導(dǎo)語：如何才能寫好一篇三維數(shù)字城市，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：數(shù)字城市 三維建模

中圖分類號：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2012)03(a)-0000-00

1 引言

“數(shù)字城市”的概念來源于“數(shù)字地球”，它是“數(shù)字地球”的理念在城市的引用、延伸和拓展。由于在理解層面和切入角度上的差異，目前仍很難對“數(shù)字城市”內(nèi)涵作確切的定義。但隨著對“數(shù)字城市”理論與技術(shù)的研究及應(yīng)用探索的不斷深入，人們對它的認(rèn)識將會(huì)逐漸趨向統(tǒng)一，并形成對它的標(biāo)準(zhǔn)定義。

三維模型能夠真實(shí)、生動(dòng)地表達(dá)三維空間信息，成為數(shù)字城市的研究重點(diǎn)。建筑物的三維建模作為主要的建模內(nèi)容有著重要的地位，快速、逼真地建立建筑物的三維模型成為建模的研究重點(diǎn)。

三維地理信息系統(tǒng)的建立，可以和現(xiàn)有的二維地籍?dāng)?shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等結(jié)合，分別形成三維地籍系統(tǒng)、三維規(guī)劃系統(tǒng)、三維土地利用系統(tǒng)等。這些三維系統(tǒng)具有快速的三維漫游、查詢、定位、統(tǒng)計(jì)、分析、打印輸出等功能，將更好地為“數(shù)字國土”服務(wù)。三維模型的快速建立與更新，對維護(hù)三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性、直觀性、更好地為國土資源利用提供更好的決策，具有十分重要的作用和意義。

2三維建模技術(shù)現(xiàn)狀

三維城市模型(3DCityModel，3ocM)是地理信息系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)z影測量及其相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)之一。盡管3DCM的研究歷史非常短暫，但人們針對不同的應(yīng)用目的，構(gòu)建了各種具有不同功能的3DCM，具體分為以下幾類：

2.1 遙感影像與DEM結(jié)合方式

即直接利用DEM生成地形三維透視圖，遙感影像作為紋理映射到地形表面。這種方式只是一種地形景觀，無法對地表實(shí)體對象進(jìn)行三維顯示、空間信息查詢和分層管理。大多數(shù)成熟的商品化GIS系統(tǒng)(如ArcView、MapGuide)己經(jīng)具有這種2.5維的地形顯示功能。

2.2 基于2DGIS的構(gòu)建方式

即利用現(xiàn)有2DGIS數(shù)據(jù)及其三維屬性信息建立3DCM。該方式包括以下具有代表性的構(gòu)建方法：

（1）在二維GIS的基礎(chǔ)上，直接添加一些信息(如房屋高度、墻面紋理等)，使用假定高度和模擬紋理來構(gòu)建建筑物對象。這種方法的缺點(diǎn)在于模型真實(shí)感差，對城市景觀信息的表達(dá)少，另外沒有考慮DEM。（2）DEM和二維GIS結(jié)合的方式，這種方式用DEM作為建筑物的承載體，表達(dá)地表的起伏，然后使用假定高度和模擬紋理來構(gòu)建建筑物對象，比上一種方式更具真實(shí)感。（3）部分2DGIS系統(tǒng)(Arc/Info)發(fā)展了構(gòu)建3DCM的功能模塊，具有初步的量測功能，但缺乏對建筑物紋理的提取與處理，景觀表達(dá)的真實(shí)感程度不夠。

2.3 純?nèi)S的構(gòu)建方式

針對數(shù)據(jù)獲取方式的差異，純?nèi)S構(gòu)建3DCM方式分以下不同方法：

（1）利用地面攝影影像與地面激光掃描儀來構(gòu)建，這種方法每次采集數(shù)據(jù)范圍受通視條件所限，在建筑群密集地區(qū)難以應(yīng)用；（2）利用衛(wèi)星影像與機(jī)載激光掃描儀來構(gòu)建，該方法采集數(shù)據(jù)快，但獲取的DEM精度不高；（3）利用航空立體像對的方法，利用目標(biāo)提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空影像房屋三維數(shù)據(jù)的半自動(dòng)量測，進(jìn)而在地面與建筑物表面二維半不規(guī)則三角網(wǎng)和原始數(shù)字影像的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑物可見表面紋理恢復(fù)，重建城市三維景觀。

3 數(shù)字城市三維建模的關(guān)鍵內(nèi)容

目前建筑物三維建模的一般流程如圖1所示。三維空間數(shù)據(jù)的獲取，實(shí)質(zhì)是空間定位數(shù)據(jù)的采集。三維模型的建立與編輯，三維幾何模型是紋理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的載體，也是數(shù)碼城市GIS提供各種定量空間解析分析能力的基礎(chǔ)。建筑物表面紋理數(shù)據(jù)主要用于提供逼真的視覺標(biāo)識，增強(qiáng)對建筑物本身及其相互之間空間關(guān)系的感知和識別?？梢暬夹g(shù)的運(yùn)用，用于增強(qiáng)用戶與數(shù)據(jù)模型之間的交互操作性能，尤其是與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，使得用戶沉浸于三維的場景中與模型數(shù)據(jù)直接進(jìn)行交互操作。

