實景三維自動建模系統CCC

Bentley ContextCapture 實景三維自動建模系統（以下簡稱CC）（即原Smart3D三維建模系統）是一套集合了全球最先進數字影像處理、計算機虛擬實境以及計算機幾何圖形算法的全自動高清三維建模軟體解決方案。它在易用性、數據兼容性、運算性能、友好的人機互動及自由的硬體配置兼容性等方面代表了目前全球相關技術的最高水準。

 

CC實景三維自動建模系統需要以一組對靜態建模主體從不同的角度拍攝的數碼照片作為輸入數據源。

加入各種可選的額外輔助數據：傳感器屬性（焦距，傳感器尺寸，主點，鏡頭失真），照片的位置參數（如GPS），照片姿態參數（例如，INS），控制點等。

無需人工幹預，在幾分鐘/或數小時的計算時間內，根據輸入的數據的大小，能輸出高解析度的帶有真實紋理的三角網格模型。

所輸出的三維格網模型能夠準確、精細地復原出建模主體的真實色澤、幾何形態及細節構成。

CC的高兼容性，能對各種對象各種數據源進行精確無縫重建，從釐米級到公裡級，從地面或從空中拍攝。只要輸入照片的解析度和精度足夠，生成的三維模型是可以實現無限精細的細節。尤其適合於的複雜幾何形態及啞光圖案表面的物體，包括但不限於藝術品，服裝，人臉，家具，建築物，地形和植被等。沒有顏色變化的（如純色牆壁/地板/天花板），或反射、高光澤，透明或折射材料（如玻璃，金屬，塑料，水，以及某些皮膚皮革等）的表面可能會造成生成的3D模型表面存在錯誤的孔、凹凸或噪點。

CC主要應用對象為靜態的物體。移動物體（人，車輛，動物等），不作為主要建模對象時，偶爾會出現在生成的3D模型中。如果要針對這些對象單體進行數據製作，在拍攝過程中，人或動物等對象應保持靜止或採用多個同步像機來拍攝。最新4.3版本的CC，支持魚眼鏡頭、視頻拍攝等特異性數據獲取方式；在數據處理中，處理一貫支持的影像數據，還兼容各種Lidar設備點雲數據的處理。

 

大場景及自然景觀建模

應用領域：數字城市，城市規劃，交通管理，數字公安，消防救護，應急安防，防震減災，國土資源，地質勘探，礦產冶金等。

近至中距離景物建模

應用領域覆蓋：建築設計，工程與施工，製造業，娛樂及傳媒，電商，科學分析，文物保護，文化遺產等領域。

關鍵新特性

主要特性

※ 建模輔助功能：通過導入預設的參數文件，軟體現在能夠正確地自動完成先前版本無法完成的場景重建，這些場景包括水面、玻璃表面、單色牆面等等...這個功能極大地提升了海量3D地圖生產的工作效率！

※ 紋理提取算法：新的自動勻色算法能夠保證紋理顏色的一致性，即使是在不同的曝光條件下。

※ 自動補洞算法。

※ 質量控制工具：在模型替換操作中，整合3D瀏覽和標記功能，用以計劃和監控大規模生產過程。

 

系統架構和工作流

 

系統架構

CC的兩大模塊是主控臺與引擎端 。它們都遵循主從模式（Master-Worker）:

※ 主控臺：CC的項目交互操作模塊

您可以通過圖形用戶接口，向軟體定義輸入數據，設置處理過程、提交過程任務、監控這些任務的處理過程與處理結果可視化等。主控臺不會執行處理過程，而是將任務分解為基礎作業並其提交給作業隊列（Job Queue）。

 

※ 引擎端：CC的自動處理工作模塊

它在計算機後臺運行，無需與用戶交互。當引擎端空閒時，一個等待隊列中的作業的執行，主要取決於它的優先級與提交的數據。一個作業通常由空中三角測量過程或三維重建組成。空中三角測量過程或三維重建採用不同的且計算量大的密集型算法，如關鍵點的提取，自動連接點匹配，集束調整、密度圖像匹配、魯棒三維重建、無接縫紋理映射、紋理貼圖集包裝、細節層次生成等。

 

由於採用了主從模式（Master-Worker），ContextCaptureCenter版本（簡稱CCC，CC為單機版）支持網格並行計算（Grid Computing）。只需在多臺計算機上運行多個CCC引擎端，並將它們關聯到同一個作業隊列上，就會大幅降低處理時間。CCC的網格計算功能主要基於作業系統的本地文件共享機制。它允許CCC透明地操作SAN（存儲區域網絡）、NAS（網絡連接式存儲）或者共享的標準HDD（硬碟驅動器），無需配備任何特殊的網格運算集群或架構。

CC系統還包括以下工具模塊:

※ Viewer：是Acute3D的免費的輕量可視化模塊，它對Acute3D原生格式進行了優化，這種格式可以處理多重精細度模型(LOD)、分頁(Paging)和網絡流（Streaming）,因此TB級的三維數據能夠在本地或在線環境下進行順暢地瀏覽。您可以使用高精度全自動傾斜航空攝影數據三維後處理軟體Viewer對觀察控制高精度全自動傾斜航空攝影數據三維後處理軟體主控臺工作流的生產質量,您也可以利用它對最終生產的模型成果進行瀏覽。

