三维地图行业分析报告文档格式.docx
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三维图像不仅为我们带回了真实世界的图像,更在通过衍生应用改变人类的生活。
1、图像向三维发展是必然趋势
(1)二维
二维图像即平面图像,是图像在平面的投影,作为最传统的制图方式,广泛应用于机械、建筑等行业的结构图、工程图等方面。
(2)2.5维
2.5维图片也可称之为数字侧视图,是三维图像的过渡实现方式。
其制作方式是其以高分辨率的卫星影像图或航拍图为基础,通过专业图像处理软件(常用的图像处理软件有:
AutoCAD、3dsMax、Photoshop、ArcGIS等),利用多边形建模生成三维位置图片,然后根据采集的照片对每个建筑、物体等进行细致的贴图,将各个单独图片组合在一起,最后经过内部质检完成图像的制作。
由于2.5维图片具有类似三维图像的表现效果,且数据量小,适于查看及网络浏览访问,目前使用较多。
特别是在城市展示、地图导航、工业加工等领域被广泛应用。
(3)三维图像
三维图像是真正带有实景三维信息的图片,是对实际景物的完整再现,使用者可以对整体图片或其中单个对象进行旋转,看到不同侧面的细节图像。
以制作三维地图为例,其主要步骤为:
1,前期规划
通过软件预先勾画好需要制作对象的范围或地块。
2,三维扫描采集信息
主要用三维激光扫描仪和全息相机到实地进行拍摄,分别获得实景的位置信息和外表信息;
3,制作点云图
三维激光扫描系统采集的数据为点数据,将各数据点整合,经过去除噪声、多视对齐、数据精简、曲面重构等将点云数据加工成点云图。
4,三维建模
将点云图与相机拍摄的外表信息进行拟合,然后渲染。
5,组合、还原实物
对渲染出的图片进行调整,并对环境因素(如光线、绿植等)美化。
最后将做好的处理过的图片进行拼接组合,形成完整的图片。
三维图像和2.5维图像最重要的区别是:
2.5维地图是将平面图像经过计算机三维建模而形成,不是实际物体的真实再现,一般仅能用于近似模拟展示。
而三维图像拥有景物全部的外部信息,可以360度旋转观看景物各个面的情况,是其真实再现,除展示外还能用于精细研究和监控跟踪。
2、三维图像使人类真正进入全息信息管理时代
过去的二维、2.5维图像仍只是现实世界的模拟,而三维图像提供了景物全面的立体信息,突破了隔在人类思维和现实景物中最后的屏障,带来了图像信息管理的革命。
在地图、文化遗产保护、航道等领域,创造出新的管理方式,并由此产生新的应用市场。
(1)地图
三维地图是三维图像应用最大的应用领域,通过三维地图可以进行智能交通管理、城市管理、基于位置的服务等,在三维图像市场中是受益人群最多,使用量最大的市场,也是最具经济价值的潜在市场。
后面我们将重点介绍。
(2)文化遗产保护
文化遗产包括文物、古迹等,是人类文明精华的物质表现。
露天放置甚至是保存在博物馆、仓库的文物,都不可避免地会受到氧化或侵蚀,原貌会逐渐改变。
另外、战争、盗窃、水灾、失火等多种原因也易造成文物损毁。
此外,对于历史研究时需要对具体文物对象进行细致研究,而由于面临亲临文物存放处往往耗时费钱,经费和时间花费降低了文保人员在历史研究的效率。
除了展示的文物外,更多的文物因无处展览或不易保护而只能存放于仓库中,使大众失去学习和了解的机会。
利用三维图像,可以将文化遗产数字化,不仅可以永久保留文化遗产全方位的图像信息,避免因文物损坏带来对整个人类文明的损失(如被毁的阿富汗巴米扬大佛像等),此外也使人能更便捷地了解文物特征,方便文化研究和大众的历史文化学习。