3.1 三維建模數(shù)據(jù)的獲取

三維建模的首要任務(wù)就是要收集建模的數(shù)據(jù)。在城市中存在著眾多的數(shù)據(jù)源,這些數(shù)據(jù)源包括：(1)規(guī)劃建筑物的設(shè)計(jì)圖紙及文檔資料。(2)城市數(shù)字地圖(地形圖、地籍圖等)和2DGIS數(shù)據(jù)庫。(3)攝影測量數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)z影測量不僅可以提供豐富的幾何和紋理數(shù)據(jù)，而且還可以提供豐富的拓?fù)浜驼Z義信息。(4)遙感數(shù)據(jù)。

就當(dāng)前的應(yīng)用需求來說，場景三維建模需要的數(shù)據(jù)主要有：二維圖形、地形數(shù)據(jù)、地表圖像、三維觀測數(shù)據(jù)和模型表面紋理等。

3.2 建模方式

目前在數(shù)字城市的三維建模中有很多種建立模型的方式?，F(xiàn)介紹如下：

(1)使用CAD軟件建模。AutoCAD軟件具有強(qiáng)大的二維圖形繪制功能及編輯功能，是當(dāng)今二維圖形繪制軟件的主流工具，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是它在三維圖形建模、渲染處理及動(dòng)畫制作方面功能較弱，不適合于復(fù)雜三維模型的建造和動(dòng)畫的制作。AutoCAD模型表達(dá)精細(xì)、精確，有精確尺寸定義,但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大，不支持與地形的疊加，不支持屬性定義,主要用于工業(yè)零部件建模和單獨(dú)的橋梁等建筑物建模。(2)常用動(dòng)畫軟件建模。如3D MAX等，模型表達(dá)精細(xì)，建模工具豐富，但是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，不支持與地形疊加，且不能交互編輯查詢，僅限于動(dòng)畫瀏覽。(3)專業(yè)軟件建模。如MutiGen Creator軟件功能強(qiáng)大，支持大面積地形建模，支持建筑物建模。模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡潔，可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行交互操作，實(shí)時(shí)計(jì)算動(dòng)畫場景，通過開發(fā)，可以與影像、矢量數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等疊加。但表達(dá)不精細(xì)，數(shù)據(jù)交互編輯、查詢能力較弱。(4)OpenGL開發(fā)。使用OpenGL＋VC模式，通過編程的方式建立模型。此方式能大量使用數(shù)學(xué)曲線、曲面表達(dá)三維模型、自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)顯示算法等。一般用于開發(fā)三維基礎(chǔ)軟件。

目前，在實(shí)際應(yīng)用技術(shù)中，較為普遍和實(shí)際的模型制作是利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作。

3.省略技術(shù)，開發(fā)了一套能夠?qū)崿F(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、DEM、三維模型等多源數(shù)據(jù)集中管理的三維地理信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)三維場景的顯示、漫游、定位、查詢等功能，為決策部門提供輔助決策。

4 應(yīng)用

本次實(shí)驗(yàn)以“skyline”中的三維建模為例。采用3Dmax軟件對建筑物進(jìn)行三維建模，以及能夠訪問海量數(shù)據(jù)、具有強(qiáng)大二次開發(fā)功能的三維地理信息軟件skyline作為開發(fā)平臺(tái)開發(fā)演示系統(tǒng)。

4.1地形建模

地形建模的方法主要是采用在某地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上疊加遙感影像來完成三維地形的顯示。對DWG地形圖進(jìn)行處理，刪除不必要的圖層，僅保留建筑物、標(biāo)注、綠地、道路樹木以及等高線所在的圖層，提取其中的等高線圖層，然后對等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插處理，生成地形DEM。這一過程可以在AutoCAD和ArcGIS中完成。對快鳥影像進(jìn)行糾正和投影變換，并使用Photoshop進(jìn)行調(diào)色處理，使其符合美觀自然的原則，作為地形紋理或者說是三維城市的“底圖”。

4.2建筑物建模

對于大區(qū)域的建筑群進(jìn)行三維建模時(shí)，需要對不同類型的建筑物進(jìn)行分別建模，提高效率。對于城市片區(qū)內(nèi)部的建筑以簡單紋理的體塊表示；沿街的主要建筑需要在體塊的基礎(chǔ)上添加照片紋理，增強(qiáng)真實(shí)感；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者重要的標(biāo)志性建筑可使用3DSMAX進(jìn)行單獨(dú)建模，賦以精細(xì)的結(jié)構(gòu)和紋理。這樣處理不僅會(huì)提高建模的效率，而且減少了數(shù)據(jù)量，有利于三維場景的顯示和漫游。

