[发明专利]一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，为了实现在计算机上模拟无人机航测的基本操作，通过倾斜摄影测量、贴近摄影测量、激光扫描数据三维重建和人工建模等多种方式获取现实场景的三维精细模型，或者通过人工建模方式获得非现实场景的三维场景模型，判断设置的无人机航线是否与三维场景模型相交，虚拟无人机沿航线飞行，以虚拟无人机的第一视角，或在其附近的视点以第三视角在计算机上显示相应的虚拟摄影图像，在航线上的每个悬停拍摄点进行虚拟摄影，获取不同天气的光照模型下的三维场景模型相应的虚拟摄影图像，进行虚拟摄影图像的像控点布设，利用航测内业软件将上述虚拟摄影图像生成虚拟仿真系统的地理信息产品。

技术领域

本发明涉及无人机航测虚拟仿真技术领域，具体涉及一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法。

背景技术

无人机航测外业操作具有一定的风险，在对航测的实际地形不熟悉的情况下，利用地面站航线规划不当，或者遇到大风等天气，容易造成炸机危险；光照等天气条件对无人机航测外业影像拍摄效果产生直接影像，即对航测内业数据生成效果产生重要影响，需要选择合适的光照条件进行无人机航测外业拍摄。

无人机摄影测量虚拟仿真实验平台以测绘无人机、室内地形地貌沙盘和数字摄影测量工作站为基础，模拟实际航空摄影测量及4D产品生产，设计了航线规划、飞行模拟、相机操控、数据处理软件使用、4D数据产品生产等实验内容。

室内地形地貌沙盘根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、木材和其它材料堆制的模型，地形地貌沙盘是硬件结构，制作困难，不便于更新，种类少；而三维实景模型建模方式多，包括倾斜摄影测量、贴近摄影测量、激光扫描数据三维重建和人工建模等，三维建模方式灵活、精度高。

贴近摄影测量是区别于垂直航空摄影测量、倾斜摄影测量的第三种摄影测量方式。贴近摄影测量主要解决现有技术无法高效获取地面(如滑坡、大坝、高边坡等)或者人工物体表面(如高大古建筑、地标建筑等)亚厘米级甚至毫米级超高分辨率影像，进而难以实现精细化三维重建的问题。

现有的无人机航测虚拟仿真软件，不支持现实场景的三维精细建模，不支持不同天气的光照模型下的三维场景模型的虚拟摄影，不支持基于虚拟摄影图像的三维建模，不支持基于三维场景模型的航线碰撞检测等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，包括以下步骤：

S1，通过旋翼无人机倾斜摄影测量、贴近摄影测量、激光扫描数据三维重建或人工建模的方式获取三维场景模型，生成虚拟无人机的三维模型，确定虚拟相机A和B的内部参数；

S2，通过虚拟仿真系统所配备的模拟操控设备与系统进行交互操作，设置地面站的无人机航线类型和航测参数，包括飞行范围、飞行速度、航高、航向重叠度、旁向重叠度，可以确定无人机航线的每个等时间间隔点和悬停拍摄点的空间位置，以及在上述空间位置上的虚拟无人机和虚拟相机A的姿态；

S3，以设置的航线为轴线，虚拟无人机的包围球半径为半径构成空间圆柱体，检测该空间圆柱体是否与飞行范围内的三维场景模型相交，若相交，则虚拟无人机与上述的三维场景模型发生碰撞，计算机显示发生碰撞的空间位置，则航线类型和航测参数设置错误，转到步骤S2执行，否则执行步骤S4；

S4，虚拟无人机沿步骤S2设置的航线飞行，可以选择或者不选择天气等自然条件对虚拟无人机位置和姿态的修正，每间隔一定时间，以虚拟无人机的第一视角，或在其附近的视点以第三视角在计算机上显示相应的虚拟摄影图像，在航线上的每个悬停拍摄点进行虚拟摄影，获取不同天气的光照模型下的三维场景模型的虚拟摄影图像，悬停拍摄点的地理信息坐标记录在pos文件中；