无人机大数据终极支撑--影像处理云平台

无人机航测技术，一直有一个很牛X的存在——南方影像处理云平台（以下简称“云平台”），用户只需要上传无人机采集...

1、更加逼真的纹理，毫不含糊的细节

广场上有个红色雕塑，左图是2015年的三维成果影像，右图是2016年的。对比之下可以发现，雕塑的形态被更好地还原了，不管是细节还是形态都得到了完美的呈现。



下面是某城市的实景三维图。左边是2015年的，右边是2016年。许多在以前无法准确重建的楼房模型和扭曲变形的贴图纹理，都在如今得到了完美重现。



2、更高效的空三处理

云平台提供的是全自动的三维重建服务，无需额外输入飞行姿态和相机参数，所有相机的位置、姿态和镜头参数均通过空三自动提取和优化——这个步骤就是空三 (Structure from Motion)。空三提供的相机位置和姿态参数是三维重建的基础中的基础。缺乏空三的成果，就无法把三维模型还原出来。

众所周知，传统空三算法在图像数量增加的时候，计算时间会呈指数级增长。例如图像数量增加2倍，但计算时间会增加4倍甚至更多。此外，如何使空三可以在多设备上并行也是一个难题。这就导致了许多城市的航拍数据，需要按照区域分块对图像进行三维重建，这样就需要控制点，才能把不同区块拼接起来，最终导致项目可控性变差，运行效率低。

针对这些问题，工程师通过设备学习和图像识别的办法，对图像进行识别和分类，大大减少了空三的计算量。并且把传统的串行式空三几何计算升级为并行分布式的计算流程。使得“云平台”在处理城市级别的大规模图像数据时易如反掌。

下方是某城市的航测数据空三结果。目前，“云平台”可以轻松整体处理 50000 张图像以上的三维建模，而无需控制点和分块处理。

3、更精细快速的网格模型重建

目前的云平台采用了网格细节优化技术，可以进一步还原细节，使得三维模型更加贴近于真实场景。这对于视觉效果和精确计量都是至关重要的。云平台会根据相片中的每个像素调整每个三角面的位置和朝向，使得每个三角面都尽可能还原物体的几何形态。

在实际的航拍中，楼面、屋顶等有重复纹理的特征。如何重建重复纹理的区域，一直是三维建模的一大痛点。对此，云平台专门进行了相关优化。一般的建模算法（下图左）在重复纹理区域时常常出现阶梯状的网格模型，而经过优化的云平台引擎可以很好地消除这种状况，呈现正确、完整的重复纹理结构。重复纹理部分的隆起与塌陷问题也随之消失。屋顶部分的建模自然而逼真。4、更简化的网格模型最新的“云平台”给三维建模得到的网格模型引入了更智能的网格简化算法，使模型的平面部分更加简化，让平面更加平整，但是细节部分却没有丝毫降低。新的模型简化算法让模型文件大小比原来减小了60%，此外还有以下优势：

1. 更快的网络加载速度
2. 更少的内存消耗
3. 更优的 CPU 和 GPU 渲染效率

5、更自然、更漂亮的纹理贴图“云平台”采用了新的纹理贴图算法，并加入了自动匀色功能，让不同曝光和白平衡的照片贴图呈现同一色调，使模型纹理看起来更加自然。同时，它也能处理一些因高亮和反射产生的不一致纹理（如上图），让模型整体看起来更加逼真。

6、更快速和逼真的三维渲染

三维渲染，一直是三维效果呈现的关键。一些较大的场景的三角面片数量动辄以亿计。对于这一量级的模型，即便是专业的三维软件，也倍感吃力。如何在网页上实时渲染更是业界难题。“云平台”的场景分解算法，在帧率和视觉效果之间寻求到最佳平衡点。在保证顺畅交互的同时，大幅增加了人能观赏到的细节。云平台的三维浏览引擎使用这个“四两拨千斤”的方式，渲染再大规模的模型也可以举重若轻。

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