CAD矢量数据与无人机航拍视频精准叠加：图新AR融合技术原理与实操

1.图新AR视频融合产品简介

图新 AR 视频融合产品可快速实现 CAD 等矢量数据与无人机航拍视频的精准叠加，精准解决施工项目部对项目路线定期航拍、叠加 CAD 数据后完成汇报的核心诉求。

本产品依托图新自研的空间三维运算能力，根据 CAD 数据的空间坐标，结合无人机航拍视频自带的 GPS 信息与相机姿态，将 CAD 矢量数据直接叠加渲染至视频的每一帧画面。相较于传统视频融合模式，本产品具备四大核心优势：

Ø 处理速度极快：传统模式需一周完成的工作量，本产品半天即可高效交付

Ø 无需多软件协同：摒弃 AE、CAD、剪映等多款软件的繁琐操作，一键即可完成全部融合流程

Ø 操作简单易上手：无需具备专业视频处理能力，只需准备好航拍视频与矢量数据，全程自动化处理，新手也能快速掌握

Ø 地理标绘免追踪：若需在视频中标记公里桩、项目位置等信息，无需在视频编辑软件中配置复杂的追踪效果，直接在图新说中添加标注即可，且支持标注样式自定义调整

CAD叠加无人机航拍视频，一键精准融合

2.操作指南

2.1工作原理及界面布局说明

工作原理：

无人机航测视频会记录画面中每一帧的空间位置与相机姿态，CAD 等矢量数据经投影信息配置后，具备精准的空间位置信息。图新专属三维渲染引擎可根据视频每一帧的拍摄视角，对矢量数据进行针对性渲染，从而实现矢量数据与视频每一帧画面的精准匹配叠加。

无人机航拍过程中，GPS 信息存在轻微误差，且受动力惯性、风力等因素影响，相机姿态会出现小幅偏差，这会导致矢量数据渲染结果与无人机画面叠加时产生轻微抖动。针对该问题，可通过对无人机画面进行空三计算优化，得到平差后的相机位置与姿态，以此校准视频画面，解决抖动问题。

CAD 等矢量数据在空间渲染时，仅当数据高程与地面完全吻合时，指定视角的渲染画面才能与视频画面精准匹配；若高程不匹配，会出现透视效果，造成叠加偏差。针对该问题，可通过叠加正确的地形数据，对矢量要素进行高程校准，实现精准融合。

界面布局：

软件操作界面可划分为 4 个功能区域，各区域职责明确、操作便捷：

· 区域 1：顶部标题栏：实现软件窗口最大化、最小化、关闭操作，同时实时显示当前工程名称

· 区域 2：菜单栏：包含软件核心功能菜单（文件、工具、帮助）及成果导出按钮，是功能操作的核心入口

· 区域 3：侧栏：集成三大功能模块，分别为无人机航拍视频管理、矢量叠加层管理、操作日志，便于数据管理与操作追溯

· 区域 4：渲染控制区：核心实现无人机航测视频与矢量要素的叠加渲染，同时支持视频预览、渲染效果实时查看

2.2软件启动及许可配置

·软件初次启动时，会弹出许可授权提示，用户需插入硬件狗，或向工作人员发送设备机器码申请授权文件

·授权文件为 lic 格式，若已获取授权文件，直接点击【选择】按钮完成配置，配置后可查看授权有效时间

·后续若需更换许可或查看授权到期时间，可通过【帮助】菜单下的【许可授权】面板进行操作

2.3选择视频

软件操作的第一步为选择待叠加渲染的无人机航拍视频文件，该视频必须包含姿态信息，无姿态信息将无法进行后续融合处理

选择视频后，软件会在右侧区域自动显示视频画面，底部控制区将展示视频核心参数（时长、分辨率、帧率、体积等），同时可通过底部控制栏完成视频播放、暂停、画面跳转等操作

2.4选择矢量叠加文件

Ø 本产品支持选择在图新说中完成配置的道路边线、项目轮廓线等 tpkg 格式矢量文件

Ø 若 tpkg 文件中的线条高程均为 0，会导致矢量数据与视频画面叠加出现偏差，可通过后续校准步骤实现精准匹配

注意：矢量文件建议在图新说中完成两项核心配置 ------ 将空间模式设置为海拔高度，同时自定义样式风格（重点调整线条的粗细与颜色）

2.5矢量校准

在侧栏的矢量叠加层管理模块中，右键选中需校准的矢量文件

点击【自动校准】，完成后即可实现矢量数据与视频画面的精准叠加

2.6导出视频

软件右上角配备 2 个导出按钮，功能与使用场景区分明确，操作步骤如下：

1. 预览导出：若为 4K 视频，可先导出当前画面进行预览，确认叠加效果是否满足使用需求

2. 完整导出：预览效果无误后，点击【导出视频】按钮，输出矢量与视频叠加渲染后的完整视频

o 点击导出后，首先选择视频存储目录

o 确认目录后开始导出，导出过程为逐帧渲染，渲染效率因显卡配置略有差异，整体导出时长约为视频原时长的 10 倍

3. 导出完成后，可直接用视频播放器打开查看效果；也可借助剪映等视频编辑软件进行后期处理（如快进、添加字幕等）

4. 若播放时发现矢量叠加层存在抖动，希望画面更平滑，可通过【视频姿态校准】功能解决，该功能需借助空三辅助对视频抽帧，最终通过 ContextCapture（iTwinCapture）做空三计算，并导出空三后的 xml 姿态文件

