攻克樂山大佛精細建模難題

攻克樂山大佛精細建模難題
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。

 攻克樂山大佛精細建模難題

      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"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"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)目標進行航線規(guī)劃

5. 在大疆智圖導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化模型，模型成果獲得用戶認可。

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還原了樂山大佛的立體面貌和大佛周邊的石刻造像，細節(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，同時能夠支持數(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。

 攻克樂山大佛精細建模難題