Application d'Image RTK à la modélisation 3D de bâtiments anciens

Modélisation 3D du bâtiment - vRTK

L'architecture ancienne témoigne de la civilisation humaine et de son histoire. Il fait partie intégrante de notre patrimoine culturel, mais malheureusement, en raison du déclin naturel causé par des facteurs géographiques, il disparaît lentement. Cependant, avec l’avènement de la technologie 3D, nous pouvons désormais recréer certaines de ces grandes œuvres avec des détails éclatants ! Cette technologie nous permet non seulement de mieux protéger les structures anciennes d’une nouvelle détérioration, mais elle les préserve également pour la postérité.

Contexte du projet

À la demande d’un client, le studio UAV et l’École d’architecture et d’ingénierie d’une école de la province du Hunan, en Chine, ont réalisé un travail de modélisation 3D précis sur deux sites historiques majeurs : l’ancienne résidence de Huang Xing et l’ancienne maison de Xu Guangda. La première est officiellement répertoriée comme une importante unité de protection des reliques culturelles et couvre une superficie atteignant 6,45 acres. D'un autre côté, Xu Guangda est également connu pour avoir été un érudit influent de son vivant qui a laissé derrière lui de nombreux ouvrages précieux jusqu'à ce jour. Grâce aux résultats de nos recherches obtenus par des photos aériennes haute définition combinées à l'analyse des données de la technologie de télédétection au sol recueillies à l'aide de véhicules aériens sans pilote (UAV), nous espérons mieux comprendre leurs histoires pour les générations futures tout en préservant leur patrimoine culturel à des fins d'études futures.

Analyse des points douloureux

La modélisation 3D traditionnelle s'appuie souvent sur les données collectées à partir de la photographie d'inclinaison d'un drone. Cependant, cette méthode a ses propres limites qui ne répondent pas aux besoins de la modélisation fine des bâtiments. Premièrement, en raison de problèmes d’angle et de distance, il ne peut pas capturer une texture suffisamment détaillée pour la façade. Deuxièmement, de nombreux bâtiments traditionnels ont de larges avant-toits qui peuvent être difficiles, voire impossibles, à capturer avec une photographie inclinée par drone. Troisièmement, l'obstruction des arbres autour du bâtiment empêche la photographie inclinée du drone de capturer pleinement la texture de la façade du bâtiment.

Pour compenser certaines de ces insuffisances de la méthode de modélisation de la photographie d'inclinaison du drone, des méthodes supplémentaires sont couramment utilisées, telles que le contrôle manuel du drone pour prendre des photos supplémentaires des façades et des détails des bâtiments - mais même dans ce cas, des défis subsistent en raison de sa nature limitative. pour les structures hautes ou grandes avec un dégagement suffisant autour des bâtiments. L'ancienne résidence de ce projet est une maison de plain-pied entourée de grands arbres. Cette méthode a donc été identifiée comme présentant de plus grands risques pour la sécurité que les autres méthodes disponibles. Son utilisation n'est donc pas adaptée. Une autre méthode consiste à prendre manuellement des photos supplémentaires du bâtiment, comme la façade des bâtiments résidentiels et les détails au sol, à l'aide d'un appareil photo normal. Cependant, cette méthode a également posé des difficultés supplémentaires dans l'intégration des photos communes et aériennes dans l'étape de post-traitement, car il n'y a ni données de position précises sur les photos communes ni manque de superposition et de chevauchement efficaces avec les photos aériennes. De plus, la résolution et le CMOS la taille des points d'image entre les caméras ordinaires et les caméras d'enquête aérienne est différente. Cette méthode n’est donc pas applicable.

Cette limitation des méthodes traditionnelles de modélisation 3D a conduit les experts du secteur à explorer des alternatives pour la modélisation fine des bâtiments.

Programme de mise en œuvre

La tâche adopte le système de procédure collaborative Hi-Target vRTK + UAV pour affiner les modèles 3D. Nous avons appliqué la photographie d'inclinaison par drone pour obtenir des images du toit et de l'élévation, et le vRTK pour prendre des images de la façade du bâtiment. Ensuite, fusionner les résultats de l'aérotriangulation, issus du calcul séparé de l'aérotriangulation, pour une modélisation 3D directement.