2.7空三辅助

空三辅助的核心目的是借助 ContextCapture（iTwinCapture）对无人机视频的姿态信息进行平差优化，核心功能是对视频进行抽帧，生成每一帧的 pos 文件，助力快速创建 ContextCapture（iTwinCapture）工程，操作要点如下：

1. 抽帧结果默认保存至视频文件的同目录下

2. 抽帧间隔建议使用软件默认值（2 秒 / 帧），经实测，该间隔下空三计算速度快、成功率高，且叠加后的视频画面肉眼基本无抖动

3. 实测参考：5 分钟的航拍视频，空三计算时长约 7-10 分钟，具体时长因电脑配置略有差异

4. 抽帧完成后，将生成两类文件：视频帧画面与对应的 pos 文件

抽帧结果如下：

2.8视频姿态校准

视频姿态校准的核心是导入 ContextCapture（iTwinCapture）导出的空三 xml 文件，具体导出参数与操作流程如下：

1. 在 ContextCapture（iTwinCapture）中，右键空三计算完成的 Block，执行【导出区块】操作

2. 导出区块界面需配置 4 个核心参数，必须严格按要求设置：

o 输出格式：选择【BlocksExchangeXML 格式】

o 输出文件：选择本地存储目录，建议保存至视频同目录，便于在本软件中添加

o 空间参考系统：选择【WGS84（EPSG4326）】

o 角元素格式：选择【偏航角、俯仰角、滚转角】

导出文件如图：

2.9配套地形切换

软件安装包内预置了用于矢量数据校准的默认地形数据配置，若需更换为其他地形数据，直接修改安装包内的地形配置文件，修改完成后重启软件，新配置即可生效。

3.应用技巧及常见问题：

3.1航拍的视频识别不到姿态信息

若使用大疆无人机航拍，视频无法被本软件识别姿态信息，核心解决办法 ：在无人机拍摄视频模式下，确保视频字幕开关处于打开状态（需在无人机遥控器中进行配置）。

3.2矢量数据配置

矢量数据的前期配置直接影响融合效果与渲染效率，建议在图新说中完成矢量样式的符号化配置，本产品的矢量叠加层全面支持图新说中的所有矢量样式效果（包括文字标签、流动线、呼吸面等）。

实际应用中，无需将完整 CAD 图纸叠加至视频（全部叠加会导致画面杂乱），建议先对 CAD 数据进行精简处理，减少数据量，提升渲染效率；同时，CAD 原始线条通常较细，需针对性调整线条粗细或面对象状态，尤其是文字要素 ------CAD 中文字为贴地显示，叠加至视频时建议调整为广告牌效果；此外，项目范围线若仅含关键点直线、无中间点，会导致空间关系偏差，需提前优化

3.2.1CAD导入

CAD 数据配置的核心是坐标系配置准确，可通过叠加卫星影像的方式，直观判断 CAD 数据的平面位置是否正确，若图纸与影像叠加后位置完全匹配，即可确认投影配置无误。

CAD转TPKG

CAD 文件转换为 TPKG 文件有两种便捷方式，可按需选择：

1. 直接在图新说中完成 CAD 到 TPKG 的转换，图新说下个版本会增加这个功能。

2. 先通过 GlobalMapper 将 CAD 转为 kml 文件，再将 kml 文件加载至图新说，软件会自动生成 TPKG 文件

图新说加载kml会自动生成TPKG

CAD数据剔除：

为保证数据精简且投影信息不丢失，建议按以下方式处理：选中 CAD 中需要保留的数据，使用【粘贴到原坐标】功能，将数据复制至新建的 CAD 文件中，新文件将完全继承原数据的投影信息。

若 CAD 图纸图层划分规整，也可直接按图层删除不需要的数据

3.3.2.CAD贴地文字处理

CAD 中的文字无论直接导入图新说，还是通过 GlobalMapper 转为 kml 后导入，都会自动转换为 GIS 中的 Marker 点标注，图新说内置丰富的文本配置功能，将此类文字（如公里桩、地面标识、项目所在地）按标注模式叠加至视频，效果更佳，且可省去在视频编辑软件中做追踪处理的步骤。