※ Settings：管理軟體授權許可證及相關其他軟體配置。

※ SceneComposer：為高精度全自動傾斜航空攝影數據三維後處理軟體Viewer修改設定各種三維可視化工程文件。

 

工作流

用戶可以通過CC主控臺用戶界面，定義原始數據和處理過程設置，並向作業隊列提交相應的三維重建任務。工作組中空閒的CC引擎端  會自動從作業隊列中獲取三維重建任務,並將結果輸出至預先設定的存儲路徑。通過CC主控臺用戶界面，用戶也可以直接監控這些任務的當前狀態與處理進度。

模型修飾

在絕大多數情景下,自動生成的三維模型可以直接使用。但是對於一些特定應用,用戶可能需要使用某些第三方軟體對自動生成的三維模型的局部幾何模型誤差進行修飾，並通過CC主控臺將這些修飾後的三維模型重新導入，並提交新的三維重建任務使修改後的模型重新通過自動紋理映射獲得正確的貼圖以完成三維模型更新。

 

系統需求

CC或CCC運行在微軟Windows Vista/7/8 64位作業系統上，不能運行在32位系統上。它至少需要8G的內存和擁有1GB顯存與512個CUDA核心的NVIDIA GeForce 或 Quadro顯卡。該軟體對桌面計算機與機架式計算機均支持。該軟體甚至可以在多媒體或遊戲筆記本上運行，雖然這時的性能會顯著降低。

截止現在，我們建議的運行配置為：主流塔式計算機運行微軟Windows 7 64位專業版並帶有至少16GB的內存、至少8線程的CPU與NVIDIA GeForce GTX780及以上的顯卡（不支持ATI顯卡）。請聯繫我們提供更專業的硬體配置建議（GeForce GTX 1080 /TITAN等）。

輸入數據、處理數據與輸出數據最好被存儲在快速存儲裝置上（如高速HDD、SSD、SAN等），而對於基於文件共享的集群運行環境，我們建議使用千兆或以上的乙太網。

軟體性能

CC開發了基於圖像處理單元的通用計算（GPGPU）能力，使得在這些操作（圖像插值、光柵化與Z緩存）上處理速度快50倍。它也利用多核超線程計算來對算法的CPU密集部分進行加速。

一個運行在8GB內存環境的CC引擎端 可以在一個作業任務上最大處理10億像素的輸入數據和1000萬個面的的模型輸出。在完成空中三角測量運算後，獲取最終擁有細節層次的三維模型的處理時間，大致與輸入圖像的像素數量呈線性關係。而每分鐘處理速度一般在200萬-1000萬像素之間，當然，該時間還取決于于硬體配置與輸入圖像之間的重疊量。

對於地面解析度為10-15米的航空影像數據集，每個CC引擎端每天平均可處理4到6平方公裡的數據。

互操作性

通過特定格式或者通用格式，CC軟體可與3D GIS和CAD解決方案實現完整的互操作。

CAD/3D 軟體支持

通過通用OBJ和DAE格式，CC軟體所輸出的三維模型可以導入到Autodesk 3ds Max， Rhinoceros 3D， Autodesk Maya， Autodesk Mudbox， Autodesk MeshMixer， MeshLab等軟體中。

CC軟體也可以生成多細節層次（LOD）來導入到支持該優化的3D解決方案中，以減輕大數據量的操作壓力。

3D GIS 軟體支持

地理關聯的三維模型可以生成為任何的坐標系統（CC軟體支持超過4000種空間坐標系，並且可以通過用戶自定義的坐標系進行擴展），同時支持GIS系統所支持的各種切塊系統。

CC軟體可以生成帶有多細節層次和分頁優化的三維模型數據，這些數據可以被多種3DGIS軟體所支持，包括：TerraExplorer（skyline），SpaceEyes3D Builder，SuperMap，Geoway等，後續會有更多平臺的支持。

CC軟體也可以導出帶有光譜信息的、ASPRS  LASer（LAS）格式的稠密點雲，這些數據可以被用在點雲分析和分類軟體中。

三維可視化與網絡發布

CC軟體包含Viewer瀏覽器軟體，該軟體是可以免費下載的輕量級三維可視化應用程式，可以在windows或者Mac OS X系統上本地或者在線進行數據瀏覽。

3D可視化

Viewer瀏覽器軟體支持CC軟體的S3C格式，支持多細節層次、分頁顯示和流傳輸，因此可以以平滑的幀率顯示兆兆字節的三維數據。Viewer整合了三維測量工具（可以測量包括三維空間位置，三維距離和高差等信息）與瓦片選擇工具。

用戶可以配合CC軟體控制臺程序使用Viewer瀏覽器軟體，在整個數據生產工作流中控制生產質量。同時也可以使用該軟體來檢索最終成果和生成場景動畫。

 

網絡發布

通過上傳三維數據至網絡伺服器（或者在線網絡存儲服務/CDN，例如AmazonS3/CloudFront），在CC軟體的SceneComposer模塊中設置相關的訪問參數，就可以將三維數據進行網絡發布。或者通過OSGB格式來發布到更多的三維數據伺服器上，有些服務甚至支持者手機端來瀏覽三維模型。

詳情請諮詢：0431-81951188