基于无人机实景建模技术的教学资源开发研究

基于无人机实景建模技术的教学资源开发研究

周兆银 廖小烽 李莹莹

重庆科技学院 401331

摘要；随着改革开放的进一步深入，我国的各个领域都在不断发展和创新，其中，教育理念发展最为快速。目前，传统的灌输式教育模式已不符合时代需求，只有现代化的教育手段才能满足当下的教学目标。不同于传统的教学模式，现代化的教育理念以培养学生思维能力为重点，同时，侧重培养学生具有创新意识和能力。当前，在学习建筑的过程中，通过建筑构件的3D化有效提高了学习效果，帮助学生加强对建筑的理解。本文主要是围绕无人机实景建模技术的教学资源开发为切入点，全面介绍了无人机实景逆向建模情况，同时，对无人机实景建模的具体过程展开了描述，以期让无人机实景建模技术得到重视，让其在教学资源方面得到应用和推广，最终，促进教学质量的提高。

关键词：无人机；实景；建模；教学

1.研究背景

目前，在技术不断革新的背景下，三维仿真技术和虚拟现实技术也都得到了长足的发展，推陈出新的各类三维产品不断让消费者眼前一亮，现已开启网络三维地图时代，用户可以根据个人需求开通并享受三维地图服务。实际上，虚拟三维地图拥有的效果非常直观，然而，却因为其纹理不具有足够的真实感、手工建模耗时成本高以及生产环节多等问题的存在，使得对其进行大规模生产无法顺利实现。无人机实景建模技术引入后，学生就可以高度还原老师所讲解的建筑实例。如此一来，通过立体知识模型形式的呈现，可以让学生的理解更加深入，提高他们的学习兴趣，从而保证获得更好的学习效果。此外，通过这项技术，能够使学生对实际建筑认识更加全面，掌握更多的建筑结构和构造知识。在实景建模的形式下，可以加强学习效果，让课程中复杂的概念、理论变得不再晦涩难懂，学生学习起来会觉得相对轻松一些，有利于上课的效率得到大幅提升，通过采取虚拟与现实相结合的手段，能够高度还原现场并模拟现场施工的步骤。

2.无人机实景逆向建模介绍

目前，实景建模必须利用倾斜摄影的方式，来选取和采集到高度重合的影像照片，之后，需要完成空三角计算，以及相应的逆向还原，最终，会得到有着原地貌纹理和高程的三维模型。如今，这项技术已经在城市测绘、文物数字化保存等多个领域内得到应用和推广。通常，实景建模而形成的模型对地貌可以高度还原，并能够得到厘米级的精度，由此，在测量和计算挖填方的工作中有着重要的作用，对施工的顺利开展有着极大帮助。

为了实现实景建模，通常必须结合起软件和硬件，使其形成适当的组合。具体而言，在硬件方面，应该选择大疆品牌的无人机，同时，需要配置两块以上的电池。此外，还应该准备一部苹果平板电脑或者手机终端，把dj go以及dj gs pro这两款官方飞行控制app全部下载到终端上。设定拍摄角度用的是gs pro，总计设定为五条航线，方向涵盖了前后左右和垂直五个，需要注意的是，必须确保存在不少于70%的旁向重叠度。通过电脑端，把实景建模程序ContextCapture非商用版下载进去。

3.无人机实景建模过程

3.1 03ContextCapture采集与导入照片

在确定起飞地点时，必须选择较为宽阔的地点进行。具体而，应该先登录dj go，成功进入后，再登录dj gs pro，这之后，就应该及时上传数据，如此一来，当飞机自动起飞后，就能够按照指定高度进行飞行，最终，到航线起点位置后会正式开始飞行。每次的自动拍照都会有两秒钟的时间间隔，其有着1080P的分辨率。飞行过程中，飞机将按照设定的航线完成一定重叠度的定时拍照工作，期间，会把拍摄的照片全部导入模型内部。

图1 照片导入流程

3.2实景建模完成
实景建模的本质是根据目标区域特征，所获得的带纹理的三维网格，其最明显的特征一是带有纹理，二是体量。因此，在实际应用过程中，通常会使用其中一个或全部特征。

图2 实景建模完成效果图

利用纹理：采取实景建模的方式，可以对目标区域高度还原，从而形成相应的静态形象，由此，可以清楚掌握目标区域的地貌和现场真实情况。实际应用时，能够很好得用于拆迁时点查相关情况，包括区域内的树木数量、农田面积等，以便掌握真实的施工情况;使用于山区时，能够观察到山道的数量和情况，为便道设计提供数据；和bim结合后，可以结合实景建模和路桥桥梁三维模型，从而达到更加逼真的渲染效果，能够掌握更加全面的周边环境，由此，能够有助于方案设计和汇报工作的开展。

4.实施效果

4.1提升课堂教学质量

高校转型发展的步伐持续推进，传统教学模式已无法跟上时代的脚步。只有将人机实景建模技术引入到现代化的课堂上，才可以符合当代高校建筑专业教学的目标，培养出合格的专业人才。利用建模技术，能够高度还原建筑实例，从而让老师的课堂讲解更加生动，调动起学生的学习积极性。此外，利用实景建模能够让晦涩难懂的理论知识变得易于理解，使学生更愿意主动学习，从而提高教学质量。

4.2数据准确，效率突出

实际上，3D实景模型涵盖了所有的位置信息。目前，所有的位置信息都是以GPS为基础得到的，从而破解了单点测量的局限。一切必需的数据，包括：体积、长度等数据都能够于模型中完成相应的测量，并可以实现厘米级的精度。应用无人机实景建模技术时，只配备一套飞行拍摄设备，以及合格的操飞手即可。如果要进行定线飞行，只需要利用操作软件就能够对飞行拍摄设备进行设定，当线路较长的情况下，能够实现分段飞行，在后台进行拼接处理即可，获得的数据非常精确且具有效率。

结论

客观而言，手工虚拟三维地图建立除了占用大量时间之外，还存在着诸如忽略细小地物等一系列不足，由此，通过使用无人机实景建模技术，能够有效弥补这些不足，高度还原目标区域的真实情况，从而很好符合消费者对三维景观的需求。此外，将其用于教学中，可以有效提升教学质量。可见，无人机实景建模技术会在日后得到更为广泛地应用，研究这项技术能够对教育教学产生一系列积极作用。

参考文献

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