4.2.1 普通建筑的建模

在Skyline 系列的TerraExplorer Pro軟件中加載之前生成的地形數(shù)據(jù)集，導(dǎo)入建筑物矢量數(shù)據(jù)，按照高度屬性進(jìn)行拉伸處理，得到建筑物體塊。由于數(shù)據(jù)源的時(shí)間差問題，可能會(huì)存在少量的建筑物與遙感底圖中顯示的建筑物不匹配的問題，需要使用TerraExplorer Pro中的3D-Building功能，在建筑物的位置上進(jìn)行三維建模，使建筑物體塊與遙感底圖一致，并輔以簡單統(tǒng)一的紋理。對于處于城市地塊內(nèi)部的大量建筑群可采用這種方式進(jìn)行建模。

4.2.2紋理映射

建筑物的紋理包括側(cè)面和頂面兩部分，分別通過近景數(shù)碼照片提取和影像提取的方式。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)拍攝有大量的建筑近景照片，需要在Photoshop中對近景照片進(jìn)行處理,主要是綜合利用裁剪、拼接、自由變換和拉伸等一些基本操作。根據(jù)試驗(yàn)可以得出：處理后的照片最好保存為JPG格式,以減少數(shù)據(jù)量,同時(shí)圖像的分辨率應(yīng)調(diào)整為2的冪次方,圖像的大小也應(yīng)該盡量小于100KB。而建筑模型的頂面紋理則是從遙感影像中采集的。對紋理圖片進(jìn)行處理之后，在TerraExplorer Pro軟件中選擇沿街建筑的相應(yīng)立面，進(jìn)行紋理映射，添加紋理，增強(qiáng)了城市三維表達(dá)的真實(shí)感。

5 結(jié)論

文章對數(shù)字城市中的三維建模關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，總結(jié)了當(dāng)前三維建模過程中的主要技術(shù)和方法，并以實(shí)例的方式實(shí)現(xiàn)了三維建筑物建模和，結(jié)果表明在數(shù)字城市建設(shè)中，主要把握數(shù)據(jù)獲取、三維建模和模型的與應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)，即能較好完成數(shù)字城市工作，使其滿足實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：三維激光掃描儀 數(shù)字城市三維模型應(yīng)用

Abstract: In this paper, through the use of three-dimensional laser scanner to obtain building geometry data, to build a the digital city three-dimensional model method research, preliminary tests showed that the method can be applied to the field of three-dimensional modeling of the Digital City, is a three-dimensional model to build a digital citymore advanced means of a technique.Keywords: three-dimensional laser scanner; digital city three-dimensional model; application;

中圖分類號：O343.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 引言

“數(shù)字城市”是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，對城市進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類三維描述的系統(tǒng)。數(shù)字城市以地理空間框架為基準(zhǔn)，集成城市自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文、環(huán)境等綜合信息，基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)城市信息的廣泛共享。數(shù)字城市代表了城市信息化的發(fā)展方向，是推動(dòng)整個(gè)國家信息化的重要手段。國家測繪局于2006年啟動(dòng)了“數(shù)字城市建設(shè)示范工程”項(xiàng)目，在全國選擇若干具備條件的城市作為試點(diǎn)，開展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)，并在最近幾年內(nèi)在市、縣兩級逐漸推廣。在數(shù)字城市地理空間框架中構(gòu)建三維模型，有助于提高城市的綜合管理水平，提升城市的形象，在城建、規(guī)劃、旅游、國土、消防等眾多領(lǐng)域發(fā)揮了積極作用。如何快速準(zhǔn)確的獲取構(gòu)建三維模型所需要的空間幾何數(shù)據(jù)，一直是困擾人們的一個(gè)問題，也是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。三維激光掃描儀的出現(xiàn)和在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,在這個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了較大的突破和改進(jìn)。三維激光掃描儀能夠快速準(zhǔn)確的獲得建筑物的高程和立面數(shù)據(jù)，對于構(gòu)建精準(zhǔn)的三維模型發(fā)揮了重要的作用。

1 三維激光掃描儀測量原理

三維激光掃描儀的工作過程是一個(gè)不斷重復(fù)的數(shù)據(jù)采集和處理過程，它采用儀器坐標(biāo)系下的三維空間點(diǎn)組成的點(diǎn)云圖來表達(dá)對目標(biāo)物體采樣的結(jié)果。三維激光掃描系統(tǒng)通過內(nèi)置伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)精密控制多面反射棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，使脈沖激光束沿橫軸方向和縱軸方向快速掃描。通過測量掃描儀到目標(biāo)點(diǎn)的距離值和激光束的水平方向值和豎直方向值計(jì)算激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)。同時(shí)，彩色CCD相機(jī)拍攝被測物體的彩色照片，記錄物體的顏色信息，采用貼圖技術(shù)將所攝取的物體的顏色信息匹配到各個(gè)被測點(diǎn)上，得到物體的彩色三維信息。

