如业内所见,不断完善的激光雷达建模、摄影测量建模正在成为主流三维建模手段,激光雷达和摄影测量这两种手段相对传统手工建模出现较晚,但却至少有“所建模型精度高”、“建模过程效率高”两大制胜优势。因此,这三者孰优孰劣,孰轻孰重?难以断言!但却可以看出,现在整个三维城市的建模手段就靠这三者所支撑,整个三维建模行业也就出现了“三足鼎立”的局面。
三足鼎立的局面行之多久?随着三维建模行业的深入发展谁能一统,谁又会被淡出?在目前三维模型市场处于动态变化的情形下实在难以回答。不过“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”,那不妨分视角来审视“三足鼎立”局面下的三种三维建模手段,由此评判三者高低不失为最客观最公正。
行业应用对比
从行业应用视角来看,摄影测量建模技术与激光雷达建模技术正成为三维建模的主流手段。而数年前,传统三维建模、激光雷达建模、摄影测量建模,这三者在政府应用领域都是有力手段,但是随着现在数字城市与智慧城市的搭建,仿真技术的发展,以及各行业自身高效发展的需求变化,使得这三种三维建模手段在行业应用的分布上正逐渐拉开距离。
如激光雷达建模,其利用的是激光雷达扫描仪数据进行三维建模,鉴于它的精确度,其主要就是偏重在国家测绘行业。而摄影测量建模利用的航测数据,由于其宏观视野特征,其重在为国家各个规划单位进行提供服务,这一手段在最初所建三维模型具有很强的可视化效果,而规划行业对三维模型所需恰是要满足可视化这一需求便可。当然,现在规划所需的三维模型不再只是单纯的可视化三维模型,正取而代之的是具有可视化应用功能的三维模型。而与这两者都不同的是传统三维建模在这几大行业中都被作为一种非常有力的手段来实施三维建模。
但是,随着地理信息技术向其他行业不断渗透,如今各行业对于三维模型都有需求。如,水利、能源、地下管线、房地产估值等行业,对三维模型的应用需求愈发凸显,这一行业需求的变化直接导致三维模型市场份额更多偏向了摄影测量三维建模手段。泰瑞数创总裁刘俊伟也表示,在应用行业来看,像规划、土地、房屋、测绘、环保、应急、公安全部都是政府类客户,其战略合作伙伴Skyline平台下的三维建模项目80%、90%都是面向政府的。不仅是他们,所有做三维的公司现在最终客户基本都是政府。而企业级市场如果按企业级划分,现在企业级市场是在逐渐增加。像大型交通类的企业、大型工程类的企业,后面逐步过渡到物流和中小型企业,中间会有一个过程。
比如,深圳规划局用的便是Skyline平台下的三维建模自动化集成软件,据刘俊伟介绍,从2008年他们就开始这种系统在房地产估值方面的应用,把深圳的三维数据,外表贴面图都做完了。
利用三维建模手段进行房地产估值这个应用今年还荣获测绘科技进步一等奖,由此可见,这已从行业应用层面反映出摄影测量三维建模手段的潜力所在。而对于像房地产估值这样的新兴应用而言,传统三维建模和激光雷达建模涉及并不明显,尤其传统三维建模在效率上很难满足这类应用的按需定制和效率。
成本效率比较
首先,从人工成本视角来看,传统手工三维建模手段在很大程度上处于劣势地位,而集成化的摄影测量三维建模和激光雷达三维建模则具有节省人力成本的优势,甚至整个三维建模过程都不需要人为干涉便可以自动化完成。这还可以在另外一个角度进行佐证,原来业内手工建模公司都面临一个非常大的人员流失的问题。建模人员学到一定成熟度后就不满足了,人员流失比较大,这本身也是传统手工建模最大的问题所在,这一人员的不稳定性其实增加了建模公司的很多隐性成本,比如制作时间长度、用人数量等累计成本等等。
