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摘要：随着倾斜自动化建模生产工艺的日渐成熟，针对倾斜三维实景模型的后续浏览应用成为业内关注的重点。在对倾斜三维实景模型特点分析的基础上，针对海量数据渲染的关键技术，依据系统设计原则，设计系统功能并开发三维漫游系统。最后，通过某地区倾斜三维实景模型的展示，证明其技术的可行性。
关键词：倾斜摄影测量；三维模型；OSG；系统开发；街景工厂
以街景工厂为代表的新一代建模软件，其处理的原始数据大多是倾斜摄影获取的影像，因此将通过这种方式生产的三维模型数据称为倾斜三维实景模型。倾斜三维实景模型相比传统三维数据具有自然、真实、直观的优点，但其格式与传统建模软件生产的成果不一样，是一种新的数据成果，需要新的软件系统来支持。因此，研究基于倾斜三维实景模型的三维可视化，开发相应的三维漫游系统十分必要，同时对推动数据成果的推广和应用也有积极的作用。
1倾斜三维实景模型
1．1三维建模方法
目前，按照建模的自动化程度，可将三维建模方法分为全人工建模、人工辅助半自动建模和全自动建模3大类。全人工建模是借助3DSMax、Maya、SketchUp等软件，对实地拍摄的影像进行人工建模的一种方法。这种方法效率较低，模型的真实程度依赖于纹理影像还原实物的程度，费时费力。人工辅助半自动建模通常是借助航空影像或LiDAＲ数据，辅以相应的半自动建模软件，如DPModeler、
MagiXity、3DMapping等，在已有矢量数据或恢复空间关系的影像上，通过与软件人工交互来建模的方法。半自动建模方法的建模效率较人工建模方式有所提高，但对于城市级别的建模面积仍然较低。全自动建模是近年来发展起来的新的建模技术，它集先进的计算机图像学、人工智能、并行运算等技术于一身，自动化程度高，应用前景好，其典型代表就是与多镜头倾斜摄影技术相结合的倾斜自动化建模技术。
1.2三维实景模型特点
1．2．1视觉效果真实、自然
倾斜自动化建模采用的纹理像片是倾斜摄影获取的地物各个侧面的影像，不是传统人工建模或半自动建模采用的纹理库中的假纹理或单面实景纹理像片的重复，故生产的三维实景模型准确地还原了摄影时地物的形态，视觉效果真实、自然。
1．2．2空间信息准确、可靠
倾斜自动化建模的基础就是对建模区域影像进行空中三角测量。空中三角测量是测绘地理信息领域中最常用的精确确定影像空间位置信息的一种技术手段。经过这种技术手段处理后的影像有精确的外方位元素信息，而自动化建模过程中保留了影像的空间信息，故三维实景模型的空间位置信息真实、可靠。
1．2．3易于网络发布
倾斜自动化建模生产的三维模型的文件虽然琐碎且数量巨多，但每个文件的数据量很少。经研究发现，不同的文件对应着模型的不同层次细节，这为模型数据的分级传输带来了便利。通过对模型文件的合理调度，很容易提高三维模型网络浏览的流畅度，提升浏览体验，实现数据网络发布、共享共用。
2系统关键技术
2．1地理分块与多细节层次
由于计算机内存的限制，要求一次性读入内存中的数据量不能太大，而单个文件通常要求一次性读入到内存中，因此，如果单个文件数据量太大，可对文件进行再次分割，将其无损分成若干个小文件，解决内存瓶颈问题。在测绘地理信息领域，对单个文件的再次分割，通常都是按照地理坐标格网进行的，故本文将此称为文件的地理分块。细节层次（LevelofDetail，LOD）技术是应用最为广泛的复杂三维场景渲染技术之一。三维模型本身可以存在不同级别的细节程度，根据模型在三维场景中所处的位置和重要程度，对被渲染物体的细节进行综合取舍，可降低渲染的面数和细节度，提高场景的渲染效率。一种常见的LOD策略就是根据场景中的三维模型与观察者的距离远近来决定模型显示的细节程度，当视点靠近物体时，显示物体更多的细节；当视点远离物体时，显示物体的粗略轮廓。
