生日蛋糕怎么画简单的:数字城市中街道景观主体三维可视化的快速实现研究

《武汉大学》 2004年
加入收藏获取最新
数字城市中街道景观主体三维可视化的快速实现研究
康志忠
【摘要】：数字城市的概念,正如数字地球概念一样,目前尚无公认的严格定义。实际上,数字城市指的是信息化的城市,是现实城市的虚拟对照体。数字城市是综合运用3S(RS、GIS、GPS)、网络和虚拟仿真等技术对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策支持的技术服务系统。在中国,许多大城市提出了建设数字城市的设想,如:数字北京、数字上海、数字广州等。2000年5月13日,国内一百座城市的市长和一百家IT精英企业的代表齐聚北京“二十一世纪数字城市论坛”,共商我国发展“数字城市”战略,专家预测,中国的城市化水平的提高不单意味着城市数字的增加,更意味着城市管理质量的提高,开发与实施城市规划、建设、管理与服务的数字化工程变得势在必行,在国家制定的有关“十五”科技攻关计划和规划中,运用现代手段对城市规划手段对城市进行规划、建设和管理,建设数字化城市工程将是其中的一项重要内容。数字城市符合中国目前工业化和信息化发展的现状,在中国现代化建设中具有重要的意义。三维城市模型(3-Dimensional City Model,简称3DCM)的构建是实现数字城市的基础步骤。随着城市规划、建筑景观设计、三维导航等应用对城市真三维景观的需要,建立镶嵌有影像纹理的真实感城市三维模型正凸现出较高的经济价值和应用前景。 在数字城市中,街道是研究的主要对象,其原因在于城市中的街道绝不仅仅是连接两地的通道,在很大程度上还是人们公共生活的舞台——观光的游客沿着街道观察了城市,认识了城市,当地的居民习惯性地在街道上活动并感受着街道及其周围环境,因此,从某种意义上来说,人们对城市景观最直接最经常的感受即来自于街道。因此如何快速地实现街道景观的三维可视化对于三维城市建模而言是具有重大意义的。街道的景观主要包括主体景观(如沿街建筑立面、街道路面等)以及细部景观(人行天桥、行树、花坛、灯箱广告、路灯等等)两部分。所谓建筑立面,一般意义上指的是建筑的外墙所呈现的界面。在三维城市建模过程中,地形纹理和建筑物顶部纹理可以很容易地从航空影像上获取,而建筑物立面纹理仍然需要靠人使用数码相机去拍摄。由于影像之间通常是没有索引关系的,所以需要人为地查找照片、预处理照片和指定建筑物与照片的对应关系,这样就存在效率低下、人工劳动强度高的问题。因此如何快速而且真实地恢复沿街建筑立面是亟待解决的问题。同时对于街道景观的其它部分,如细部景观,街道路面等的三维恢复也是目前数字城市中研究的热点。视频资料的获取具有方便、快捷的特点,而且从中可提取出密集的序列影像,包含了丰富的纹理信息,因而基于视频序列影像的应用研究日益成为摄影测量和计算机视觉的热点。目前作为城市三维建模的数据源的主要是直升机载视频序列影像以及地面视频序列影像。直升机载序列影像适用于大场景的三维城市建模,然而其影像的获取仍然具有一定的局限性,不仅经济成本较高,同时天气状况以及城市低空高度限制对于影像质量也具有相当的影响,而且建筑墙面纹理的几何变形非常大。地面(如车载等)视频序列影像的获取具有经济快捷的特点,同时因为提取出的序列影像清晰度高,也弥补了航空影像和直升机载影像建筑墙面纹理清晰度低和几何变形太大的不足。车载序列影像是地面视频序列影像中最常用的一种,所以对于车载序列影像的快速纹理处理将有助于解决三维城市建模中街道景观三维可视化的问题。 本文涉及的主要研究内容集中在两个方面:(1)基于侧拍的车载序列影像快速重建沿街建筑立面,包括序列影像的预处理,墙面纹理的恢复以及沿街建筑立面的三维恢复三方面;(2)沿主光轴方向的车载序列影像为街道景观中街道路面和细部景观的重建提供了理想的数据源,因此本文对沿主光轴方向的车载序列影像的处理中涉及摄影测量问题进行了初步的研究,包括视差、相对定向、前方交会以及单像空间后方交会等方面,并且对基于沿主光轴方向序列影像的路面纹理恢复进行了研究。本研究力图将计算机视觉、图像处理和摄影测量中的经典理论、方法有机、合理的结合起来意在提供一种突破原有传统近景摄影测量思路的快速重建沿街两侧建筑立面的方法:对
