科普 | 实景三维模型和地形三维模型

在自然资源三维立体“一张图”的数据体系中，利用倾斜摄影测量技术制作的实景三维模型具有信息丰富、效果直观、展示效果真实等优点，能最大程度发挥调查成果的综合效益，常用于展示地表要素状况等，是三维自然资源数据底板的核心数据之一。

实景三维模型的真实感，来自于其现实、直观的质感，这种和现实相同的色彩，源自无人机在空中拍摄的影像。实景三维模型的制作，要从数据采集开始。

从拍摄角度来看，无人机影像，主要分为垂直影像和倾斜影像两种。（绿色框内影像的视角垂直于地面，被称为“垂直影像”，其他4个框内的影像与地面形成一定的倾斜角度，被称为“倾斜影像”。）

▲图1 无人机影像视角示意图

只有影像做不出实景三维模型，还需要把二维的影像进行一系列处理才能形成实景三维模型。

首先，要通过摄影测量对相邻影像进行计算，获得空间上的三维距离信息。具体来说，摄影测量是基于相邻影像之间重叠部分的同名点进行影像匹配，获得相邻影像之间的视差和深度（距离）信息的一种技术。

▲图2 相邻影像之间的重叠关系示意图

结合每张影像的位置、姿态信息，利用摄影测量技术解算处相邻影像之间的空间关系。（以图3为例，这是4张影像解算后的空间关系示意图，由于参与建模的影像数量通常会非常多，这些空间关系比这个复杂得多。）

▲图3 相邻影像之间的空间关系解算示意图

基于这些关系通过影像密集匹配将影像中的各像素在三维空间中离散化，成为三维空间中一个个离散的带有彩色的点，称之为“彩色点云”。

▲图4 彩色点云效果

彩色点云既有作为点云的几何特性，每个点又带有彩色信息。通过TIN三角构网方法，将一个个离散的点云点连接形成一个个三角形面片并形成三角网，作为实景三维模型中的基础模型——“白模”。

▲图5 白模效果

这时候，发挥彩色点云的彩色属性——根据点云的空间位置，将点云的彩色信息映射到白模表面。这样，既有几何外观、又有真实彩色纹理的实景三维模型就此大功告成了！

▲图6 实景三维模型的效果

经历了上述艰难的制作过程后，如果实景三维模型仅仅只是用来浏览的话，也未免太浪费了吧？实际上，实景三维模型兼具三维和实景两大特性，在自然资源的业务工作上，它有着丰富的空间分析应用，为其他行业提供了强大的数据支撑。

根据研究区的地理位置，利用日照分析功能即可评估实景三维模型所在地一年四季的日照和阴影变化。

▲视频1：某地建筑物夏季某日的日照阴影分析

实景三维模型对某地进行填挖方分析后，即可评估出平整一定范围的地表所需要的填、挖方量分别是多少，大大解放了工程测量人员的内外业工作量。

图7 某山坡广场的填、挖方量评估

广东省地处（亚）热带季风气候区，台风、暴雨天气多发。在实景三维模型的支持下，我们可以直观便利地分析评估暴雨天气对低洼地区的淹没威胁，及早制定相应对策。

图8 某低洼货柜场的淹没威胁评估

图9 某低处工地的淹没风险预测

基于实景三维模型的空间分析应用远不止这些，在自然资源管理工作中常用到的还有三维量测、三维缓冲区、通视性分析、天际线分析等，受限于篇幅的缘故，小编就不在此一一详细列举了。

随着自然资源三维信息化建设和“实景中国”的不断推进，相信实景三维的应用一定会越来越广泛，三维化的自然资源信息化体系将为自然资源管理和决策提供更完备的支撑和保障，更精准、高效地履行自然资源“两统一”职责。

经过广东省国土资源技术中心三维技术团队的努力，现已初步完成全省范围的地形三维模型制作，并开展了与业务系统对接工作。今后，将深入学习研究最新的三维技术，做好广东省三维基础地理信息数据库的建设工作，同时围绕服务自然资源业务，提升省级三维平台共享服务和应用支撑能力。

▲广东某地的地形三维模型效果