若需保留 CAD 文字的贴地显示模式，可在 CAD 中执行TXTEXP 命令，将文字转换为线条后再进行后续处理

命令：TXTEXP,转换效果如图

3.2.3箭头等HATCH特殊对象处理

· HATCH 对象为 CAD 特殊对象，由点阵 / 网格填充而成，并非线条构成，直接转换为 KML 文件时极易丢失，且难以被 GIS 软件自动识别，处理办法：右键选中 HATCH 对象，执行【生成边界】操作，将其转换为轮廓线条后，再进行格式转换与叠加。

3.2.4矢量样式编辑

图新说支持两种矢量样式配置方式，操作灵活：

1. 按文件夹批量设置样式，适用于同类型要素的统一配置

2. 选中单个要素，右键进行单独样式配置，适用于个性化调整

3.2.5轮廓线顶底加密

若手绘线条或 CAD 导入线条的顶点数量过少，会导致空间渲染效果不佳，可通过 GlobalMapper 对线条顶点进行加密，建议按 100 米 / 个点的密度设置，具体可根据实际融合效果灵活调整，操作步骤：选中需加密的要素，右键执行顶点加密功能即可。

选中要素，右键

3.2.6纬地设计图立体贴合

纬地作为专业道路设计软件，可详细定义道路平纵横参数，包含横断面、纵断面及边坡的实际高度信息。若需实现纬地设计图与现场开挖航拍视频的立体精准叠加，可通过导出三维 CAD的方式，保留设计方案中道路中线、边线、边坡的相对高度关系，叠加后效果更佳，操作流程：在纬地中导出三维 CAD 文件→在 GlobalMapper 中查看三维效果→导入图新说完成后续配置。

纬地输出三维CAD

输出结果如图：

在GlobalMapper里面的查看效果

从纬地中提取空间的道路中线、占地线等数据，纬地导出的三维dwg文件，直接按照图层进行筛选即可。

Path代表中线，Clip代表占地线

选中这两个图层里面的数据，拷贝到一个新文件，使用【粘贴到原坐标】方式，单独存储一个CAD文件

也可以在GlobalMapper里面打开这个CAD文件，为道路中线生成一个空间缓冲区（缓冲区范围的边线顶点和中线顶点高度一致）

3.3ContextCapture空三过程

直接使用本软件空三辅助功能导出的照片与 pos 文件，即可完成 ContextCapture 空三计算。解决矢量与视频叠加抖动问题时，无需建模，完成空三计算即可；若需在视频中添加自定义标绘，建议生成简易模型作为参考，可让标绘的线条、标注与视频画面叠加更精准。

3.3.1新建ContextCapture工程

注意：CC工程路径不能带中文，带中文，在空三环节会报错

3.3.2导入照片

导入照片需先创建 Block（区块），再按以下步骤操作：

1. 选中新建的 Block，切换至【影像】Tab 页

2. 点击【添加影像】按钮，选择本软件空三辅助功能抽帧后的视频帧图片

3.3.3导入pos文件

pos 文件为照片配置对应的姿态与位置信息，是空三计算包含地理信息的前提，操作步骤：

1. 选中已导入照片的 Block，配置对应的 pos 文件

2. 分隔符选择【逗号】，并删除 pos 文件的第一行内容

3. 若出现 "pos 文件信息多于导入照片" 的提示，直接点击【继续】即可

配置完成后，照片将自带 pos 信息与姿态信息，可切换至三维模式直观查看。

在三维模式下查看更加直观

3.3.4空三

空三计算操作简单，全程自动化，核心步骤如下：

1. 右键选中已配置照片与 pos 文件的 Block，提交空三计算

2. 若知晓相机的焦距与传感器尺寸，建议手动填写，可提升空三计算成功率；若未知，软件将自动计算

3. 其余参数保持软件默认设置即可

4. 空三计算时长较短，通常几分钟即可完成

空三完成的效果如图：

3.3.5导出空三xml文件

导出的 xml 文件将用于本软件的视频姿态校准，操作与参数配置同 2.8 节一致：

1. 右键空三计算完成的 Block，执行【导出区块】操作

2. 严格配置 4 个核心参数：

o 输出格式：【BlocksExchangeXML 格式】

o 输出文件：建议保存至视频同目录

o 空间参考系统：【WGS84（EPSG4326）】

o 角元素格式：【偏航角、俯仰角、滚转角】

导出文件如图：

3.3.6生成模型

若需生成三维模型作为标绘参考，按以下步骤操作：

1. 右键空三计算完成的 Block，执行【新建三维重建】操作

2. 右键新建的 Reconstruction，执行【提交生产】

3. 模型格式选择【osgb】

4. 空间参考系统选择国家 2000 平面坐标，禁止选择经纬度

5. 生成的模型虽相较于专业测绘模型略粗糙，但完全能满足辅助标绘、提升叠加精准度的需求，可直接在图新说中加载查看。

图新说加载效果如下：