【关键词】：数字城市车载序列影像街道景观三维可视化径向视差切向视差相对定向前方交会灭点几何单像空间后方交会
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P208
【目录】： 摘要4-6
ABSTRACT6-11
第一章 绪论11-18
1．1 研究的背景与意义11-16
1．1．1 数字城市与三维城市建模11-13
1．1．2 近景摄影测量的发展与现状13-15
1．1．3 本文研究的目的与意义15-16
1．2 本文的研究内容与结构安排16-18
第二章 建筑立面纹理获取以及沿主光轴立体像对的摄影测量问题的研究现状18-27
2．1 建筑立面纹理获取现状19-24
2．1．1 单纯基于影像的方法19-20
2．1．2 多种数据源融合获取建筑立面纹理20-21
2．1．3 基于序列影像的三维重建21-22
2．1．4 基于航空器的三维重建22-24
2．2 沿主光轴立体像对的摄影测量问题的研究现状24-25
本章小结25-27
第三章 地面摄影序列影像的预处理27-40
3．1 概述27-28
3．2 自动选片28-29
3．3 畸变差检校29-31
3．3．1 数字相机畸变差检校现状29
3．3．2 基于曲率变化的畸变差检校29-31
3．4 遮挡去除31-33
3．4．1 依据色调信息的遮挡去除32
3．4．2 依据色调和平行直线信息的遮挡去除32-33
3．5 影像的自动纠正33-38
3．5．1 “灭点”与影像“方位元素”的关系33-34
3．5．2 直线的分组34-35
3．5．3 影像的方位元素的解算35-38
本章小结38-40
第四章 建筑立面的重建40-57
4．1 墙面纹理深度变化的自动检测40-42
4．2 立面纹理的自动拼接42-49
4．2．1 现有影像拼接软件简介42-43
4．2．2 大倾角的近景数码影像的拼接43-49
4．2．3 影像匀光49
4．3 沿街建筑立面纹理的三维恢复49-56
本章小结56-57
第五章 沿主光轴立体像对的摄影测量问题的研究57-75
5．1 径向差和切向差57-58
5．2 沿主光轴方向摄影情况下立体像对的相对定向58-62
5．2．1 小角度产生的移位[Konecny 1984]59-60
5．2．2 沿主光轴方向摄影情况下相对定向的实用公式60-62
5．3 沿主光轴方向摄影立体像对核线影像的生成与同名点匹配62-65
5．3．1 立体像对核线几何关系的确定63
5．3．2 沿主光轴方向摄影立体像对核线影像的生成63-64
5．3．3 核线影像的同名点匹配64-65
5．4 沿主光轴摄影情况下的前方交会65-67
5．5 车载沿主光轴方向影像的单像空间后方交会67-71
5．5．1 车载沿主光轴方向影像与正射影像的同名点匹配67-68
5．5．2 相机方位元素精确值的整体解求68-71
5．6 基于沿主光轴方向序列影像的路面纹理恢复71-73
本章小结73-75
第六章 试验与分析75-99
6．1 基于车载序列影像的沿街建筑立面纹理的快速重建75-90
6．1．1 自动选片及树木遮挡去除76-78
6．1．2 畸变差改正78-80
6．1．3 影像纠正80-83
6．1．4 墙面纹理深度变化的自动检测83-84
6．1．5 立面纹理的拼接84-88
6．1．6 立面纹理的三维恢复88-90
6．2 沿主光轴序列影像的摄影测量问题的研究90-99
6．2．1 沿主光轴方向摄影立体像对的相对定向90-91
6．2．2 沿主光轴方向摄影立体像对核线影像的生成与同名点匹配91-93
6．2．3 沿主光轴序列影像中冗余影像的剔除93
6．2．4 单像空间后方交会93-96
6．2．5 基于沿主光轴方向序列影像的路面纹理恢复96-99
第七章 总结与展望99-102
参考文献102-107
攻读博士学位期间发表的主要论文107
攻读博士学位期间参加的主要科研项目107-108
致谢108
更多同类文献
CAJ全文下载
(获取全文？ 欢迎：购买知网卡、在线充值、在线咨询)
CAJViewer阅读器支持CAJ,PDF文件格式
-