Исследования посвящены отработке технологии построения координатно привязанных ортофотопланов, топографических и тематических карт по исследуемым территориям в форматах требуемой геоинформационной системы.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БПЛА), картографическая аэрофотосъемка, 3D-модель.
Для трехмерного моделирования и планирования окружающей среды разработаны разнообразные программы, упрощающие процесс построения 3-мерных моделей. К таким программам относятся такие специализированные программы как: CityEngine, ContextCapture, PhotoScan,
CityEngine — является приложением платформы ArcGIS для профессиональных пользователей в области архитектуры, градостроительства, сферы развлечений, ГИС и создания 3D-контента. Оно предназначено для быстрого создания и редактирования 3D-моделей.
ContextCapture — эта программа позволяет на основе цифровых фотографий, а также сложных систем для аэрофотосъемки, в том числе системы сбора данных с помощью БПЛА быстро создавать даже самые большие и сложные 3D модели включая создание моделей целых городов.
PhotoScan — программа Agisoft Photoscan использует на входе цифровые растровые изображения, координаты центров фотографирования, материалы калибровки оптических систем фотоаппаратов, координаты опорных точек на местности, контрольные линейные измерения на объекте съемки.
GISSPUTNIC — система для визуализации и выполнения измерений, многомерных геопространственных данных. ГИС Спутник идеально подходит для просмотра данных с БПЛА, обработанных в Agisoft PhotoScan.
Процесс создания трехмерных изображений включает в себя, наряду с другими, и полевые работы, например необходимы виды фасадов объектов или их частей. Детализация трехмерных изображений зданий, памятников, ландшафтного дизайна требует фотографирования этих объектов, причем в двух и более ракурсах. В нашем случае используются минимальные требования к таким объектам как здания, деревья. В случае построения 3d зданий задаются такие параметры как этажность, количество окон и дверей. Для визуализации объектов деревья использовалась доступная в CityEngine база данных. В трехмерной модели мы использовали ортофотоплан и оцифрованные здания и сооружения. Модель содержит поверхность рельефа местности, строения, объекты дорожной сети, объекты растительности. Трехмерная модель местности была построена на участок «Алатау». Было исследовано несколько способов создания 3D моделей городской застройки, дачного поселка.
Программа ESRI CityEngine — самостоятельное приложение для трехмерного моделирования, основной специализацией которого является генерация трехмерных моделей городской среды. Данная программа генерирует 3D модель на основе геоданных. Например, если есть двумерные векторные данные с атрибутивной информацией, описывающей свойства объекта, то CityEngine, на основе предварительно написанных правил на языке CGA (Computer Generated Architecture), сгенерирует трехмерную модель городской застройки. Важно отметить, что полученная модель будет только в общих чертах отражать натуральные постройки. Так, если есть населенный пункт, состоящий из типовой застройки с несколькими типами зданий, то, на основе правил можно очень быстро создать 3D модель этого населенного пункта.
Первоначальное построение 3D модели выполнялось в фотограмметрической программе Agisoft Photoscan. Данная программа позволяет создавать текстурированные 3D модели объектов, на основе цифровых фотографий полученные с БПЛА.
Так же, как и в Agisoft Photoscan, на основе фотографий можно построить точную 3D модель с использованием программного продукта ContextCapture, применять который можно практически в любых сферах там, где нужно получить объект в цифровом виде, чтобы измерить, проверить, спроектировать, или смоделировать.
За основу для построения 3D модели взята съемка поселка «Алатау» с гексакоптера (рис.1). 3D моделирование производилось в нескольких программах.
Рис. 1. Ортофотоплан участка с дачными домиками
Векторизация ортофотоплана является основой для построения 3-мерных моделей строений. Оцифрованные в ArcGIS for Desktop 10.4 векторные данные были импортированы в ESRI CityEngine, с заданием дополнительных параметров таких как высота и детали объекта. Есть возможность ввода параметров вручную, непосредственно во время редактирования отдельного объекта. Можно производить изменения, либо добавлять новую информацию. В случае с тестовым участком все параметры вводились вручную. Первичным материалом служили только периметры зданий. Так, высоты объектов и зданий, расположенных в поселке «Алатау» были высчитаны и измерены с помощью ЦММ, а геометрические формы заданы с помощью отдельных сцен по материалам аэросъемки с БПЛА (рис.2).
Рис. 2. Процесс построения фасада с использованием правил CGA и изображений по данным с БПЛА
БПЛА-изображения были использованы не только для визуальной интерпретации геометрических объектов, но и для фасадов. Фасад объектов задавался с помощью правил CGA содержащие специальные параметры на основе Python кода, от простых до более детализированных по геометрической форме, фону и т. д., что позволяет без предварительной оцифровки создать любую модель. А также сохранить, экспортировать и модифицировать уже готовую модель.
Программа Agisoft Photoscan. позволяет получить на основе фотографий текстурированную 3D-модель (рис.3). Создание 3D-модели происходит в несколько этапов:
− загрузка фотографий и положений центров проекции в пространстве;
− формирование разреженного облака точек — поиск связующих точек в областях перекрытия снимков;
− построение модели;
− построение текстуры;
− построение тайловой модели — т. к. 3D-модель имеет, как правило, большой объем, то тайловая модель позволяет просматривать модель без зависаний компьютера;
− построение цифровой модели рельефа — если требуется;
− построение ортофотоплана — если требуется.
На выходе получаем реальную 3D модель застройки (не искусственно нарисованную), на которой можно производить измерения (Рис.4).
Рис. 3. 3D-модель того же участка, вид сбоку
|
|
|
|
а) участок для выполнения измерений на ортофотоплане |
б) участок для измерений |
Рис. 4. Участок для выполнения измерений
Заключение. Мобильный комплекс дистанционного зондирования был успешно протестирован на 7 участках (озеро «Сайран», поселок «Алатау», здание Академии наук, территория вблизи поселка «Турар», участок железной дороги «Алматы-Капчагай». Результаты съемки, качество полученного материала и их дальнейшая обработка позволили получить ортофотопланы высокого пространственного разрешения от 3см и выше. Получены цифровые модели рельефа, построена 3D-модель на тестовый участок поселка «Алатау» с учетом этажности зданий и текстуры крыш. Созданы на материалах съемки с БПЛА геоинформационные системы «Сайран», «Алатау».
ESRI CityEngine. Если есть векторные данные с подробной атрибутивной информацией, то можно достаточно быстро создать 3D-модель поселка с типовой застройкой. В этой модели можно проводить только простейшие расчеты — расстояния, площадь.
Agisoft Photoscan и ContextCapture. Обе программы имеют примерно одинаковый функционал и позволяют построить реальную 3D-модель поселка. На этой модели уже можно проводить 3D измерения — например, измерять объемы.
Литература:
- Зинченко О. Н. Беспилотный летательный аппарат: применение в целях аэрофотосъемки для картографирования. — М.:«Ракурс», — 2011. — С.12. 3.
- Floorplan 3D — программа для проектирования садовых участков, домов, офисов и квартир [Электронный ресурс] URL: http://archicad-autocad.com/floorplan3d/floorplan3d.html (дата обращения 19.02.2018).
- Liveinternet. Виртуальные прогулки по земле: EINGANA 3D-атлас Земли [Электронный ресурс] URL: http://www.liveinternet.ru/users/yulija555/post89986795 (дата обращения 19.02.2018).
