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攻克樂(lè)山大佛精細(xì)建模難題

  • 時(shí)   間:2021-11-01
  • 型   號(hào):M300+P1
  • 價(jià)   格:

攻克樂(lè)山大佛精細(xì)建模難題
無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量作為一種高科技測(cè)繪技術(shù),為我國(guó)文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作帶來(lái)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(tái)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(cè)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(jí)別。

 攻克樂(lè)山大佛精細(xì)建模難題

      樂(lè)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(lè)山文物部門邀請(qǐng),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(shí)施了樂(lè)山大佛的高精度數(shù)字化建模作業(yè)。此次航測(cè)建模過(guò)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(tuán)隊(duì)最終在極短的時(shí)間內(nèi)高效完成作業(yè),攻克樂(lè)山大佛毫米級(jí)建模任務(wù),助力樂(lè)山大佛的古跡保護(hù)工作。

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

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

樂(lè)山大佛由山體向內(nèi)開鑿而成,形成一個(gè)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(diǎn)的序號(hào)、位置和偏航角度

針對(duì)樂(lè)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(shí),設(shè)計(jì)具有足夠重疊度的航線是巨大的挑戰(zhàn),航測(cè)團(tuán)隊(duì)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(lè)山大佛粗模

2. 使用大疆智圖輸出粗模點(diǎn)云成果

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

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

5. 在大疆智圖導(dǎo)入粗模和航線文件進(jìn)行安全校驗(yàn)


粗模成果需滿足幾何結(jié)構(gòu)完整、絕對(duì)精度高這兩點(diǎn)要求。經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)時(shí)間同步,提供實(shí)時(shí)厘米級(jí) POS 數(shù)據(jù),顯著提升模型成果的絕對(duì)精度。

       樂(lè)山大佛整個(gè)內(nèi)凹結(jié)構(gòu)分為頭部、軀干、腿部三個(gè)部分,通過(guò)第三方航線規(guī)劃軟件,分別生成針對(duì)三個(gè)部分結(jié)構(gòu)特色的航線規(guī)劃方案。

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樂(lè)山大佛頭部自動(dòng)采集航線

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


自動(dòng)+手動(dòng)飛行,全畫幅相機(jī)P1確保更安全的操作空間

對(duì)于樂(lè)山大佛這類文化遺產(chǎn),測(cè)繪作業(yè)時(shí)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(shì)特別明顯。同樣設(shè)計(jì) 1mm 的分辨率,精靈 4 RTK 的相對(duì)距離為 3.65m,而 DJI P1 配合 35mm 焦段鏡頭的相對(duì)距離為 8 m,更換 50mm 鏡頭后相對(duì)距離為 11m。更大的相對(duì)距離帶來(lái)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(qiáng)大的避障能力,并且采用多冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì),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(guò)點(diǎn)不停,大幅提升作業(yè)效率與面積。


此次樂(lè)山大佛建模的難度還來(lái)自于測(cè)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(shí)間大約為 13 分鐘,2,000 張照片大約 35 分鐘 ,能夠快速對(duì)拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行空三驗(yàn)證,直觀反映出哪里需要補(bǔ)充影像,幫助作業(yè)團(tuán)隊(duì)及時(shí)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(fèi)半天時(shí)間就順利完成,甚至還有盈余的電量增加一些手動(dòng)補(bǔ)拍。

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大疆智圖 32 小時(shí)完成三維重建,*效率建模利器

數(shù)據(jù)采集完畢后,團(tuán)隊(duì)選擇性能優(yōu)異的大疆智圖進(jìn)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。

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整個(gè)樂(lè)山大佛共采集 4,537 張照片,建模工作量大。對(duì)于這種不規(guī)則的照片數(shù)據(jù),使用大疆智圖單機(jī)僅 32 個(gè)小時(shí)就完成了精細(xì)化的三維模型重建,整個(gè)建模過(guò)程一鍵式全自動(dòng),無(wú)需人為再進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。


高精度實(shí)景三維模型精準(zhǔn)還原了樂(lè)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。

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三維建模完成后如何在web端進(jìn)行發(fā)布展示?

Wish3D·Earth平臺(tái)是圖新地球技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于 WebGL技術(shù)自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)實(shí)景三維模型Web端發(fā)布展示平臺(tái),全面支持大疆智圖、ContextCapture(原Smart3D)實(shí)景三維模型,支持發(fā)布大規(guī)模(TB級(jí))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(shí)還原了實(shí)景三維模型和人工模型同場(chǎng)景展示效果,同時(shí)能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)布后一鍵分享到網(wǎng)頁(yè)端、手機(jī)端進(jìn)行成果匯報(bào)展示。

11.png        文化遺產(chǎn)保護(hù)是世界難題,樂(lè)山大佛在漫長(zhǎng)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(lè)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(hù)工作提供了超高分辨率、多維度的信息,同時(shí)驗(yàn)證了經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 DJI P1 在貼近攝影測(cè)量應(yīng)用中的實(shí)戰(zhàn)能力,讓更多航測(cè)難題不再難。


 攻克樂(lè)山大佛精細(xì)建模難題

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