如苏州博物馆已完成130件“国宝级”文物的三维建模,文物的动态影像悬浮于空间的中心位置,清晰度达到毫米级。
游览者可以通过旋转,360度观察立体图像。
三维文物图像使观察和浏览更为便捷。
文化遗产保护市场巨大,据统计,至2012年,全国博物馆总数达到3589个,仅全国一级博物馆就达到100个。
馆藏文物多,仅国家博物馆藏品数量就超过120万件。
除了馆藏文物外,室外文物更无法量数。
全球博物馆及室外文物数目更是数十倍于国内。
从保护和研究的角度来看,文化遗产的数字化是未来的必然趋势,三维图像由于其突出的优势,将是文化遗产数字化最佳的方式,市场空间巨大。
(3)数字航道
航运是人类生活中重要的交通运输方式之一,但由于水下情况往往复杂且难以观察(如漩涡、礁石等),而雨水多寡影响水位高低和航道宽度,在信息量缺乏的情况下容易造成航运事故。
通过三维图像,可以获得航道的立体信息,再加上单/多波束声纳探测仪器能获取水面下河床信息,共同获得水面上下的全方位航道信息,从而有利于管理部门监管航道安全,减少航运船只搁浅等事故,保障船只安全航行。
截止2010年底,国内河航道通航里程12.42万公里,其中一级航道1385公里,二级航道3008公里。
若仅对一级航道进行三维建模,都将是很大的市场。
(4)工业控制
通过三维图像可以获得工厂水、电、气、生产原料输送管、副产品排出管等各种内管线、以及生产线的布局。
工厂管理者可在技改中根据三维图像设计或调整厂内设备布局,提高生产效率。
(5)矿坝监控
全球范围看,国内矿难发生频次较高,而近年暴雨频繁发生,对水坝产生一定安全隐患,监管部门也一直在研究有效的矿坝监控手段。
利用三维激光扫描仪,可以获取矿坝内外的形态信息,有利于矿主等进行监控,遇到异常提前做好准备,排除隐患,预防矿、坝出现的安全事故。
目前国内有尾矿库超过1.2万座,其中100万方以上的800多座,坝高超过30米以上的月700多座。
随着国家对矿坝安全的重视度不断增强,预计未来将以政府监管重点矿坝,其他由业主自主负责的方式进行监控,对三维激光扫描仪以及三维图像数据的需求将逐渐提高。
二、三维地图与位置服务
1、都市先行,城市三维地图应用逐渐遍布全球
三维地图是具有位置信息的三维图像,即“三维地图=三维图像+位置信息”,是一定区域的实景的数字化再现。
通过激光扫描仪对地面及物体进行全方位的连续扫描,获得地面及物体表面每个采样点的空间坐标信息,并用全息相机获得地面和物体的影像照片。
之后通过相关计算机处理软件用所获得的采样点数据形成实景的三维点云图、继而生成三维模型,然后将真实物体的纹理信息加到三维模型上,最后去除噪声并进行图像优化,获得与实景极为近似的三维地图。
三维地图从英国Bath城的三维计算机模型建立开始,上世纪90年代开始有了较大的发展。
到2000年,全球已有63个城市建立了一定规模的三维城市模型应用(其中38个城市的人口在100万以上),三维地图的应用与规模和城市经济发达程度相关,如伦教、纽约、东京等国际性大城市早已积极开展三维地图的应用。
我国也从上世纪90年代起,在北京、上海、广州、深圳等大城市陆续开始了一些三维城市模型的研究,主要集中于三维场景演示方面,相关项目有上海北外滩应拟城市系统与深圳市数字三维城市演示系统等。
2、GoogleEarth(谷歌地球)成为三维地图商业应用的榜样
过去,三维地图最主要的需求来自政府,而现在,互联网企业成为制作和应用三维地图新的推动力。
其中,以Google公司的GoogleEarth(谷歌地球)为代表,众多公司开始涉入三维地图市场。
目前应用最广泛、使用人群最多的仍是GoogleEarth。
