一、产品综述Products

　　融合LiDAR点云与影像的三维重建系统（LiDAR_R3D）是技术发展研究院自主研发，具有完整知识产权的一套数字建筑模型三维重建系统。

　　软件通过机载LiDAR点云分析建筑物模型结构组成、拓扑位置关系，获得空间矢量数据，并融合同源影像，自动化纠正模型矢量，生成高精度建筑三维模型。针对建筑物矢量三维模型数字产品的生产要求，依托强大的多源数据分析处理能力，系统可以对建筑模型进行准确快速的三维重建，为国内LiDAR点云数据处理提供一套全新的三维建模技术处理解决方案。

二、系统功能 Features

　　融合LiDAR点云与影像的三维重建系统主要分为三个功能：自动化建模，矢量模型编辑，模型纹理映射。

 图1  系统功能

1.自动化建模

       （1）点云平面分割

　　点云平面分割是对属于同一区域或者同一表面的点云进行统一标号的过程，是进行三维重建的关键步骤。分割结果可以帮助作业人员快速分析房屋结构，辅助编辑自动化生成的线框模型。

图 2  点云平面分割

      （2）自动生成模型框架线

　　通过自动化判断模型拓扑关系，确定线型（包括边界线、阶跃线、相交线）结构，从而自动生成模型框架线。

图 3 自动生成模型框架线

     （3）自动生成DBM（数字建筑模型）

　　根据DEM内插房屋模型底面高程，计算模型平面法向量，生成建筑白模模型。同时，系统可自定义设置模型渲染（包括定义光照、材质、模型颜色）。

图 4自动生成DBM

       2.矢量模型编辑

　　矢量模型编辑是对配准后的影像和建立的点云三维矢量模型进行叠加显示。通过叠加原始点云进行三维矢量编辑，可保证模型高程精度，同时叠加同源影像进行编辑，保证模型矢量线平面精度。

图 5  影像叠加编辑模型房屋边界

图 6 点云叠加编辑模型平面高程

       3.模型纹理自动提取

　　系统的影像工程支持倾斜相机数据的导入，根据相机不同角度的拍摄计算模型遮挡，自动计算建筑物模型纹理，在同源影像下提取出模型纹理。 图7（a），（b），（c）为不同角度拍摄的影像图，（d）为纹理自动提取结果。图8 为整体测区模型纹理提取结果。

图 7 纹理自动提取（a）

 （b）  

（c）

（d）

图 8 自动提取模型纹理

　　三、独特优点Benefits

　　自动化程度高： 采用多核并行计算点云平面分割，建筑物矢量模型提取、DEM自动渲染模型、融合影像下的边界纠正。

　　技术工艺成熟：随机抽样一致下的最小二乘平面计算保证高程精度，融合同源影像下的模型纠正保证建筑二维矢量准确。

　　交互编辑界面友好：根据用户使用经验，对交互操作方式借鉴了国内外同类产品的优点，并根据用户要求，开发了类CAD式的交互操作界面。

　　四、应用案例Applications

　　加拿大测区

　　下图是对加拿大测区300块建筑物进行外边界提取和拓扑关系的三维重建结果。

图 9 加拿大数据白模（一）

图 10 加拿大数据白模（二）

广州科学城测区

下图是对广州科学城200块建筑物外边界提取和拓扑关系的三维重建结果。

图 11点云下的立体模型

图 12 同源影像下的立体模型

图 13 自动提取模型纹理