2 利用三維激光掃描儀構(gòu)建三維模型的工作流程

利用三維激光掃描儀獲取建筑物的空間幾何數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字城市三維模型建設(shè)的工作流程主要包括：外業(yè)掃描、數(shù)據(jù)拼接、特征線提取、3D建模、格式轉(zhuǎn)換幾個(gè)部分。

2.1 外業(yè)掃描

首先根據(jù)掃描目標(biāo)的位置、大小和復(fù)雜程度設(shè)計(jì)出各掃描站和控制標(biāo)靶的位置，通常一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)需要多個(gè)測站才能完成?？梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)氐腉PS控制點(diǎn)的點(diǎn)位，通過全站儀進(jìn)行測量定向，從而確定三維掃描儀掃描數(shù)據(jù)的坐標(biāo)參考。一般采用連接點(diǎn)測量的方法進(jìn)行掃描，連接點(diǎn)測量法具有高效和精確的特點(diǎn)，站與站的連接精度可達(dá)1毫米，適用于測量范圍在300 米之內(nèi)的區(qū)域。

外業(yè)測量過程中，待測對象和標(biāo)靶是分開進(jìn)行掃描和測量的。首選在一個(gè)測站位置上選定測量區(qū)域，指定測量距離與間距，進(jìn)行自動(dòng)掃描。然后選擇測量標(biāo)靶命令，照準(zhǔn)標(biāo)靶位置，記錄點(diǎn)位。要保證三個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)位在下一測站中可見，從而保證可將掃描數(shù)據(jù)依次拼接。在掃描過程中，啟用三維掃描儀的自動(dòng)拍照功能，在形成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)，采集到掃描目標(biāo)的紋理照片。

2.2 數(shù)據(jù)拼接

將外業(yè)的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電腦的Cyclone軟件中，軟件可自動(dòng)識別點(diǎn)云、圖像和標(biāo)靶點(diǎn)，并分站放置在對應(yīng)的目錄樹下。采用連接點(diǎn)拼接，只需依次選中對應(yīng)的兩站中的三個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)，軟件系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行拼接。選擇全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，合并到一個(gè)工作場景中。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行刪除噪聲點(diǎn)、非測量區(qū)域點(diǎn)，并把導(dǎo)入的圖像的顏色分別賦予對應(yīng)的點(diǎn)云等處理。

2.3 特征線提取

為了方便特征線的提取，通常需要將建筑物的坐標(biāo)改成正南正北狀態(tài)。首先框選樓房正立面墻體上一塊點(diǎn)云，將框內(nèi)的點(diǎn)云擬合成mesh網(wǎng)格平面，在生成的mesh面片上任意選擇一點(diǎn)，點(diǎn)取更改坐標(biāo)命令，就可將建筑物糾正為正南正北方向。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)一化后導(dǎo)入到AutoCAD軟件中，利用Cyclone軟件的cloudworx插件打開點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)云的形狀，描繪出特征線。在提取特征線的過程中，為了避免背面的點(diǎn)云對描線產(chǎn)生影響，可以使用點(diǎn)云切片的功能。在描線的過程中還可以使用刷新點(diǎn)云的功能使點(diǎn)云的輪廓更加清晰。

圖1 坐標(biāo)糾正之前狀態(tài) 圖2坐標(biāo)糾正之后狀態(tài)

圖3根據(jù)點(diǎn)云提取模型的特征線

2.4 3D建模

將特征線文件導(dǎo)入3DMAX軟件中，作為底圖或立面高程數(shù)據(jù)的參考，進(jìn)行三維建模和紋理貼圖工作。利用3DMAX軟件的拉伸、擠出、旋轉(zhuǎn)、變形等命令進(jìn)行模型，將數(shù)碼相機(jī)實(shí)地采集的紋理照片或三維掃描儀拍攝的照片修飾成貼圖紋理，并將紋理指定給選定對象上，完成三維建模工作。構(gòu)建模型時(shí)應(yīng)遵循真實(shí)性、美觀性、代表性三個(gè)原則。

圖4 特征線導(dǎo)入到3DMAX中建模圖5 建成的三維模型

2.5 格式轉(zhuǎn)換

現(xiàn)在的數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)多是以NEWMAP軟件作為平臺(tái)的。該軟件對導(dǎo)入的三維模型的格式是有要求的。一般要求數(shù)據(jù)格式為*.x格式(DirectX的壓縮格式) ，模型能用微軟的Directx viewer工具打開，且不缺失紋理，模型的面應(yīng)盡量少。模型中用到的紋理圖片應(yīng)為dds(DXT3)格式，紋理尺寸采用MIP MAP 模式 (即2的n次冪 ×2的m次冪)。所以要將3D模型通過轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)換成上述要求的標(biāo)準(zhǔn)格式，才能導(dǎo)入到數(shù)字城市地理空間框架平臺(tái)中。

