摘要
随着我国城镇化进程的不断提高，城市空间和复杂度日益增大，精细化城市管理面临严峻的考验，2019年自然资源部在“十四五”基础测绘规划编制提出的重要方案中，明确表示急需推进实景三维中国建设和做好智慧城市数据平台建设，在该背景下，作为智慧城市空间载体的三维数字城市模型，对其动态可视性需求增强，而建筑物三维模型作为智慧城市的重要基础框架数据，对其现势性和准确性需求也更为迫切。近年来，迅速发展的倾斜航空摄影测量技术可快速、高效地获取大面积城市实景三维模型数据，但所自动构建的三维模型仅是无语义拓扑关系的整体场景连续三维表面模型，仅适合于整体场景的宏观可视化浏览等简单应用，无法满足精细化城市管理等应用需求。因此，开展实景三维模型建筑物单体化方法研究对于推进智慧城市精细化管理建设具有重要的意义。 本文通过引入现有视觉显著性理论，设计一种融合建筑物高程信息的空间视觉显著性表达模型，研究基于空间视觉显著性表达的实景三维模型中建筑物单体化提取方法，以实现从整体实景三维模型到建筑物单体化模型的自动构建，为基于倾斜摄影测量的精细单体化三维数据快速获取提供有效的方法支撑，本文主要研究内容如下： （1）空间视觉显著图的生成。 通过借鉴人眼视觉注意机制，在现有视觉显著性特征提取基础上，增加对影像中地物高度特征的提取，研究多特征融合的空间视觉显著性表达模型，以及影像中各个像素的空间视觉显著性值的计算方法；集成像方特征信息与物方空间信息进行显著性检测，研究多特征融合的实景三维模型空间视觉显著性图自动生成方法，以得到更加突出实景三维模型中建筑物目标的空间视觉显著图。 （2）基于空间视觉显著性的实景三维模型单体建筑物的自动提取 在实景三维模型空间视觉显著图生成的基础上，分析建筑物轮廓的边缘特征，研究空间视觉显著图中建筑物连通区域轮廓的提取方法；研究获取建筑物目标的几何边缘线、边缘面特征、轮廓最小规则外包矩形的像方顶点坐标数据，从空间视觉显著图中提取建筑物目标；研究建筑物轮廓外包矩形顶点在像方坐标和真实物方坐标之间的转换方法，获取单体建筑物在真实三维场景中的位置信息，从生成的实景三维模型中分割提取出包含单个建筑物的粗略单体化建筑物模型；研究单体建筑物墙立面、屋顶的三角面片特征，对提取的粗略单体建筑物模型做进一步的处理，从而得到精细化的建筑物单体模型。 （3）实景三维模型单体化建筑物模型提取的原型系统设计与实现 在上述研究方法的基础上，针对实际应用需求，基于C#开发语言，设计并实现基于空间视觉显著性的实景三维模型建筑物单体化提取原型系统。以南京师范大学仙林校区部分区域的无人机倾斜多视影像为实验数据，进行空间视觉显著性检测，以及建筑物单体化模型的粗提取和建筑物三角面片特征约束下的精细单体化提取等方面的实验验证。实验结果表明本文提出的方法提高了图像中单体建筑物的识别准确度，能得到视觉纹理较好、模型精度较高的精细单体化建筑物三维模型。
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