傾斜攝影三維建模及應(yīng)用是近年來(lái)測(cè)繪領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的企業(yè)為此都在積極探索，以推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的健康發(fā)展和落地應(yīng)用。然而，什么樣的技術(shù)才是真正符合用戶實(shí)際應(yīng)用需求的?在這里，我們要和大家講解傾斜攝影應(yīng)用的兩個(gè)重要話題——傾斜攝影自動(dòng)化建模成果(后文簡(jiǎn)稱“傾斜模型”)的數(shù)據(jù)組織和單體化。
　　數(shù)據(jù)組織：要LOD 更要便捷和安全
　　傾斜模型的一個(gè)突出的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)量龐大，這是因其技術(shù)機(jī)制、高精度、對(duì)地表全覆蓋的真實(shí)影像所決定的。那么，如何承載海量的傾斜模型數(shù)據(jù)、保證快速加載和流暢渲染?這是傾斜攝影技術(shù)順利實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的第一大“攔路虎”，必須拿下。是直接讀取OSGB格式的傾斜攝影模型海量數(shù)據(jù)，還是需要導(dǎo)入和處理數(shù)據(jù)格式后讀取?這是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
　　解決這個(gè)問(wèn)題之前，我們先明確下LOD(Level of Detail)這個(gè)概念。LOD是GIS平臺(tái)提高性能的一個(gè)重要法寶，即對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)從清晰到模糊有多份。當(dāng)屏幕視角距離某個(gè)地物近時(shí)，軟件自動(dòng)調(diào)用最清晰層的數(shù)據(jù);當(dāng)屏幕視角遠(yuǎn)離該地物時(shí)，則自動(dòng)切換為模糊層的數(shù)據(jù)。由于人眼本來(lái)就無(wú)法看清遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)，因此這樣做并不影響視覺(jué)效果。例如影像金字塔、地圖分比例尺切圖等，都采用此方式。
　　對(duì)于手工建模的模型，一般是通過(guò)三維GIS平臺(tái)自行計(jì)算出多層LOD，并處理其遠(yuǎn)近距離的切換關(guān)系。而對(duì)于傾斜模型，由于其技術(shù)原理是先計(jì)算稠密點(diǎn)云、經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后再構(gòu)建TIN，因此在數(shù)據(jù)生產(chǎn)的過(guò)程中，就能通過(guò)不同的簡(jiǎn)化比例來(lái)得到數(shù)據(jù)LOD，而不再需要GIS平臺(tái)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。并且數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中計(jì)算出來(lái)的LOD效果也是優(yōu)質(zhì)的。也正因?yàn)槿绱?，無(wú)論是街景工廠還是Smart3D，其生產(chǎn)出來(lái)的傾斜模型都是自帶多級(jí)LOD的，一般至少帶有5-6層，多則10層以上。
　　數(shù)據(jù)本身自帶LOD，從技術(shù)原理上就決定了其看似龐大，其實(shí)完全可以做到非常高的調(diào)度和渲染性能(只要不破換原始自帶的LOD)。這也是為什么我們使用數(shù)據(jù)廠家自帶的Viewer就可以獲得很好的加載和瀏覽性能。
　　分析到這里，相信大家就會(huì)明白：采用直接讀取傾斜模型原始OSGB格式相比采用導(dǎo)入的方式更好。為什么這么說(shuō)呢?一方面，導(dǎo)入過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，處理海量?jī)A斜模型數(shù)據(jù)往往需要數(shù)周。更重要的是，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入過(guò)程中，為了和平臺(tái)內(nèi)部格式保持一致，往往會(huì)破換原始數(shù)據(jù)的LOD，自行再構(gòu)建LOD。這樣構(gòu)建的LOD，無(wú)論是效果還是性能，都遠(yuǎn)遜于原始LOD，導(dǎo)致性能不佳。