2．2动态内存管理
动态内存管理是根据当前屏幕窗口显示场景的范围，动态加载窗口范围内的场景数据和卸载窗口范围外的场景数据。动态内存管理技术的核心是判定数据是否落在屏幕范围内的判断准则。本文采用的判定准则与模型的多细节层次结构相关，待渲染的每个细节层次的三维模型其本身都有一个外接包围球，将包围球的球心视为其中心点，通过判定视点与某个细节层次模型中心点距离是否小于预先设定的阈值来确定是否载入模型。当距离小于阈值时，载入系统内存；当距离大于阈值时，从系统内存中卸载。随着视点的变化，各个细节层次的模型中心点与视点的距离也在变化，从而实现了三维模型的动态加载和卸载。
3漫游系统的实现
3．1系统设计
为了开发一套可完全自主控制的系统，本文选择了基于开源库的二次开发模式。由于其三维实景模型的数据格式为osg格式，为了最大限度提高三维实景模型的渲染效率和数据的兼容性，选择OpenSceneGraph（OSG）为底层依赖库，以Qt为界面库，利用C++技术开发。在进行系统开发时，充分考虑了系统的实用性、扩展性、先进性、可靠性等设计原则。同时为了最大限度提高基础功能的复用度，减少系统开发的工作量，在进行功能模块设计时，遵循了各模块高独立、高聚合的原则。
在各项功能中，工程管理模块负责系统工程文件的管理，主要实现系统自有格式工程文件的新建、打开、保存等操作；场景漫游模块是系统的核心模块，主要是和场景漫游相关的功能，实现了场景模式的切换，场景自定义路径的飞行浏览，场景的立体展示及光影、雨、雪、雾等自然环境的模拟等；辅助工具模块是系统的补充模块，提供了场景内距离和面积的量测，以及场景各部件显示控制等功能。
3．2功能展示
为了验证漫游系统的各项功能，选取了某地区的三维模型作为试验数据。获取此区域影像的传感器为ＲCD30，影像的分辨率8cm，建模软件为街景工厂，全区域三维模型的数据量44．2GB。为了保证示例图片显示效果的质量，截取了整个区域中心的三维模型作为试验数据，并选取了显示模式、飞行漫游、环境模拟、空间量测等4个功能进行展示。
3．2．1显示模式
显示模式功能主要实现了倾斜三维实际模型在纹理、白膜、点云3个模式的切换，直观形象地展示了倾斜三维实景模型建模的整个过程。
3．2．2飞行漫游
飞行漫游功能允许使用者自己定义飞行路径去漫游整个三维场景。系统通过使用者手动添加的关键位置，自动拟合出一条飞行路径，并以第一视角沿着路径来漫游场景。
3．2．3环境模拟
环境模拟功能可展示倾斜三维模型在光影、雨、雪、雾等不同自然环境下的效果，增强了系统还原现实世界的能力。
3．2．4空间量测
空间量测功能可实时计算三维场景中任意形状的距离和面积。目前，系统实现了场景中任意点间的水平距离、垂直距离、空间距离，以及任意多边形的地表面积、投影面积等的计算。
4结语
依据地理分块、多细节层次、动态内存管理3个策略相互配合开发实现的三维漫游系统，经验证可适用于GB级的倾斜三维实景模型的流畅浏览，且系统还能对光影、雨、雪、雾等自然环境进行模拟，增强了系统虚拟现实的能力，系统自带的空间量测功能也为后续的定量化分析应用打下了基础。实现对倾斜三维实景模型的漫游浏览只是数据应用的第一步，针对具体行业应用的三维GIS系统可作为后续的研究方向。
参考文献：
［1］王清丽，薛文星，李菊绘．基于VirtuoZo的街景工厂倾斜摄影立体模型恢复方法［J］．测绘标准化，2015，31（4）：41－43
［2］李镇洲，张学之．基于倾斜摄影测量技术快速建立城市3维模型研究［J］．测绘与空间地理信息，2012，35（4）：117－119