三维城市开始要“真”起来了，如摩尔定律所揭示，技术的进步将使硬件更小、更快、更便宜。将来，那些采集和运算数据的硬件将来会发展到一个现在难以想象的状态和水平，不过我们能做的是细数现阶段的硬件构成和发展水平。
相机，摄影测量的“台柱子”
自本世纪初数字航空相机问世以来，航空摄影测量已进入到数字摄影测量阶段，并且已经成为获取空间和属性数据的重要手段。当企业开始进行数字摄影测量时就不免面临一个问题：成本和效率。不能什么都求“高、大、全”，应该按需选择相机，这样既可以在保证作业效率的同时保证合适的性价比。
计算机技术的发展使得建模软件自动化水平提高，处理速度加快，因而对于国情监测等基本测绘活动所用的航空测绘相机来说，只要像素足够用，大多都是可以胜任的。除了ADS40、DMC、UCD、SWDC等专业的数字航测仪外，现在也有测绘厂商使用普通单反和数码相机的，如佳能5D。如果是需要生成一个近景的模型，甚至通过微单或是卡片机拍出来的照片就可以完成，也许将来手机都可以用来采集图像。同时现在有的数码相机内置GPS和3D功能，也可以直接将照片信息传至相应的软件中进行加工，例如徕卡V-Lux30。
同时，相机的核心技术一直是企业的“命根子”，这让部分高素质的相机极少商业化，微软的UC系列相机只有UCA发布为商用，除此再无商用计划。也许微软是出于技术垄断的想法，尽量减少竞争。但这也恰恰反映出各大企业都想在“真”三维领域拔得头筹，毕竟就那么大一块蛋糕，少一个对手就能多吃一块。
正因为数字航测相机的低商业化程度，才使得国外专业级相机价格居高不下。我国有辽阔的国土，因而对航空数码相机的需求占了全球的三分之一到二分之一。但由于我国工业基础薄弱，之前无法生产航测数码相机所需要的芯片等核心器材，不得不大量进口国外相机。为此国产相机的出现势在必行!刘先林院士带领他的团队另辟蹊径推出了SWDC，思路是利用高端数码相机“组队”，精确地设定每台相机的拍摄范围，再后续拼接图片。好处是低价格、高精度、高性能、可更换镜头、更加适合我国国情。
我国地形地貌特征复杂，使得外来的相机念不好中国的“经”。例如以超强数据获取能力著称的A3，更适合无云天气使用，这在我国南方地区是有很大局限性的。因此从2012年开始，SWDC型航空相机的销量与日俱增。国内的中小比例尺航空摄影相机市场已经有60%-80%为SWDC占有。从笔者走访的国内测绘厂商反馈来看，出于降低成本、软件容易接入以及适合国情等目的出发，他们都愿意使用国产相机。同时数字测量相机的门槛也随着软件技术的提升变得越来越低，也许以后三维地图都会是“众包”模式，是否手机或是移动终端也能蚕食数字测量这个大市场还需要时间的验证。
斜一点，看见不同的世界
航测相机系统应该是朝高分辨率、多角度这样的方向发展，因此，倾斜摄影适时而出。倾斜摄影可以提高工作效率并降低成本。据中航四维(北京)航空遥感技术有限公司总经理梁鹏介绍“没有倾斜摄影的时候，精细模型的成本大概是4万到5万一平米，而且效率低下。而现在倾斜相机的飞行成本，大概也就5000元左右。并且是按照80%的重合率去飞，基本不需要人工参与。另外现在处理软件所生成的三维模型基本不需要编辑，这将使处理成本非常低，不到1万元。同时，现在计算机都是并行处理技术，通过增加处理器和结点数，就可以把提升处理速度。”除了降低采集、加工、编辑成本，倾斜摄影可以有效地减少外业补拍，这将进一步降低人力成本。
在国产倾斜摄影方面，国内的起步也不晚。刘先林院士率领团队，在SWDC的基础上研制出了倾斜摄影相机SWDC-5，是世界上第一个真正取得成功的产品。其他国内企业也都在推出倾斜相机，据上海埃弗艾数字科技有限公司CEO周非池介绍，与其合作的上海航遥信息技术有限公司近期推出的一套五镜头相机，一次曝光就有4亿像素。
但是航测也有其局限性，例如无论飞机飞得多低，如果有遮挡(例如树木或是景观带)，就无法获取建筑物近地面一端的影像。此时，街景就可以弥补空中航测视角的缺陷，这样再通过街景补充以后这个模型就很完美了。因而在建设数字城市方面，倾斜摄影和街景的数据融合所生成的模型的质量就会有很大的提高。
不同采集载体所生成的不同视角的影像
LIDAR，不可忽视的精度之王