L'avantage le plus important de cette solution est que les images prises par vRTK, un GNSS RTK doté d'une technologie de positionnement d'image, contiennent des données POS précises (précision du niveau RTK), mais partagent également le même système de coordonnées, et il n'est pas nécessaire de définir des points de connexion ou points de contrôle d'image lors du calcul de l'aérotriangulation.

Cette méthode réduit la charge de travail et rend le travail de bureau plus facile qu'auparavant.

Flux de travail

1. Application physique

1) Photographie d'inclinaison d'UAV

Application de la méthode de photographie à cinq inclinaisons lors de l'utilisation d'un drone de marque chinoise pour la photographie aérienne inclinable.

2) Photographie rapprochée au sol vRTK

Utiliser le vRTK pour prendre des photos en gros plan des murs du bâtiment qui doivent être capturés au point ainsi que des surfaces cachées par les arbres.

La méthode de prise de vue consiste généralement à prendre une façade comme objet et à effectuer des prises de vue en superposant les images voisines, en plaçant la caméra à des distances proches et lointaines et en inclinant la vue. comme le montre ce qui suit.

Dans le processus, la photographie à courte portée au sol Hi-Target vRTK pour prendre des images supplémentaires doit partager le même système de coordonnées et le même système d'élévation avec la photographie d'inclinaison du drone. Le géoïde, le système de coordonnées géodésiques chinois 2000 et la station de base China Mobile CORS sont utilisés dans ce projet. Après deux heures de fonctionnement, le technicien a complété le relevé physique des deux anciennes habitations.

2. Traitement des données

Les photos aériennes collectées par le drone et les photos en gros plan du bâtiment collectées par Hi-Target vRTK sont traitées respectivement par aérotriangulation, et tous les résultats de l'aérotriangulation sont combinés pour la modélisation 3D lors de la dernière étape. Au total, deux heures sont nécessaires pour traiter l'ensemble des données.

Résultat

Grâce au modèle 3D généré, il est à noter que les images supplémentaires prises par le vRTK ont considérablement amélioré la texture de la façade du bâtiment et ont complété les éléments d'avant-toit manquants et l'ombrage des arbres manquant dans le modèle de façade du bâtiment par la photographie d'inclinaison du drone.

En comparaison avec le modèle 3D généré uniquement à partir de la photographie d'inclinaison du drone, le modèle 3D généré cette fois peut montrer clairement la structure détaillée du bâtiment, ainsi que les éléments architecturaux de la façade, sous les avant-toits et les arbres, ainsi que les éléments culturels qui soutiennent. le bâtiment peut être finement affiché pour répondre aux besoins du projet.

Résumé du projet

Grâce à la mise en œuvre de ce projet, les conclusions suivantes peuvent être tirées.

(1) La méthode d'application du Hi-Target vRTK pour compenser la prise de vue au sol, en conjonction avec la photogrammétrie du drone, améliore considérablement l'efficacité du travail. Il ne faut que deux heures pour compléter une superficie totale de 8,07 acres de collecte de données sur le terrain des deux anciennes résidences.

(2) Les photos vRTK Hi-Target avec les données POS partagent le même système de coordonnées que les photos aériennes du drone, permettant une modélisation interne sans utiliser de points de connexion et fusionnant directement les résultats d'aérotriangulation pour la modélisation, ce qui simplifie le processus de fonctionnement interne et réduit la charge de travail du industrie interne et améliore l'efficacité du traitement interne en ne prenant que 2 heures pour terminer la construction du modèle raffiné.

(3) Les paramètres associés entre UAV et Hi-Target vRTK sont proches et ne provoquent pas d'énormes différences dans la résolution de l'image, de sorte que la fusion de modélisation est forte et que le modèle 3D généré est naturel et fin.

(4) Les photos au sol prises par Hi-Target vRTK ont complété et amélioré efficacement les détails et les textures locales du bâtiment, et ont résolu le problème de l'obtention des textures du bâtiment sous les avant-toits et obscurcies par les arbres.