3 結(jié)束語

本文通過對利用三維激光掃描儀掃描構(gòu)建三維模型方法的研究，分析了三維激光掃描儀的工作原理，探索了構(gòu)建三維模型的基本的工作流程，初步試驗(yàn)表明了該方法可以應(yīng)用于城市建筑物的三維建模，是構(gòu)建數(shù)字城市三維模型的較為先進(jìn)的技術(shù)手段。另外，龐大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如何管理和處理海量數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)在處理過程中精度不受損失是需要進(jìn)一步解決的問題。獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)如何能夠自動(dòng)擬合形成實(shí)體模型或自動(dòng)提取出特征線，是三維掃描儀在軟件處理方面亟待解決的內(nèi)容，也是下一步研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

參考參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：三維 測量基準(zhǔn) 數(shù)字城市

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1 高精度三維大地測量基準(zhǔn)建立的內(nèi)容

目前新疆已有部分城市已建立“連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”（Continuously OperatingReference Stations，簡稱CORS系統(tǒng)），各政府部門對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)說明了該測量基準(zhǔn)的建立對于數(shù)字城市建立的意義，即通過對城市基礎(chǔ)地理信息的采集、處理、分析和供應(yīng)為數(shù)字城市建設(shè)提供基礎(chǔ)信息服務(wù)。“三維大地測量基準(zhǔn)”是基于網(wǎng)絡(luò)的、動(dòng)態(tài)地、連續(xù)地，同時(shí)也是快速、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)。

1.1 高精度GPS網(wǎng)控制建立

GPS網(wǎng)控制建立是指利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)向用戶提供動(dòng)態(tài)的經(jīng)過檢測的不同觀測值以及有關(guān)信息。GPS定位技術(shù)應(yīng)用于城市測量，根本變革了傳統(tǒng)測量技術(shù)的布網(wǎng)方法、作業(yè)途徑和程序。GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強(qiáng)、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合厘米級大地水準(zhǔn)面的建立，為城市規(guī)劃提供全方位、全天候的數(shù)字信息服務(wù)。由基準(zhǔn)站（參考站）、系統(tǒng)中心、呼叫中心、數(shù)據(jù)通信、用戶應(yīng)用等子系統(tǒng)組成建立GPS控制網(wǎng)需要的硬件設(shè)施有：基站配備電腦及調(diào)制解調(diào)器、基站固定電話線、手機(jī)及手機(jī)卡；軟件設(shè)施有：數(shù)據(jù)庫管理模塊、基站狀態(tài)監(jiān)控模塊、無線數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機(jī)。

1.2 厘米似大地水準(zhǔn)面建立

確定厘米似大地水準(zhǔn)面需要建立在GPS大地高、水準(zhǔn)高、DTM（數(shù)字地形模型）、重力數(shù)據(jù)這四個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用移去回復(fù)法計(jì)算重力似大地水準(zhǔn)面，然后將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS水準(zhǔn)得到實(shí)測似大地水準(zhǔn)面。其精度指標(biāo)也根據(jù)地形變化，平底似大地水準(zhǔn)面精度一般在1厘米上下波動(dòng)，而山地似大地水準(zhǔn)面精度在1～3 cm精度范圍內(nèi)皆可。由于我國多丘陵山地，地面高度起伏較大，重力資料獲取困難，為了精確似大地水準(zhǔn)面就只能從嚴(yán)控GPS和隋準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)著手，整體考慮C級GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的技術(shù)方案和施測方法，確保GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)方案、點(diǎn)位密度、觀測方法和似水準(zhǔn)面精化的目標(biāo)一致。

1.3 連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)的建立

GPS連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)是指在一定的區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定密度的能不間斷運(yùn)行的GPS衛(wèi)星定位跟蹤站，其基本構(gòu)成為基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、監(jiān)控分析中心、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括若干永久性GPS衛(wèi)星連續(xù)觀測站跟蹤站和與之配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳輸設(shè)備，基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送至監(jiān)控分析中心，同時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和可靠程度的完好性檢測數(shù)據(jù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)和廣播網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)。

（2）監(jiān)控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流、分發(fā)、存貯、分析，按照國際通用的標(biāo)準(zhǔn)格式或自定義專用格式向不同的用戶發(fā)送供不同需求的數(shù)據(jù)庫提供多種信息服務(wù)和監(jiān)控服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。是指基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、因特網(wǎng)、vast等，該系統(tǒng)運(yùn)作的最大特色是信息容量打、傳輸速率高，能有效滿足跟蹤站網(wǎng)與監(jiān)控分析中心間的海量數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是向用戶發(fā)送發(fā)播定位、導(dǎo)航、定時(shí)等多種數(shù)據(jù)，開展數(shù)據(jù)服務(wù)的主要途徑。主要的數(shù)據(jù)發(fā)送手段有：因特網(wǎng)、HUF/VHF/FM/MW等無線電臺(tái)或廣播電臺(tái)、GSM/CDPD等移動(dòng)通信終端。

（5）用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。包括用戶GPS接收機(jī)，連續(xù)運(yùn)行參考框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)信號接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件和多種科學(xué)和工程應(yīng)用軟件。

