攻克樂山大佛精細(xì)建模難題

• 時   間：2021-11-01
• 型   號：M300+P1
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攻克樂山大佛精細(xì)建模難題
無人機攝影測量作為一種高科技測繪技術(shù)，為我國文化遺產(chǎn)的保護工作帶來了革命性的影響，隨著經(jīng)緯 M300 RTK 和 DJI P1 的推出，三軸穩(wěn)定云臺和高精度的飛行航線控制、POS 數(shù)據(jù)，為張祖勛院士所提出的“貼近攝影測量"提供了全新可能，直接將模型成果的分辨率提高到毫米級別。

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 攻克樂山大佛精細(xì)建模難題

      樂山大佛，開鑿于唐代，通高 71 米，是*的一尊崖面石刻造像。2020 年底，應(yīng)樂山文物部門邀請，成都攜恩科技聯(lián)合南京韋博智控在大疆行業(yè)應(yīng)用的支持下，實施了樂山大佛的高精度數(shù)字化建模作業(yè)。此次航測建模過程中，遇到了*的挑戰(zhàn)，借助經(jīng)緯 M300 RTK、DJI P1、大疆智圖等軟硬件設(shè)備，團隊最終在極短的時間內(nèi)高效完成作業(yè)，攻克樂山大佛毫米級建模任務(wù)，助力樂山大佛的古跡保護工作。

我們將分別從航線設(shè)計、航線執(zhí)飛、三維重建這幾個方面來介紹:

特殊內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，“由粗到細(xì)"為樂山大佛量身定制航線

樂山大佛由山體向內(nèi)開鑿而成，形成一個上小下大的復(fù)雜內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，給本次作業(yè)造成了極大的困難。

放大后的航線可以清晰看到航點的序號、位置和偏航角度

針對樂山大佛這樣極不規(guī)則的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)體，如何在保持固定分辨率的同時，設(shè)計具有足夠重疊度的航線是巨大的挑戰(zhàn)，航測團隊采用 “由粗到細(xì)"影像采集策略：

1. 經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 采集樂山大佛粗模

2. 使用大疆智圖輸出粗模點云成果

3. 確認(rèn)粗模結(jié)構(gòu)完整，提取必要參數(shù)進行航線設(shè)計

4. 使用第三方軟件針對不同結(jié)構(gòu)目標(biāo)進行航線規(guī)劃

5. 在大疆智圖導(dǎo)入粗模和航線文件進行安全校驗

粗模成果需滿足幾何結(jié)構(gòu)完整、絕對精度高這兩點要求。經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 實現(xiàn)微秒級時間同步，提供實時厘米級 POS 數(shù)據(jù)，顯著提升模型成果的絕對精度。

       樂山大佛整個內(nèi)凹結(jié)構(gòu)分為頭部、軀干、腿部三個部分，通過第三方航線規(guī)劃軟件，分別生成針對三個部分結(jié)構(gòu)特色的航線規(guī)劃方案。

樂山大佛頭部自動采集航線

為確保拍攝安全，作業(yè)團隊使用大疆智圖進行航線檢查。航線規(guī)劃完后，借助大疆智圖航點飛行功能，導(dǎo)入粗模和規(guī)劃好的航線文件進行多視角校驗。大疆智圖不但可以準(zhǔn)確再現(xiàn)規(guī)劃的航點位置，并且可以依據(jù)設(shè)定好的偏航、俯仰角度，模擬航點位置錐體投射到模型上的效果，從而檢查航線航點的安全性以及偏航、俯仰角度是否合理。

自動+手動飛行，全畫幅相機P1確保更安全的操作空間

對于樂山大佛這類文化遺產(chǎn)，測繪作業(yè)時確保古跡的安全是重中之重。在此需求下， DJI P1 全畫幅的優(yōu)勢特別明顯。同樣設(shè)計 1mm 的分辨率，精靈 4 RTK 的相對距離為 3.65m，而 DJI P1 配合 35mm 焦段鏡頭的相對距離為 8 m，更換 50mm 鏡頭后相對距離為 11m。更大的相對距離帶來更安全的操作空間，高效獲取超高分辨率的數(shù)據(jù)影像。

經(jīng)緯 M300 RTK 搭載了六向雙目視覺傳感器 ，擁有更強大的避障能力，并且采用多冗余系統(tǒng)設(shè)計，保障復(fù)雜環(huán)境下的飛行安全。航線飛行支持協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎過點不停，大幅提升作業(yè)效率與面積。

此次樂山大佛建模的難度還來自于測區(qū)紋理非常復(fù)雜，容易導(dǎo)致紋理拉花空洞、幾何結(jié)構(gòu)的缺失。得益于大疆智圖的高效處理能力和 DJI P1 準(zhǔn)確的內(nèi)外參， 1,000 張照片空三解算時間大約為 13 分鐘，2,000 張照片大約 35 分鐘 ，能夠快速對拍攝數(shù)據(jù)進行空三驗證，直觀反映出哪里需要補充影像，幫助作業(yè)團隊及時調(diào)整航線和作業(yè)流程。

整體外業(yè)作業(yè)非常順利，主要結(jié)構(gòu)部分的數(shù)據(jù)采集只花費半天時間就順利完成，甚至還有盈余的電量增加一些手動補拍。

大疆智圖 32 小時完成三維重建，*效率建模利器

數(shù)據(jù)采集完畢后，團隊選擇性能優(yōu)異的大疆智圖進行三維重建，生產(chǎn)出符合交付要求的精細(xì)化模型，模型成果獲得用戶認(rèn)可。

整個樂山大佛共采集 4,537 張照片，建模工作量大。對于這種不規(guī)則的照片數(shù)據(jù)，使用大疆智圖單機僅 32 個小時就完成了精細(xì)化的三維模型重建，整個建模過程一鍵式全自動，無需人為再進行參數(shù)調(diào)整。

高精度實景三維模型精準(zhǔn)還原了樂山大佛的立體面貌和大佛周邊的石刻造像，細(xì)節(jié)完整清晰，連大佛頭部隱而不見的橫向排水溝都能夠輕松辨別。

三維建模完成后如何在web端進行發(fā)布展示？

Wish3D·Earth平臺是圖新地球技術(shù)團隊基于 WebGL技術(shù)自主研發(fā)的國產(chǎn)實景三維模型Web端發(fā)布展示平臺，全面支持大疆智圖、ContextCapture（原Smart3D）實景三維模型，支持發(fā)布大規(guī)模（TB級）各類二三維數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星影像、地形、傾斜模型、人工模型、BIM模型等，真實還原了實景三維模型和人工模型同場景展示效果，同時能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)布后一鍵分享到網(wǎng)頁端、手機端進行成果匯報展示。

        文化遺產(chǎn)保護是世界難題，樂山大佛在漫長歲月中飽受自然風(fēng)雨侵蝕，數(shù)據(jù)難以采集保存。本次樂山大佛數(shù)字化任務(wù)的圓滿完成，為后續(xù)的古跡遺址研究和保護工作提供了超高分辨率、多維度的信息，同時驗證了經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 在貼近攝影測量應(yīng)用中的實戰(zhàn)能力，讓更多航測難題不再難。

 攻克樂山大佛精細(xì)建模難題