其次,无论是传统手工三维建模、摄影测量三维建模还是激光雷达三维建模,其建模所需的数据采集都是占最大比例的支出成本。从数据采集的成本角度来看,航空摄影大面积数据采集,它的成本会比人工采集要低得多。以往,需要的是建筑或者区域的实体长宽高数据,实地测量采集数据的成本之高不言而喻,而像摄影测量三维建模、激光雷达三维建模则不需要人工进行实地测量的采集成本,并且在效率上还大大地缩短建模周期。例如,利用国际最高新的倾斜摄影方式进行采集甚至可以一次性获取三维建模的所需数据,以往数月完成的数据采集过程利用摄影测量技术或激光雷达扫描技术数小时就可以完成。对此,上海埃弗艾数字科技有限公司CEO周非池举例表示,他们也是迎来了一个非常好的时间点、时机。他认为现在后处理软件发展技术成熟了,而且他们的摄影测量倾斜摄影硬件刚好也能迎合这一点。通过摄影测量的手段可以达到一天10平方公里的数据获取效率,通过利用8000万像素的一套航空相机,五镜头一组一次曝光达4亿像素。差不多的采集成本可以远胜传统采集模式的获取效果,如果飞行800到1000米航高,他们就能做出1:1000高精度三维模型。
成本和效率既有独立性又有联动性,而无论单独讲还是综合看,传统手工建模在成本、效率上是不能满足今天市场对于三维模型的需求。

三者对数据采集与处理的要求对比
第一,数字影像的获取是摄影测量三维建模的第一道工序,数字影像质量的优劣直接影响后续各工序及最后成品。更有效、更经济、更方便且更高精度地获取数字影像的技术也正是摄影测量三维建模的关键技术之一。经济、高效、高精度的优势特性是摄影测量的共性,主要有3个特点:其一,解决大像幅的航空摄影;其二,与定姿、定位传感器的结合;其三,与现有摄影测量系统资源的衔接。摄影测量三维建模的传感器集精密光学机械、高速信号处理、海量数据存储与处理和机载POS等技术为一体,为数字航空影像的获取开辟了一条全新的道路。像 ADS40、DMC、UCD这些具有代表性的数字航测仪分别又具有各自的特点。无论是线阵传感器相机,还是面阵传感器相机,由数字航摄仪代替传统胶片式航摄仪的优势是非常显著的,这也正是现在摄影测量三维建模手段优于其他两种手段的重要支撑因素。
第二,像3DMAX、AutoCAD等传统三维手工建模手段最大的受制因素在于效率,相比摄影测量三维建模和激光雷达三维建模的自动化建模过程要逊色很大一截。反过来讲,摄影测量三维建模和激光雷达三维建模的一些受制因素在传统手工建模手段上并不存在。
第三,激光雷达三维建模,其原理是利用激光雷达扫描的点云数据的配准重建算法进行深入细致的研究,由于这些三维数据是在不同坐标系下获得,使得物体和环境模型的重建具有很大挑战性。在对环境或物体扫描数据的重建时,经常使用最近迭代算法(ICP)进行数据配准,但是大量点云数据使得它的配准效率低,且易于发生特征点错位。而且由于机载雷达采集过程中的航高以及雷达扫描点阵的密度,现在国内最高只能做到0.2米即采集效率非常低,并且需要飞的非常低,这又是一个限制性因素。周非池认为,“航空雷达在以后的应用会越来越受限,但不能说完全淘汰”。
此外,雷达激光相对其他两种手段而言却有着唯一的强势——非可见光情况下工作,比如天气环境非常恶劣,暴风、暴雨都可以发挥作用。而在这一方面,无论是传统手工建模所需数据还是摄影测量建模所需数据都会受到限制,毕竟人力、相机对天气还是有一定依赖性的。但是大面积城市三维建模作为基础数据来讲的话,地面雷达要想精确势必就会导致数据量非常大,数据量带来的直接问题就是配套的电脑硬件运行能力难以匹配。(文丨本刊编辑李保旭)

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