GoogleEarth通过将卫星影像及航拍获得的全球地貌影像的三维图像信息,经处理后得到三维地图。
目前GoogleEarth的三维地图水平方向有效分辨率基本都可以达到米级(部分地区在10米级)。
GoogleEarth的用户可以在电脑上查看世界上各地的三维图像,可通过鼠标进行拉伸收放,旋转等操作。
2004年10月27日,Google公司收购了Keyhole公司(一家从事通过卫星图像信息制作数字地图的测绘业务公司,使用户可通过网络浏览卫星及飞机拍摄的地理图像,之前的产品为EarthViewer3D)。
2005年6月,Google推出了GoogleEarth软件。
GoogleEarth于2007年5月30日推出的街景服务,目前在全球受到广泛应用。
其由专用街景车(装载激光扫描仪、摄像机、GPS设备等)在穿过各种街道时,每隔5-10米就拍摄一幅360度的图象照片,然后将拍摄的360度实景照片放到GoogleEarth中供用户使用。
人们可以通过该服务看到某处的实景(虽然不是完全实时同步图像,但每隔一段时间就会更新),满足用户搜寻道路,了解异地风光等需求。
2005年刚推出街景服务时,用户只能看到5个城市,目前已经可以看到全球3000多个城市的街景图像。
GoogleEarth成功的关键因素:
1,Google拥有各种不同类型的激光扫描仪装载交通工具,适合不同场景的需求。
最常用的是车载,每部街景汽车上都装有激光扫描仪以对周围建筑、街道获得三维信息,另外在车顶都搭载一个拍摄图片的相机,一部或多部电脑,以及记录位置信息的GPS定位导航仪等。
除了车载外,三维激光扫描仪安装在雪橇上适合在雪地中使用,设备均做过特殊技术处理,保证在低温下可正常使用。
街景手推车可用作狭窄地方的拍摄,比如博物馆。
个人背负式拍摄装置重40磅(18公斤),有8磅(3.6公斤)的电池,配有安卓操作系统以及15个镜头。
水下摄像装置可在水下取景,并使用安卓平板电脑遥控操作。
各种装载交通工具使Google可以方便的获取各种景物的三维信息。
2,优秀的图像处理能力
Google三维街景的另一成功点是拥有全球首屈一指的图像处理系统。
Google将收集的实景三维图像信息通过自身的软件及系统,制作成三维图像。
其中SketchUp(已被天宝Trimble收购)是Google于2006年收购的小型创业公司,其同名软件可以制作出精良的3D模型,从而给用户很好的操作体验。
Google公司的图像处理系统对外界保密,比如与国内相关机构洽谈制作三维地图时,要求图像后期制作必须放到美国去制作。
Google正是凭借海量的景物三维信息以及强大的图像处理系统,最终制作出全球首屈一指的城市三维地图集,并通过网络在线的方式,使用户可以方便地浏览全球各地的三维图像。
3、三维地图成为考古探索新的方式
使用三维地图还可借助激光测绘技术,进行人迹难以到达地区的探索,尤其是发现古代遗迹。
有报导,美国休斯顿大学和国家机载激光测绘中心的研究人员在洪都拉斯的莫斯基蒂亚地区,驾驶小飞机利用激光测绘设备,绘制三维地图,或发现了传说中的“黄金城”(拥有大量黄金的白色之城(CiudadBlanca))。
研究过程中,他们在目标区域上空飞行时,用激光测绘设备每秒向地面发射10万个短激光脉冲,用每平方米25到50个激光脉冲覆盖莫斯基蒂亚雨林(整个研究过程中发射的激光脉冲超过40亿个,能够区分不到4英寸(约合10厘米)的高度差)。
然后将抵达地面反射回的信号绘制成地面的三维地图,展示整个区域的地形。
经过对数据进行整理分析,
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