　　此外，在格式選擇上，傾斜攝影建模軟件有內(nèi)部私有格式(如Smart3D的s3c)，另外還可輸出為OSGB和DAE兩種外部格式。其中，DAE格式由于是文本格式，直接讀取效率太低，因此被排除在外。而OSGB格式是開(kāi)源的OSG庫(kù)所自帶的二進(jìn)制格式，直接讀取效率高，且格式公開(kāi)，有免費(fèi)的開(kāi)源庫(kù)可直接使用，并且適合作為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與三維服務(wù)共享的模型傳輸格式，因此成為優(yōu)先選擇。
　　那么，有人可能會(huì)問(wèn)：OSGB作為公開(kāi)格式，若直接使用，如何解決網(wǎng)絡(luò)發(fā)布后的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)并不難解決：在服務(wù)端，我們雖然是直接讀取OSGB文件，但在網(wǎng)絡(luò)發(fā)布緩存到客戶端的模型，已經(jīng)是通過(guò)服務(wù)端加密，并在客戶端壓縮打包為一個(gè)內(nèi)部的大文件，如下圖所示。因此，直接讀取OSGB格式絕對(duì)不存在數(shù)據(jù)泄露等安全問(wèn)題。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 1服務(wù)端的OSGB文件

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 2客戶端緩存后的大文件
　　解答完上述問(wèn)題，可能還有人會(huì)問(wèn)：一大堆OSGB的小文件，拷貝和管理都很麻煩。如何解決?針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，超圖軟件正在研發(fā)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)和管理osgb文件，便于海量OSGB文件的存儲(chǔ)、拷貝、管理和服務(wù)發(fā)布。
　　值得注意的是，即便我們采用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，也是直接把每個(gè)OSGB小文件放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，而不是導(dǎo)入OSGB格式——我們堅(jiān)決不破破壞數(shù)據(jù)原有的LOD，也堅(jiān)決捍衛(wèi)OSGB格式的開(kāi)放性。彼時(shí)，數(shù)據(jù)的安全性則可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)本身的安全體系來(lái)予以保證。
　　單體化：切割還是矢量化?
　　提到單體化，可能很多人說(shuō)起來(lái)都是眼淚?；趦A斜影像，若做人工干預(yù)的建模，自然就不存在單體化的問(wèn)題，生成的模型本來(lái)就是單體的。而自動(dòng)化建模的成果，由于其生成機(jī)理，得到的模型是一個(gè)連續(xù)的TIN加貼圖，并沒(méi)有根據(jù)建筑物劃分為一個(gè)個(gè)可以單獨(dú)選中的對(duì)象。而我們都知道，在GIS管理和應(yīng)用中，若傾斜模型不能進(jìn)行對(duì)象的單獨(dú)選中和查詢，就只能和影像一樣作為底圖瀏覽，無(wú)法進(jìn)一步深入應(yīng)用。單體化成為第二大“攔路虎”，我們必須闖關(guān)成功。
　　如何實(shí)現(xiàn)單體化才是最好的?
　　很多技術(shù)人員腦海中冒出的第一個(gè)直觀的想法一定是：對(duì)傾斜模型進(jìn)行切割呀，這樣切割之后的模型就和人工建模成果一個(gè)樣了。
　　不過(guò)很遺憾地說(shuō)，這種想法貌似很完美，但其實(shí)是一條“死胡同”。只要切割一下數(shù)據(jù)，做一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)，就會(huì)一目了然了。當(dāng)看到效果的一剎那，大家一定會(huì)心涼半截。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 3 傾斜模型切割后的邊緣效果
　　如上圖，這樣的邊緣效果肯定不是用戶所想要的。更重要的是，切割之后，兩個(gè)主要后續(xù)用途都沒(méi)法實(shí)現(xiàn)：
　　一是替換人工精細(xì)建模的模型。看到這樣的鋸齒邊緣，真不知道人工建模的人員如何才能把鋸齒邊緣接上去。難以想象建模人員的抓狂。
　　第二個(gè)用途是隱藏某種類型的地物。這樣露出一個(gè)鋸齒狀的空洞，你說(shuō)評(píng)審專家是讓項(xiàng)目不過(guò)啊,不過(guò)啊還是不過(guò)啊?
