毫米級​​解析度! DJI M4E 貼近攝影為千年石窟三維建模

中華大地,文物古蹟星羅棋布。目前,第四次中國文物普查正如火如荼進行中,無人機航測等技術的投入使用,大大提高了文物普查的效率。

大疆行業最新無人機Matrice 4E,全新支援五向傾斜擺拍,測繪航線最大速度提升40%,可高效取得高解析度影像資料;同時,遙控器整合式智圖的建模能力,支援自動化產生貼近攝影測量航線,大幅降低外業操作門檻,簡化測繪工作流程。

近期,在四川巴中市南龕風景區,大疆行業夥伴成都九江偉業透過Matrice 4E 無人機,規劃貼近攝影測量航線,高效取得南龕石窟的精細化三維模型。基於模型,工作人員對文物本體進行邊界繪製,為「四普」文物數位化存檔、保護和修繕提供資料支撐。

Matrice 4E 貼近飛行取得南龕石窟高分辨率影像數據

重點文物“南龕石窟”無人機貼近飛行難度高

南龕石窟,始鑿於隋唐時期,至今已有1300多年的歷史,是四川巴中境內規模最大、保存最完好的石窟,被譽為“中國之瑰寶”、“巴蜀石窟藝術的瑰寶”,也是大陸國家級重點文物保護單位。

石窟崖壁整體非平面,呈現「向外凸出,上凸下凹」的弧形結構,且周圍有大量樹木遮擋,貼近飛行對無人機的穩定性、障礙物識別能力有較高要求。

南龕石窟周圍環境

如何利用Matrice 4E 無人機快速取得精細化三維模型?一起來看看完整作業流程和詳細參數。

M4E 貼近攝影作業流程

無人機貼近攝影  高效獲取精細化模型

第一步:Matrice 4E 執行粗模航線

針對南龕石窟重點區域,工作人員透過遙控器規劃面狀航線,並設定參數:旁向重疊率70%、航向重疊率80%、航高50m、GSD 1.35 cm/px,同時開啟本地建模功能。

Matrice 4E 支援五向傾斜擺拍,能夠在15 秒內快速起飛,最快可實現0.5 秒的定時拍攝。僅用7 分鐘,無人機便完成了9,000 平方公尺測區的拍攝任務。

規劃面狀航線,取得南龕石窟粗模

第二步:遙控器本地重建粗模

航線任務完成後,資料無需匯入電腦進行重建,照片將自動同步至遙控器,透過遙控器內建的大疆智圖建模引擎,直接在本地產生粗模點雲資料。整個重建過程耗時不到10 分鐘,顯著簡化了貼近攝影測量的作業流程。

遙控器本地重建成果

第三步:基於粗模規劃貼近攝影航線

取得粗模點雲資料後,工作人員在虛擬三維空間中開啟點雲資料並劃定測區範圍。 Pilot 2 基於該範圍內的點雲數據,自動產生緊貼被攝物體表面的精細化貼近攝影航線。

基於粗模規劃貼近航線

為滿足成果要求,工作人員將參數設定為:旁向重疊率75%、航向重疊率88%、航線速度0.3m/s、航線與被攝面距離3.5m、GSD 0.1cm/px。

貼近攝影航線

第四步:Matrice 4E 執行貼近攝影航線

南龕石窟週邊樹木茂密,飛行環境較複雜。為確保作業安全,工作人員開啟航線繞行模式,航線執行更絲滑。同時,透過無人機輔助影像,即時判斷無人機飛行前方的狀況。

Matrice 4E 自動作業,僅用20 分鐘就完成了2000 張照片的貼近拍攝。

無人機執行貼近航線

飛行任務結束後,Pilot 2 自動產生作業品質報告。工作人員在外業現場直接確認數據質量,避免重工。即時產生的報告顯示,三維模型立面影像重疊率高,滿足專案精度要求。為了讓石窟佛像細節呈現更完整,工作人員利用無人機對佛像頂部遮擋區域、屋頂瓦楞底部進行手動補拍,採集約300 張照片。

DJI 大疆智圖重建模型  解析度達毫米級

本次外業,無人機共獲取18GB 照片,大疆智圖僅用1.5 小時便完成了三維模型重建。 Matrice 4E 的廣角相機在出廠前都經過畸變矯正,結合大疆智圖處理,模型重建解析度為0.154cm/px。

品質報告分辨率

重建的立體模型無明顯拉花現象,細節完整細膩,佛像表情栩栩如生,石窟上的文字清晰可見。

精細化三維模型

模型應用:基於模型繪製石窟邊界

第四次中國文物普查對於文物平面圖的繪製提出了更具體的規定,要求清楚標明文物邊界、文物構成範圍、位置或序號等資訊。基於Matrice 4E 產生的高精度三維模型,專案組精確地進行文物平面圖紙繪製,詳細掌握文物的特徵、保存現狀和環境狀況等資訊。

基於模型繪製的文物本體邊界

從險峻的懸崖石窟到廣闊的古城遺址,無人機獲取高解析度影像,重建實景三維數位模型,不僅為文物保護、修復和研究提供可靠的數據支撐,也讓文物以數位化形式保存和傳播,用科技賦能守護文化遺產。