了使用哪一款軟件。若是在需要快速建立模型而不需求精細(xì)度很高的要求下，一般可以首選Altizure軟件進(jìn)行建模，簡單快捷，在遠(yuǎn)看時(shí)觀看效果良好，測繪精度也不錯(cuò)，一般應(yīng)該可當(dāng)作建模軟件采用的第一選擇。而當(dāng)建模時(shí)間較為充裕，需要加強(qiáng)模型建立的精度而且擁有較好配置的電腦時(shí)，也可以選擇使用Photoscan軟件來進(jìn)行建模，在建完模型已經(jīng)導(dǎo)出軟件并導(dǎo)入后期處理軟件可以進(jìn)行進(jìn)一步處理、細(xì)化，過程繁瑣但是最終可以達(dá)到比較好的效果。
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