2 建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的必要性

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化是我國現(xiàn)在城市化發(fā)展的重要特征，各級規(guī)劃、國土和測繪部門急需提高其提供基礎(chǔ)地理信息的能力。建立三維測量基準(zhǔn)能幫助數(shù)字城市規(guī)劃獲得更精準(zhǔn)的測繪數(shù)字信息，具有傳統(tǒng)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。首先，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市發(fā)展的必然。根據(jù)聯(lián)合國人居中心預(yù)測，全球城市化水平在2025年將達(dá)到65%，而我國目前城市化水平僅達(dá)30%，我國今后十年的發(fā)展取向必然是城市化進(jìn)行加快。其次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是完善基礎(chǔ)測繪的需要。測繪是城市化發(fā)展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)能提供城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性和精確性，并及時(shí)更新和保存測量成果，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠服務(wù)保障。再次，建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建立“數(shù)字城市”的需要。“數(shù)字城市的建立必須建立在高精度三維大地測量成果之上，高精度三維大地測量基準(zhǔn)能為“數(shù)字城市”建立提供精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)的地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)。最后，以GPS為代表的定位技術(shù)的發(fā)展和高精度大地似水準(zhǔn)面的實(shí)現(xiàn)也說明了高精度三維大地測量基準(zhǔn)的建設(shè)是現(xiàn)代測繪行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3 建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)對于數(shù)字城市建設(shè)的意義

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是建設(shè)數(shù)字城市的基礎(chǔ)工程。建立城市高精度三維大地測量基準(zhǔn)的主要目標(biāo)是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、GNSS、現(xiàn)代大地測量、地球動(dòng)力學(xué)等技術(shù)和方法，提供移動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)連續(xù)的空間參考框架和地球動(dòng)力學(xué)參數(shù)等服務(wù)，建立平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)是數(shù)字化城市建立的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的城市平面控制系統(tǒng)難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設(shè)的需要，只有建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)才能為數(shù)字城市建設(shè)提供精度高且均勻的測繪數(shù)據(jù)服務(wù)。

4 結(jié)語

建立高精度三維大地測量基準(zhǔn)是城市建設(shè)測繪工作的需要，也是測繪行業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。我國許多城市已建立了三維大地測量基準(zhǔn)，但從理論上來說，我國目前尚未對該系統(tǒng)得出一致的研究意見，城市空間數(shù)據(jù)的分類、集成、更新、共享與標(biāo)準(zhǔn)化還不夠成熟與完善，需要相關(guān)理論與實(shí)踐部門加強(qiáng)研究，以促進(jìn)測繪行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而惠及數(shù)字城市建設(shè)與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史慧珍.數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法研究[D].清華大學(xué)，2004.

篇4

【關(guān)鍵詞】 三維數(shù)字模型施工工程 三維動(dòng)畫 吊裝作業(yè) 三維數(shù)字模型

一、引言

目前三維動(dòng)畫一直在以迅猛的速度發(fā)展，其制作功能也在不斷完善。三維動(dòng)畫以其獨(dú)特的制作方式，逼真的質(zhì)感，絢麗的色彩，迷人的光效，奇異的變形，強(qiáng)烈的動(dòng)感令人嘆為觀止[1]。

近十幾年的時(shí)間，從影視片頭開始向電視、電影、軍事、航天、機(jī)械、醫(yī)療、交通、建筑、園林、教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、游戲等行業(yè)滲透，并在其中扮演越來越重要的角色。三維動(dòng)畫正在快速地成為計(jì)算機(jī)圖形革命不可忽視的力量[2]。

筆者長期從事三維動(dòng)畫的制作與教學(xué)工作，2005年底參與了貴州電建二公司三維數(shù)字模型施工工程的系統(tǒng)管理項(xiàng)目，負(fù)責(zé)三維數(shù)字模型的建模和三維動(dòng)畫的制作。下面就以一個(gè)吊裝動(dòng)畫和一個(gè)鍋爐房管道建模為例闡述三維數(shù)字模型與三維動(dòng)畫在其中所起到的作用和效果。

二、設(shè)計(jì)總體目標(biāo)

基于三維數(shù)字模型施工工程的系統(tǒng)管理總體目標(biāo)是：創(chuàng)新管理技術(shù)手段、優(yōu)化管理流程、提高管理效益和效率。

三、三維吊裝動(dòng)畫

三維數(shù)字模型應(yīng)用系統(tǒng)最直接的應(yīng)用效果是它給人們提供了一個(gè)直觀的、完整的、高度集成的項(xiàng)目設(shè)計(jì)信息平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上，工程管理人員可以直接獲取原設(shè)計(jì)信息和將設(shè)計(jì)信息再加工獲得的施工管理信息，對原設(shè)計(jì)信息的再加工是工程管理人員對設(shè)計(jì)信息的深度需求和利用，是施工技術(shù)管理工作的重要體現(xiàn)。