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，具有数据获取速度快、自动化程度高、全方位、非接触式测量、数据获取海量等诸多优点，为建筑物三维建模提供了一种全新的方法。因此，作为一种可以快速获取空间数据的新型技术，被越来越多地应用于城市建模、工程建设等领域。
笔者在走访中了解到，北京拓普康商贸有限公司测量事业本部的新型测量车装载了三维激光扫描仪，利用一个扫描头的高速旋转可进行360度扫描。扫描半径为120米，还在车上加载了升降杆，基本能满足地面三维激光摄影的范围。另外根据载体不同，三维激光扫描也有不同用处，例如多用于桥梁或是建筑等变形监测的静态LIDAR，进行现场三维激光扫描的便携LIDAR。
在三维激光航测方面，因为受计算机硬件水平的制约，LIDAR的点云密度不能设置成太高以防计算机无法运行采集的海量数据;但是它不受天气状况影响等优点可以与摄影航测相辅相成。例如天气恶劣、暴风、暴雨等相机无法得到清晰图像时候。同时，当摄影测绘无法分辨线或是点的物体，LIDAR都可以依据点云进行建模，这使得LIDAR可以胜任电力巡线监测等任务。
总的来说，这两种数据获取方式在现阶段都达不到独霸天下的程度，摄影测量成本要低于激光测量，并且设备重量较轻，适应性较高，但精度不如激光测量;与之对应的，激光扫描对天气状况依赖小，且具有高精度，但是同时也带来过量的数据，加大计算机的运算量。因而在三维城市建模的过程中，采用倾斜摄影+LIDAR 技术进行数字建模就不失为一条很好的出路，城市模型可直接由 LIDAR 数据生成，模型的侧面纹理由相机所拍摄的影像来提取，这或许是一个发展方向。同时，在室内三维建模应用领域，现阶段激光扫描仪在效率和应用上要优于摄影测量。
没有载体，再好的模型也出不来
载体可分为采集载体和运算载体。其中采集载体就根据海拔高度来分成便携、车载、无人机、载人机和高空气球等。
其中微、小无人机有手掷、滑跑、弹射三种起飞方式，回收方式有深度失速、滑降、伞降。另外还有旋翼无人机、固定翼无人机和直升无人机。飞艇分为系留飞艇和无人飞艇。便携有法如生产的激光雷达扫描仪，或是单人街景背包等。国内无人机技术虽然起步落后于国外，但是现在无论是飞行时间还是稳定性均可胜任航测任务。
测量硬件的发展使分辨率为百万级(5 百万、8 百万)甚至千万级像素的测量仪进入测量领域，采集所得的数据也呈指数级增加，但是如何能从这些数据中提取有效数据、并生成模型就要受到计算机硬件的限制了。现有提升计算速度的方式主要有以下几种，一是提升 CPU 计算能力，但尽管 CPU 已经向多核心发展，目前仍以四核、八核为主，受核心数量限制的并行速度提高有限，使基于 CPU的多线程操作的加速效果仍然无法满足人们对计算速度的需求;二是采用外部硬件加速技术，如采用 DSP、FPGA 等，但该种方式需要增加额外的配置及费用;三是以优化计算过程为手段的加速技术，其中以 Fusiello 为代表所提出的极线校正方法，但该方法总的缩短时间还是很有限。
图形处理器(GPU)主要应用于图形、图像处理计算，其拥有数十倍于 CPU 的浮点运算能力。目前，如何开发算法发挥GPU的长处以大幅度提高运算速度这一目标已成为业内的研究热点。有研究提出了一种基于 GPU 的快速计算方法。该算法中CPU 端只负责传入数据，将建模等计算任务交由GPU端完成，尤其是利用GPU提供的Geometry Shader(几何着色器)能够进一步提高建模效率，因而该算法大大减轻了CPU端的计算负载，这将提高数据运算速度。
同时，受计算机硬件水平的限制，从前的“金字塔模型”将继续沿用。适普软件市场总监郭松涛介绍道，“因为现在数据量太大了，有的影像可能会达到20多G，现在的计算机内存是很难调用它的。所以我们就转换思路，进行区域显示：当窗口在的时候引向哪个位置就将内存等调用以显示它，把十几个G的影像转成不同级别的，比如1比27，1比9，1比3，分别做影像显示和处理，这就是‘金字塔模型’。现阶段还得延续这一折中的方式。”
放眼未来，随着4G网络的建设、手机硬件的提升，三维地图将进入手机、平板电脑等移动终端，云存储落地，因而大量的数据将要求有更大的互联网带宽来满足。正如适普软件的郭松涛所言，传感器和计算机等硬件的发展程度，使软件的发展受益，同时也制约着软件的发展。
软件离不开硬件，正如秤离不开砣。（文丨本刊编辑张鹏英）
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