你當無人機就是個會飛的照相機？

（攝影：萬博士設備：Phantom4pro）

我們本期的作者不簡單，

他可是大名鼎鼎的

——萬博士！

萬博士是一位無人機領域的老司機：

曾在芬蘭WSP公司

操控無人機執行過無數次「神秘任務」！

這一次他放出話來：

猜到「萬博士」這個名字的含義，

並且第一個在評論區留言的童鞋，

有驚喜！！！

在開始講無人機前，

萬博士先給粉絲朋友們來了個大氣的亮相。

GIF

（如有雷同，實屬巧合）

【萬博士說】

想必大家或多或少都聽說過無人機，

有人說它不過是會飛的照相機，

頂多當個朋友圈的裝逼利器，

或者是飛躍千里的快遞神器。

嗯，這話倒也沒毛病。

但是在設計師和規劃師眼中，

它更是一個性價比超高、應用範圍極廣的「天眼」。

這一次，我就把所有的專業術語拋到一邊，

和大家一起來認識一下這位熟悉又陌生的盆友

——無人機！

說起無人機，大家想的可能是這樣的：

這樣的：

或者是這樣的：

但你可能沒想到，

它也會是這樣的：

這樣的：

甚至，是這樣的！

（我國軍用無人機——翼龍系列）

如果我們簡單把無人機做一個分類，他們可以大致分為：

消費級（就是誰都能買得起的）；

工業級（一般人不會買來當消費品，Matrice 210一套的售價可達20000歐以上，這還算是工業級的入門價格）；

軍工級，這個不用說，自然是各個國家的軍隊使用了。

一分錢一分貨，

價格越高，

意味著更穩定的設備、

更出色的性能、

以及更加耐「造」！

就先談談消費級吧。像mavic系列，甚至是Inspire系列，我們都可以把它們歸於這類。

對普通人來說，無人機最常用的功能就是出去浪可以拍美照，解放雙手的同時還可以發揮想像力，從不同的角度獲得不同的珍貴留念。

其實，消費級無人機也可以在各類行業中有很好的應用。比如在芬蘭，好多搞房地產的都用無人機拍攝的視頻和照片來宣傳他們待售的樓：

因為芬蘭樓房不多、排布稀疏，而且樓都不高（很少有超過7層的），這樣一來，無人機拍攝出來的圖片可以很清楚地顯示小區的地理位置，比所有地圖和平面效果圖都更直觀！而拍攝這樣的圖片或視頻，只需要一個會飛的、易於操控的、帶攝像頭的無人機就可以完成啦！

另一個有趣的例子是，無人機是設計獅們做展示時很好的輔助工具！

芬蘭是千島之國，即使在首都赫爾辛基也有很多零散的小島。而這就需要在兩個分離的地區之間構建一座或多座橋樑。

（攝影：萬博士）

我就職的公司WSP就曾經提出：要不要在某地建座橋？

那麼這個時候無人機拍攝的圖片就可以起到很好的幫助：

第一，拍出來的照片和視頻可以讓人們看到一片遼闊的區域而不僅僅是一座橋；

第二，由於無人機所拍攝的是最貼近現狀的照片，所以架設這座橋的效果也清晰直觀，方便設計獅和政府人員進行討論。

當然了，

無人機在大多情況下的本質用途還是拍照。

但估計你沒想到的是，

你拍的一張普通照片，

竟然能夠變成3D模型？

而這就是今天我們談的重頭戲了——

通過照片來進行3D重構

（Photogrammetry3D Reconstruction）

用大白話講，

就是通過一系列照片，

把平面化的東西變成立體的三維模型。

接下來的內容是有一定難度係數的乾貨，注意聽講，都先別抖腿了！

3D重構背後所應用的原理其實倒也不難理解：

無人機是自帶GPS的，就和我們的手機一樣，我們用手機拍了照之後，每張照片就會帶有地理位置信息，而無人機拍攝出來的照片也是一樣：在記錄經緯度的同時，海拔（或相對高度）也會被記錄在照片中。

比如下面這個圖，上面的小三角線代表著軟體在讀取照片信息後，記錄到的每一個照片的位置：

拉近後，你會看到每個照片就像一個小的「投影儀」，可以看到這個照片拍攝時的角度、具體拍到了什麼，以及各個照片的相對位置：

這一步應該是最重要的一環，它牽扯到機器學習、圖像識別甚至是一定的人工智慧，這套演算法已經是相對很成熟的了。其核心就是軟體通過對於照片像素的讀取，在「空三」的基礎上，把2D圖片「投射」到三維空間中，從而形成點陣圖（Point cloud）。

比如我們把上面的圖簡化一下，去掉了照片信息，就可以看到下面這個模型：

從遠處看，可以感覺到它已經描繪出了一個3D模型的大致輪廓了。

但其實拉近了看，它是由無數個點組成的：

有點兒抽象？

我們再看個例子！

下面這是一座小島的一部分，我們用了大約1700張圖片，得到了下面的這個點陣圖：

接下來，基於這個點陣圖，軟體進一步生成Mesh model。這一步的操作本身不複雜，就是把每個點和其相鄰的點連接，變成一個又一個、非常非常小的三角形。對於一個偏大型的Mesh Model來說，出現幾百萬個小三角形都是不在話下的！