三維模型的動(dòng)畫模擬在實(shí)際工程運(yùn)用中可以反映出復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)及物體的運(yùn)動(dòng)，例如在吊裝作業(yè)中能夠直觀反映出整個(gè)吊裝過程吊物所要行走的路徑、吊物的形態(tài)以及可能出現(xiàn)的問題，由此可以發(fā)現(xiàn)吊裝施工方案的不足之處，起到優(yōu)化吊裝方案的效果。

（上圖為鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁吊裝動(dòng)態(tài)模擬）

以 1#鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁吊裝為例：在鍋爐大板梁吊裝中，現(xiàn)場在鍋爐左布置一臺(tái)FZQ1380塔機(jī)，最大起吊能力為63t，在鍋爐右布置一臺(tái)7300履帶吊，最大起吊能力為47t，由于大板梁單件最重達(dá)78.6t，大板梁的吊裝作業(yè)只能采用雙機(jī)抬吊的方式，而處于弱式的7300履帶吊起升高度有限，在參與雙機(jī)抬吊時(shí)，其副臂將與鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉。

通過對 1#爐大板梁吊裝三維模型動(dòng)畫模擬，我們發(fā)現(xiàn)了整個(gè)吊裝過程中最危險(xiǎn)的干涉點(diǎn)，吊物運(yùn)行的路徑上需要緩裝的鋼結(jié)構(gòu)梁也一目了然，由此確定了緩裝的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量、吊車的布置位置以及行走運(yùn)動(dòng)路線，檢驗(yàn)了吊裝方案的可行性。

通過對三維數(shù)字模型的綜合運(yùn)用，專業(yè)施工人員在編制施工方案前期就對施工結(jié)果和在同一區(qū)域內(nèi)各專業(yè)交叉施工的真實(shí)情況有了直觀的了解，提高了編制施工方案的效率和準(zhǔn)確性，在組織施工時(shí)就可以避免由于施工方案的不準(zhǔn)確性和由于交叉作業(yè)影響而出現(xiàn)的返工、安裝缺陷、安全隱患等問題，從而使我們縮短了施工周期、減少了施工返工率、提高施工質(zhì)量和安全。

在實(shí)際施工中技術(shù)交底是必不可少的，使用三維數(shù)字模型系統(tǒng)在施工前進(jìn)行技術(shù)交底可以更直觀、更清楚、更準(zhǔn)確的表達(dá)交底內(nèi)容，幫助施工人員理解設(shè)計(jì)意圖和施工方案要求，被交底人可以減少因信息傳達(dá)錯(cuò)誤而給安裝工作帶來的種種問題，減少施工返工率、提高施工質(zhì)量和安全。

四、三維數(shù)字模型

二次設(shè)計(jì)是工程施工單位重要的施工技術(shù)工作之一，設(shè)計(jì)依據(jù)主要是設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的系統(tǒng)圖以及設(shè)計(jì)手冊、規(guī)程、規(guī)范等。以 600MW機(jī)組工程為例，φ76以下的熱力系統(tǒng)管道、電氣熱控橋架和熱控管路設(shè)計(jì)是二次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，施工技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，并在三維數(shù)字模型系統(tǒng)平臺(tái)上將設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)校驗(yàn)和修改。

（上圖為二次設(shè)計(jì)三維數(shù)字模型）

例如鍋爐緊急放水與定期排污二次設(shè)計(jì)管路在校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)在16.5m層上方與送粉管道干涉；鍋爐房輔助蒸汽管道在K4排柱7.4m層與熱工二次設(shè)計(jì)的電纜橋架干涉；汽機(jī)油系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)管道布置不合理等等，都在三維模型系統(tǒng)中被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并對原設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的修改，直到設(shè)計(jì)合理為止。此項(xiàng)目工程在三維數(shù)字模型系統(tǒng)平臺(tái)上共設(shè)計(jì)出三個(gè)專業(yè)120冊圖紙。三維數(shù)字模型系統(tǒng)的使用不僅提高了二次設(shè)計(jì)的合理性及安裝工藝性，也為管道標(biāo)準(zhǔn)化定置提供了保障，減少了制造、安裝成本和管理費(fèi)用。

五、結(jié)束語

三維數(shù)字模型系統(tǒng)，由于其眾多的優(yōu)點(diǎn)，在貴州電建二公司所承建的工程中得到廣泛的推廣和應(yīng)用。貴州電建二公司各個(gè)層次的管理人員從三維數(shù)字模型系統(tǒng)推廣和應(yīng)用中，看到的不僅僅是它在工程建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)了多少干涉點(diǎn)、解決了多少實(shí)際技術(shù)問題，更大的收獲是讓管理人員們發(fā)現(xiàn)了新技術(shù)應(yīng)用的管理思維，拓展了企業(yè)的管理思路。新技術(shù)的應(yīng)用需要利用系統(tǒng)的管理手段和方法來管理，新技術(shù)的應(yīng)用也必然帶來管理的變革，沒有對基于三維數(shù)字模型施工工程的系統(tǒng)管理，新技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

