目前，传统大范围三维城市数字建模的方法主要是测量建模的方法
采用外业人员手工拍照的方法，得到建筑物的结构和纹理，然后通过内业人员的处理，结合正射影像、测区平面矢量图、屋顶矢量图等数据，建立白模，通过拍摄的纹理分析模型的细部结构，最后将拍摄的纹理处理后贴在白模上。传统建模方法虽然能在模型精细度上有很好控制，但存在生产工艺复杂，生产成本高，工作强度大，模型生产效果不确定等不利因素，无法满足城市大范围快速建模的需要。
倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。在国外，倾斜摄影技术历经了十几年的发展历程，如美国Pictometry公司的倾斜摄影测量系统，天宝公司的AOS系统等。2010年4月，北京天下数据技术有限公司首次引进倾斜摄影技术，开启了中国航空倾斜摄影时代。2010年10月，刘先林院士团队率先研发成功了第一款国产倾斜相机SWDC－5，并成功完成了平顶山试验，是国内倾斜相机的一大突破。
目前，通过倾斜摄影技术进行三维建模主要是采用
StreetFactory或Acute3D公司的Smart3DCapture软件进行全自动正摄影像和倾斜影像的联合空中三角测量，全自动化构建三维模型，全自动化贴纹理形成最终三维真实场景。上述建模方法在效率和宏观优势上有着明显的优势，但还存在以下问题和不足，倾斜摄影在数据获取方面会存在一定死角或数据关联点足的问题，造成在型匹配时存在模型扭曲变形，主要是建筑物或地物的底角部位；模型是以超高密度点云生成的DSM，不同于人工建模可以控制模型的表面数量，通过计算机自动处理会生成数量惊人的三角面，这对于编辑或是后续的数据管理及展现都提出了很高要求。
本文以某一城市区域为例，采用无人机搭载5个Canon5DMarKII数码相机获取不同方向的影像数据，利用中国测绘科学研究院开发的高分辨率遥感影像一体化数据处理系统———PixelGrid（以下简称PixelGrid）进行全自动正摄影像和倾斜影像的联合空中三角测量，获取每张像片的外方位参数，然后通过该课题组开发的基于倾斜摄影技术和3dsMax插件开发的半自动三维建模平台，完成了该城市区域的三维模型构建。该平台集量测、建模、纹理自动获取、纹理映射、三维模型快速编辑等功能于一体，提供了一种实用的、快捷高效的半自动城市建模方案，避免了基于超高密度点云匹配生成DSM的三维建模方法存在的数据量大等问题。
无人机倾斜摄影系统
相关参数
此次试验采用无人机搭载5个Canon5DMarKII数码相机获取不同方向的影像数据，如图1所示，3号相机获取传统的垂直向下的影像，其余4个相机倾角为40°，获取倾斜方向的影像，同时搭载GPS/IMU设备获取3号相机曝光时刻的地理位置信息和姿态信息。相关参数
如下：
①平均飞行高度450m；
②正摄相机的焦距35mm，倾斜相机的焦距51mm，地面分辨率平均约0．08m。
③传感器尺寸为5616×3744个像素，像元大小6．41u。
④航向重叠度80%，旁向重叠度70%。
图1相机位置分布图
无人机倾斜影像效果
倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直角度和多个倾斜角度采集影像，避免传统航拍的拍摄遮挡和拍摄死角问题，很好地采集了建筑物侧面的纹理信息，如图所示。在此次试验中，由于旁向重叠度和航向重叠度都很高，一个建筑物会同时出现在70多张倾斜影像上。
空中三角测量
目前，进口倾斜摄影的后处理软件在国内的应用推
广以法国ASTＲIUM公司的StreetFactory、法国Acute3D公
司的Smart3DCapture为代表。上述系统的数据处理方式如下：将正摄和倾斜的影像数据、POS数据等输入到系统中，进行正摄和倾斜影像的自动联合空中三角测量，密集匹配DSM，构建三维模型，自动贴纹理最终形成真实三维场景。国内尚无较为高效完善的倾斜摄影三维建模解决方案，比较有代表性、能够进行工程化应用的是北京东方道尔公司和武汉华正公司的后处理技术，不过两者的后处理建模都需要LIDAＲ数据的支持，前者是半自动的人工交互式生产，后者基本能够实现自动化生产，每个倾斜摄影工程都需要飞两种设备，作业门槛和成本都偏高，三维模型的效率虽然较传统方式有较大进步，然而与国外的后处理技术相比还是偏低。
本次试验数据处理采用了中国测绘科学研究院Pix-elGrid课题组开发的倾斜摄影空三加密系统，该系统能够完成正摄和倾斜影像的自动联合空中三角测量，但是后续的密集DSM匹配等功能还尚未完善，其建模方式采用基于3dsMax插件开发的半自动三维建模。其中空三加密采用基于POS的空中三角测量，未加入外业控制点，大概处理流程如图所示，步骤如下：
1）将正摄和倾斜影像数据进行相机检校和改正；
2）因只有正摄影像具有相应的POS数据且精度不高，在做空三加密时，先采用PixelGrid系统做正摄影像的空三加密，
获得正摄影像精确的外方位元素；
3）在已有正摄影像精确外方位元素的基础上，根据相机的摆放位置关系，三个线元素不变，将航向倾角和旁向倾角分别加或减40°，推理得到其他倾斜数据的粗略外方位元素；
4）将正摄和倾斜影像的外方位元素作为初始POS数
据导入PixelGrid系统中进行联合空中三角测量，精确求得每张像片的外方位元素，其相对定向中误差约2/3像素。
基于倾斜摄影和3dsMax的三维建模
总体建模思想
基于倾斜摄影与3dsMax插件开发技术的建筑物快
速建模路线。首先将获取的影像进行空中三角量测并获得高精度的外方位元素；其次，3dsMax插件根据提供的外方位元素和共线方程实现基于倾斜影像
的建筑物多片立体量测并将测得的数据输入3dsMax平台生成三维模型；然后，根据三维信息提取模型每个面在影像上相应的最佳纹理信息，并实现纹理自动映射；最后，将模型输出。
建模过程
建模包括地面建模和建筑物建模。地面建模采用将数字高程模型DEM构成TIN，然后叠加DOM生成。建筑物建模采用中国测绘科学研究院开发的基于3dsMax插件开发的半自动三维建模平台。该平台将建筑物根据屋顶结构特点进行分类，将建筑物分为简单结构建筑和复杂结构建筑。在简单结构建筑物中，
根据屋顶形态细分为平屋顶建筑物、坡屋顶建筑物和圆柱型建筑物。复杂建筑物的界定主要是指那些利用简单结构量测建模方法及其组合不能够很好地构建、在屋顶结构上较复杂且无特定规律可寻的一类建筑物。在实际建模过程中，根据所要构建模型的类型，有针对性地采集或量测，可以有效提高建模效率，以减少建模人员的工作量。
结束语
本文简要介绍了无人机倾斜摄影系统，利用中国测绘科学研究院开发的高分辨率遥感影像一体化数据处理系统———PixelGrid完成无人机倾斜摄影的后续数据处理，并通过该课题组开发的基于倾斜摄影技术和3dsMax插件开发的半自动三维建模平台完成试验区域的三维建模，实现了具有真实感三维场景的快
速构建，能与传统航测产品生产工艺有机融合，从而延伸传统航测产品线。
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