一般而言，越多的點就會有越多的三角形，而越多的三角形也就意味著將來生成的3D模型越精緻。

那麼下一步，就是把紋理（Texture）渲染到這個生成的Mesh Model上。

我們之前生成的3D模型，只是簡單的把點連了起來，你可以把它想成一個純白色的石膏模型——結構和架子有了但是還沒上色，而這一步就是把模型「上色」。

而這一步就和我們小時候做的摺紙畫一樣，一步一步地按照三角形把紋理（Texture）貼合到這個「石膏模型」上就好了。

下面這張圖從右上角到左下角，依次展示了從point cloud點陣圖到mesh model、再最終到帶有紋理（texture）的3D重構模型全過程：

我們可以再和下面的這張真實照片對比一下：

簡直是100%全還原有木有！

精細度可見一斑！

至此我們的3D重構模型終於可以算是告一段落。

其實，就算你們看到這兒已經看暈了頭，

也沒關係！

因為從上傳照片到生成模型，

已經全部實現了自動化！

我們只需要把圖片導入到軟體中，

剩下的就是吃飯睡覺等模型了！

不過有時候模型太大，

有上千萬個三角形，

等一宿都是很正常的！

我剛剛把各個步驟拆開給大家看，

希望能幫助大家深入理解。

這時候可能有人要懟我了：

——「就算有了3D模型又有什麼用？」

——「Google上不是就有全世界的3D模型？還有街景呢。」

——「我們手工做的3D效果圖要比你們這個好看多了！」

——「你們這不是多此一舉嗎？！」

其實不然。

第一，Google的時效性很難保證。在芬蘭，經常會出現地圖上是一片森林，但實際早已經是一片正在建設的工地的情況。

舉個例子吧！

我們在一片森林區域有個設計任務，之前了解到這邊由於修地鐵正在施工，但並不知道施工對地表造成的影響是怎樣的，而Google地圖上更是連施工地點也沒有體現（左一圖）。於是這個時候無人機就派上了大用場：

（從左到右依次為：谷歌地圖；無人機照片合成圖；數字表面模型）

最後我們圓滿地完成了任務，算上往返的路途時間，我們遞交最終成果總共只花了4個小時（包括軟體處理時間），而如果是常規方法則需要準備更久，花費也更多。

第二，在歐洲，大家更追求真實，而非虛假的美幻——效果圖做得再好，大家一眼能看出來這個是假的。但是基於真實照片生成的模型就讓人倍感親切，怎麼看怎麼有認同感。

甚至，我們都能從模型上看到某個超市的營業時間，這種細節的逼真度，效果圖是萬萬做不到的。

這時候再對比一下傳統的效果圖：

是不是有種用力過猛的感覺？

更重要的一點是，在芬蘭，絕大多數的設計、施工以及改動，都需要徵得市民的同意。而設計者、政府、市民這三個利益方之間很難建立起有效的溝通橋樑。

對設計者來說，他們的想法很難全部呈現給市民；

對政府來說，他們希望居民更好地了解進行改造的原因，以及讓市民參與到新的改動或設計中；

而對於市民來說，他們也想更好地了解和自己生活息息相關的街區到底會發生怎樣的變化。

於是，就在最近一兩年，芬蘭逐漸流行起一種交互的方式：讓所有人都參與到城市的規劃和設計中！而「遊戲」一直都是最容易被人所接受的形式，我們把這樣的交互遊戲叫作applied games或serious games，直譯過來就是「嚴肅遊戲」。

講到這兒我不禁倒吸一口涼氣，

因為這才是真正的黑科技啊！

通過Unity這款遊戲引擎軟體，

打造了一個可交互的設計平台，

讓政府和居民都能切身體驗規劃的過程，

而不僅僅是投個票就完事！

好了各位，

關於這款叫做Unity的黑科技軟體，

我們下次再講吧。

沒錯，

就是結束得這麼突然！

正如我的帥氣逼人一般，

讓你猝不及防。

GIF

【寫在最後】

講真，

我其實是經管類專業出身，

從沒想過會在怎樣一種機緣巧合下，

去從事和無人機有關的工作。

然而這種聯繫還真的就在聖誕老人的家鄉

——芬蘭發生了。

我會致力於把專業名詞通俗地解釋出來，

讓大家在哈哈一笑的同時還能漲些姿勢。

即興發揮一首詩，

送給大家：

「曉」明，

「御」物，

「悟」道，

「經緯」間，

如入「無人」之境。

（夢呆小編註：曉、御、悟、經緯為「大疆」的四款無人機）

別忘了，

猜到「萬博士」名字的含義，

並且第一個在評論區留言的童鞋，

有驚喜！

最精彩的永遠是：

下一期！

【長按下方二維碼打賞作者】

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！