关键词:
桥梁工程
三维重建
三维高斯溅射
悬索桥
语义分割
摘要:
数字孪生与元宇宙对于实现桥梁智慧运维起着至关重要的作用,其中桥梁自动化三维重建是构建数字孪生模型及元宇宙平台的关键。针对现有桥梁三维重建方法难以实现几何-语义一体化重建的问题,提出一种基于三维高斯溅射(3D Gaussian Splatting,3DGS)的桥梁高保真自动化三维重建方法。首先,针对桥梁构件区域边界特征,提出基于分割一切模型(Segment Anything Model,SAM)的桥梁语义分割模型,对无人机拍摄的桥梁多视角图像进行高精度语义分割,生成桥面、索塔等构件语义掩码。随后,在场景表征的三维高斯核函数中增加语义特征属性,实现复杂几何和语义特征的自适应表征。最后,将三维高斯投影至二维图像空间,利用可微光栅化算法生成语义特征图和渲染图,通过几何-表观-语义多属性联合优化,实现桥梁几何结构保真度与语义关联精确性相统一的三维重建。本文以广东省南沙大桥为例进行验证,试验结果表明,重建的桥梁三维模型可以高保真还原桥梁纹理细节及语义信息,三维重建的平均交并比为87.2%,总体准确率为91.6%。本文所提出方法有效解决了传统方法中几何与语义信息割裂问题,为桥梁全生命周期数字孪生提供兼具物理精确性与语义可解释性的三维基础模型。