　　為什么會(huì)有鋸齒呢?是切割的技術(shù)不夠高?完全不是。根源在于傾斜模型數(shù)據(jù)本身其實(shí)就是三角面片加紋理，切割算法無(wú)非是根據(jù)建筑底面來(lái)決定哪些三角面片保留，哪些三角面片被拋棄;邊緣的鋸齒其實(shí)也就是留下來(lái)靠邊的三角面片而已。說(shuō)到底是傾斜模型自動(dòng)化生成算法所決定了的，和GIS平臺(tái)真沒(méi)什么關(guān)系。
　　第二個(gè)問(wèn)題是，這樣的切割后，也拋棄了數(shù)據(jù)自帶LOD的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致GIS平臺(tái)只能按照普通模型的方法來(lái)構(gòu)建LOD。傾斜模型數(shù)據(jù)量龐大，想想這性能表現(xiàn)也是醉了。
　　切割之后存在的第三個(gè)問(wèn)題是：切割必須事先輸入對(duì)應(yīng)地物的矢量底面數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的等待，切割出來(lái)之后，若發(fā)生任何一點(diǎn)變動(dòng)，對(duì)不起，數(shù)據(jù)還得再返工切一遍。因此，其靈活性幾乎為零。
　　現(xiàn)在，讓我們換一個(gè)思路來(lái)看待傾斜模型：它事實(shí)上就是帶有TIN作為高程背景的影像。在二維GIS中，有誰(shuí)見(jiàn)過(guò)根據(jù)矢量底面來(lái)把影像數(shù)據(jù)切割為建筑物影像圖層、道路影像圖層、綠植影像圖層的嗎?正確的思路是：我們?cè)谟跋駭?shù)據(jù)上進(jìn)行矢量化，從而可以在影像+矢量的圖層上選中建筑物、道路等地物。若一定需要把影像上的某種類型地物隱藏，也是通過(guò)疊加這種地物的矢量圖進(jìn)行顯示過(guò)濾。
　　把GIS的科學(xué)原理搞清楚了，我們回過(guò)頭來(lái)再看待如何進(jìn)行傾斜模型的單體化，就胸中有丘壑了。只要試一下就知道，通過(guò)疊加的矢量底面，在渲染層面實(shí)現(xiàn)單體化，效果ganggang的：被選中的地物像是被高透膜緊密包裹，底部邊緣筆直。

　　　　　　　　　　　　　　　　圖 4 矢量化后的傾斜模型單體化邊緣效果
　　采用矢量化的方式，在保證效果、不破壞原始數(shù)據(jù)及LOD的同時(shí)，最大的好處還在于它打通了基于三維的傾斜模型和基于二維的矢量面之間的關(guān)鍵“關(guān)卡”，實(shí)現(xiàn)三維和二維GIS的完美一體化?；诖?，GIS的一系列功能(如圖查屬性、屬性插圖、緩存區(qū)分析與查詢、專題圖制作等等)都可輕松實(shí)現(xiàn)。至此，對(duì)于傾斜模型的應(yīng)用，用戶可以不用再糾結(jié)于選擇哪個(gè)GIS平臺(tái)，而是要充分發(fā)揮應(yīng)用的廣闊想象力。
　　它帶來(lái)的價(jià)值還體現(xiàn)在動(dòng)態(tài)性和靈活性的大大提升。由于疊加的矢量面只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的圖層設(shè)置就可以起作用，這也就意味著：在應(yīng)用過(guò)程中，可以隨時(shí)更換需要疊加的矢量面。當(dāng)用戶增加數(shù)據(jù)類型后，不用再大費(fèi)周章的把數(shù)據(jù)重新切割一遍，而是點(diǎn)兩下鼠標(biāo)，就可快速搞定。想一想，這是多么愜意的一件事。
　　當(dāng)然，當(dāng)前支撐傾斜攝影應(yīng)用的GIS技術(shù)還不是很完美，想用戶之所想，實(shí)現(xiàn)基于傾斜模型的更多能力、追求更優(yōu)化的性能和效果，永遠(yuǎn)是我們GIS人共同的追求。在這個(gè)技術(shù)變革“加速度”的時(shí)代，快速響應(yīng)、快速迭代、快速研發(fā)成為關(guān)鍵。