Anwendung von Image RTK bei der 3D-Modellierung antiker Gebäude

Gebäude-3D-Modellierung – vRTK

Antike Architektur ist ein Zeugnis der menschlichen Zivilisation und ihrer Geschichte. Es ist ein integraler Bestandteil unseres kulturellen Erbes, aber leider verschwindet es aufgrund des natürlichen Verfalls, der durch geografische Faktoren verursacht wird, langsam. Mit dem Aufkommen der 3D-Technologie können wir nun jedoch einige dieser großartigen Werke in lebendigen Details nachbilden! Mit dieser Technologie können wir antike Bauwerke nicht nur besser vor weiterem Verfall schützen, sondern sie auch für die Nachwelt bewahren.

Hintergrund des Projekts

Auf Wunsch eines Kunden haben das UAV-Studio und die School of Architecture and Engineering einer Schule in der Provinz Hunan, China, präzise 3D-Modellierungsarbeiten an zwei wichtigen historischen Stätten durchgeführt – dem ehemaligen Wohnsitz von Huang Xing und dem alten Haus von Xu Guangda. Die erste ist offiziell als wichtige Einheit zum Schutz kultureller Relikte aufgeführt und erstreckt sich über eine Fläche von 6,45 Hektar. Andererseits ist Xu Guangda auch dafür bekannt, zu Lebzeiten ein einflussreicher Gelehrter zu sein, der bis heute viele wertvolle Werke hinterlassen hat. Durch unsere Forschungsergebnisse aus hochauflösenden Luftbildern in Kombination mit Datenanalysen der Bodenfernerkundungstechnologie, die mithilfe unbemannter Flugzeuge (UAVs) gesammelt werden, hoffen wir, ihre Geschichten für spätere Generationen besser zu verstehen und gleichzeitig ihr kulturelles Erbe für zukünftige Studienzwecke zu bewahren.

Schmerzpunktanalyse

Die herkömmliche 3D-Modellierung basiert häufig auf Daten, die bei der Neigungsfotografie von UAVs gesammelt wurden. Allerdings weist diese Methode ihre eigenen Einschränkungen auf, die den Anforderungen der Feinmodellierung von Gebäuden nicht gerecht werden. Erstens ist es aufgrund von Winkel- und Entfernungsproblemen nicht möglich, eine ausreichend detaillierte Textur für die Fassade zu erfassen. Zweitens haben viele traditionelle Gebäude breite Traufen, die mit der UAV-Neigungsfotografie nur schwer oder gar nicht erfasst werden können. Drittens verhindert die Behinderung durch Bäume rund um das Gebäude, dass die UAV-Neigungsfotografie die Textur der Gebäudefassade vollständig erfassen kann.

Um einige dieser Unzulänglichkeiten der UAV-Neigungsfotografie-Modellierungsmethode auszugleichen, werden üblicherweise ergänzende Methoden eingesetzt, wie z. B. die manuelle Steuerung des UAV, um zusätzliche Bilder von Gebäudefassaden und -details aufzunehmen – aber selbst dann bleiben Herausforderungen bestehen, da es nur begrenzt geeignet ist für hohe oder große Bauwerke mit ausreichend Freiraum rund um die Gebäude. Bei dem ehemaligen Wohnsitz in diesem Projekt handelt es sich um ein einstöckiges Haus, in dessen Umgebung hohe Bäume stehen. Daher wurde festgestellt, dass diese Methode ein größeres Sicherheitsrisiko birgt als andere verfügbare Methoden. Es ist daher nicht für den Einsatz geeignet. Eine andere Methode besteht darin, zusätzliche Fotos des Gebäudes wie die Fassade des Wohngebäudes und Details manuell am Boden mit einer normalen Kamera aufzunehmen. Allerdings bereitet diese Methode auch zusätzliche Schwierigkeiten bei der Integration der gemeinsamen Fotos und der Luftbilder in der Nachbearbeitungsphase, da es weder genaue POS-Positionsdaten auf den gemeinsamen Fotos gibt, noch es an effektiver Schichtung und Überlappung mit Luftbildern mangelt, außerdem an Auflösung und CMOS Die Bildpunktgröße zwischen gewöhnlichen Kameras und Luftbildkameras ist unterschiedlich. Daher ist diese Methode nicht anwendbar.

Diese Einschränkung der herkömmlichen 3D-Modellierungsmethoden hat Experten der Branche dazu veranlasst, nach Alternativen für die Feinmodellierung von Gebäuden zu suchen.

Implementierungsprogramm

Die Aufgabe übernimmt das kollaborative Verfahrenssystem von Hi-Target vRTK + UAV, um 3D-Modelle zu verfeinern. Wir haben UAV-Neigungsfotografie eingesetzt, um Bilder des Daches und der Fassade zu erhalten, und vRTK, um Bilder der Gebäudefassade aufzunehmen. Anschließend werden die Ergebnisse der Aerotriangulation, die aus der separaten Berechnung der Aerotriangulation stammen, direkt für die 3D-Modellierung zusammengeführt.

