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1、第24卷第6期遥感技术与应用Vol.24No.62009年12月REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATIONDec.2009建筑物三维重建方法综述1112王继阳,文贡坚,吕金建,李德仁(1.国防科技大学电子科学与工程学院ATR重点实验室,湖南长沙410073;2.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079)摘要:建筑物三维重建的最终目的是高精度、全自动、逼真地生成建筑物的三维模型,它是涉及摄影测量与遥感、计算机视觉、计算机图形学和模式识别等领域的一个热点问题。从建筑物检测、三维模型重建以及模型可视效果增强等3个方面出发
2、总结了现有解决该问题的方法,并从自动化程度、适用范围、复杂性等方面对一些代表性的方法进行了对比分析。最后根据当前的研究现状和应用需求,提出了若干个开放性问题和一些可能的解决途径。关键词:三维重建;建筑物检测;建筑物模型;纹理映射;综述中图分类号:TP231.5文献标志码:A文章编号:100420323(2009)06208322091引言完成到主要由机器自动完成,再到当前正在努力实现的全自动建筑物三维重建系统。目前已有多套成建筑物三维重建是获取建筑物三维结构信息的熟的商业半自动系统,如CC2Modeler[4]、in2重要手段,在城市规划、灾害监测、通信设施建设和J
3、ECT[5]、Ascender[6]、ETIS[7]等。数字城市等领域具有非常广泛的应用。长期以来,张祖勋院士[8]总结了建筑物三维重建研究的最它一直是摄影测量、遥感、计算机视觉、模式识别以新发展,对当前各种可用数据源的特点进行对比分及测绘等领域长期研究的重要课题。目前国际上具析,从几何建模与纹理映射两个方面介绍了几种有有代表性的研究机构有瑞士的苏黎世工业大学、德代表性三维重建方案的基本原理、存在的问题及其国的波恩大学、英国的牛津大学、法国国家信息与自解决途径。Hu[9]从数据源角度列举了建筑物重建动化研究所(INRIA)以及美国的南加州大学等,国的实现方法,分析了
4、利用立体影像、主动传感器(激内的研究机构主要有武汉大学、华中科技大学以及光扫描仪和LIDAR)数据以及多传感器数据融合的中科院遥感所等。在几十年的发展过程中,三维重实现特点及适用解决的问题。Heuel[10]等从应用模建方法研究呈现以下几个特点:①可用数据源越来型的角度概括已有建筑物三维重建的两套思路,对越丰富,经历了由单一立体航空遥感影像对到多影比了两种模型的优缺点,提出了融合两种模型的设像集成,再到多数据源融合的过程,新增数据包括想。这些研究从不同角度或实现过程概括了已有的[1][2,3]LIDAR、地面规划图、DEM、SAR、InSAR等;建筑物三维重建方法,
5、描述了该问题的解决框架,但②对建筑物的描述越来越细致,可重建的建筑物类它们对建筑物三维重建的过程描述不够全面,对已型由简单的长方体模型到具有普遍意义的尖顶、人有方法的对比分析还比较粗略,难以对三维重建问字形以及平顶多边形等,再到复杂独特的建筑物模题解决方法的选择提供更具体的指导。型,从而可以更加细致地描绘建筑物的结构,逐步提本文将建筑物的三维重建过程概括为3个步高模型可测量精度;③建立的商业系统或实验原型骤:建筑物区域检测、建筑物三维模型重建以及模型系统自动化程度越来越高,由最初的主要依靠人工可视效果增强,期望通过对重建过程的更细致分解收稿日期:2009202228
6、;修订日期:2009207228基金项目:国家自然科学基金(60872153),863计划(2006AA12Z140)项目资助。作者简介:王继阳(1980-),男,博士研究生,主要研究领域为数字摄影测量与遥感、计算机视觉、图像理解等。E2mail:sunrice-yy@yahoo.com.cn。第6期王继阳等:建筑物三维重建方法综述833[3]和已有重建方法的对比分析,对建筑物三维重建方达亚分米级,高程精度也逐步提高,但该类型数据法的选择提供具体和直接的指导。更适合于地形地貌的描述,对于具有高落差结构的建筑物来说,SAR图像自身的一些技术难题如阴影2建筑物区域检测和
7、叠掩等不易解决,相位解缠也是一个尚未有效解作为建筑物三维重建过程的预处理步骤,目的决的问题。在于定位和孤立待重建的建筑物区域,它的实现具2.2高度数据分割[11]有以下优点:一是可以根据指定区域选择相关特高度数据分割的目的是从整个场景中分割得到征,减少特征编组和特征匹配错误;二是场景区域的高于地面的目标区域。已有的分割方法可大致分为分类能被用于选择合适的目标模型或重建方法;三3类:一是利用区域的DEM和DTM数据,两者相是能为一些参数提供定量信息,如主动轮廓的初始减获得高出地面的场景目标区域,该方法要求观测点或参数模型的初始化等。地域的DTM比较平坦,且高出地面