Der größte Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die von vRTK, einem GNSS-RTK mit Bildpositionierungstechnologie, aufgenommenen Bilder genaue POS-Daten (Genauigkeit auf RTK-Niveau) enthalten, aber auch dasselbe Koordinatensystem verwenden und keine Verbindungspunkte festgelegt werden müssen Bildkontrollpunkte bei der Berechnung der Aerotriangulation.

Diese Methode reduziert den Arbeitsaufwand und macht die Büroarbeit einfacher als je zuvor.

Arbeitsablauf

1. Physikalische Anwendung

1）UAV-Neigungsfotografie

Anwendung der Fünf-Wege-Neigungsfotografiemethode bei Verwendung eines UAVs einer chinesischen Marke für Neigungsluftaufnahmen.

2) vRTK bodengestützte Nahbereichsfotografie

Mit dem vRTK können Sie Nahaufnahmen von Gebäudewänden machen, die scharf erfasst werden müssen, sowie von Oberflächen, die von Bäumen verdeckt werden.

Die Aufnahmemethode besteht im Allgemeinen darin, eine Fassade als Objekt zu nehmen und die Aufnahmen so durchzuführen, dass die benachbarten Bilder überlappt werden, die Kamera mit Nah- und Fernabständen platziert wird und die Ansicht geneigt werden kann. wie im Folgenden gezeigt.

Dabei muss die Nahbereichsfotografie von Hi-Target vRTK für die Aufnahme zusätzlicher Bilder das gleiche Koordinatensystem und Höhensystem wie die UAV-Neigungsfotografie haben. In diesem Projekt werden das Geoid, das China Geodetic Coordinate System 2000 und die China Mobile CORS-Basisstation verwendet. Nach zwei Betriebsstunden vervollständigte der Techniker den physischen Datensatz der beiden ehemaligen Wohnhäuser.

2. Datenverarbeitung

Die vom UAV gesammelten Luftbilder und die von Hi-Target vRTK gesammelten Nahaufnahmen des Gebäudes werden jeweils durch Aerotriangulation verarbeitet, und alle Ergebnisse der Aerotriangulation werden im letzten Schritt für die 3D-Modellierung kombiniert. Die Verarbeitung der gesamten Daten dauert insgesamt zwei Stunden.

Ergebnis

Anhand des generierten 3D-Modells fällt auf, dass die vom vRTK aufgenommenen zusätzlichen Bilder die Textur der Gebäudefassade erheblich verbesserten und die fehlenden Traufelemente und die Baumschattierung des fehlenden Gebäudefassadenmodells durch die UAV-Neigungsfotografie ergänzten.

Im Vergleich zu dem 3D-Modell, das nur aus der UAV-Neigungsfotografie erstellt wurde, kann das dieses Mal erstellte 3D-Modell die detaillierte Struktur des Gebäudes sowie sowohl die architektonischen Elemente an der Fassade, unter den Dachvorsprüngen und Bäumen als auch die tragenden kulturellen Elemente deutlich zeigen Das Gebäude kann fein dargestellt werden, um den Anforderungen des Projekts gerecht zu werden.

Projektübersicht

Aus der Umsetzung dieses Projekts können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden.

(1) Die Methode der Anwendung des Hi-Target vRTK als Ausgleich für das bodengestützte Schießen in Verbindung mit der UAV-Photogrammetrie verbessert die Arbeitseffizienz erheblich. Es dauert nur zwei Stunden, um eine Gesamtfläche von 8,07 Hektar der beiden ehemaligen Wohngebiete zu erfassen.

(2) Hi-Target vRTK-Fotos mit POS-Daten haben das gleiche Koordinatensystem wie die UAV-Luftbilder, was eine interne Modellierung ohne Verwendung von Verbindungspunkten und eine direkte Zusammenführung der Aerotriangulationsergebnisse für die Modellierung ermöglicht, was den internen Betriebsprozess vereinfacht und die Arbeitsbelastung reduziert Interne Industrie und verbessert die Effizienz der internen Verarbeitung, da die Fertigstellung des verfeinerten Modellbaus nur 2 Stunden dauert.

(3) Die verwandten Parameter zwischen UAV und Hi-Target vRTK liegen nahe beieinander und verursachen keine großen Unterschiede in der Bildauflösung, sodass die Modellfusion stark ist und das generierte 3D-Modell natürlich und fein ist.

(4) Die von Hi-Target vRTK aufgenommenen bodengestützten Fotos ergänzten und verbesserten effektiv die lokalen Details und Texturen des Gebäudes und lösten das Problem, die Texturen des Gebäudes unter der Dachtraufe und verdeckt durch Bäume zu erhalten.