通過這一過程，大家更深刻的認(rèn)識到，提高施工工程管理水平、降低企業(yè)經(jīng)營成本、經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)、提高企業(yè)競爭力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的途徑不是唯一的，只要不斷的努力探索，就能找到更多、最好的途徑。三維數(shù)字模型系統(tǒng)應(yīng)用對企業(yè)發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，使企業(yè)信息化帶動(dòng)工業(yè)化的進(jìn)程大大加快。

參 考 文 獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：三維模型;數(shù)字?jǐn)z影測量;三維地理信息系統(tǒng);數(shù)字城市;城市規(guī)劃 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：P232 文章編號：1009-2374（2015）02-0019-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0108

1 概述

“數(shù)字城市”是隨著“數(shù)字地球”戰(zhàn)略的提出應(yīng)運(yùn)而生的，是解決城市問題的綜合性工程。在“數(shù)字城市”建設(shè)過程中，二維空間數(shù)據(jù)一直作為空間信息基礎(chǔ)設(shè)施框架重要的數(shù)據(jù)內(nèi)容，其在城市規(guī)劃、交通、市政等各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)很難表現(xiàn)城市三維空間形態(tài)的多樣性和復(fù)雜性以及相互之間的關(guān)系。城市三維空間信息則具有直觀性強(qiáng)、信息量大、內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)。三維地理信息系統(tǒng)已成為數(shù)字城市的重要組成部分，而三維模型的建立是三維地理信息系統(tǒng)建立基礎(chǔ)。本文對基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模方法進(jìn)行探討。

2 構(gòu)建三維模型的方法

三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)是建設(shè)數(shù)字城市三維地理信息系統(tǒng)的核心，三維模型的精度和建模效率直接影響著三維地理信息系統(tǒng)的實(shí)用性和建設(shè)周期。現(xiàn)將有代表性的四種建模方式列出：

第一，基于航空攝影測量的三維建模技術(shù)。通過航空攝影測量技術(shù)，在立體環(huán)境下，能快速準(zhǔn)確獲取建筑物等三維模型數(shù)據(jù)的位置、形狀及高度信息，再加以外業(yè)紋理采集及正射影像屋頂信息即可構(gòu)建精細(xì)三維模型。成熟的DEM數(shù)據(jù)及DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線能快速重建三維場景中的地形數(shù)據(jù)，真實(shí)展現(xiàn)城市風(fēng)貌。

第二，采用機(jī)載激光雷達(dá)掃描，快速獲取城市建筑模型及地表模型，但是這種方式獲取的數(shù)據(jù)量非常龐大，若需提取有用信息必須加上很多人工干預(yù)，此種方法建立的三維立體模型沒有建筑物的色彩紋理。

第四，基于規(guī)劃圖紙等二維數(shù)據(jù)資料的城市三維建模方法，利用AutoCAD、3DS Max等軟件建立三維模型數(shù)據(jù)，但是此方法需要大量的工作來收集數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)的時(shí)效性存在不確定性，對于建筑物頂部紋理存在盲區(qū)，高程數(shù)據(jù)的獲取工作量亦較大。同樣此種方法建立的三維立體模型沒有建筑物的色彩紋理。

第五，SWDC-5傾斜攝影系統(tǒng)及SSW-2車載建模測量系統(tǒng)這兩個(gè)系統(tǒng)是劉先林院士在第六屆中國數(shù)字城市建設(shè)技術(shù)研討會(huì)數(shù)字城市高峰論壇上提出的，目前正在推廣應(yīng)用階段。

3 基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模方法

基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維數(shù)據(jù)制作工藝，其具體優(yōu)勢如下：

第一，數(shù)據(jù)的獲取、處理、分發(fā)等都是以數(shù)字的形式，攝影測量所有工序都可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并且涵蓋整個(gè)傳統(tǒng)攝影測量的各個(gè)工序。

第二，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員快速建立地面建筑的空間幾何、高程數(shù)據(jù)，具有幾何精度高、成像速度快等特點(diǎn);地面建筑空間幾何精度可以達(dá)到厘米級，數(shù)據(jù)更新較容易，且可應(yīng)用于大的工程項(xiàng)目和國家范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，為數(shù)字城市乃至數(shù)字地球提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)框架。

第三，基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的城市三維模型數(shù)據(jù)，與通常的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作和仿真模擬景觀的不同之處在于，它是根據(jù)建筑物的實(shí)際三維地理坐標(biāo)，構(gòu)建真實(shí)的城市三維景觀模型。在此三維景觀模型數(shù)據(jù)中，建筑物之間的空間位置關(guān)系與實(shí)地是完全對應(yīng)的，而且任意點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)是可以量測的，具備測繪級別的數(shù)據(jù)精度。

采用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的數(shù)字沈陽三維建模技術(shù)路線如下圖1所示：

圖1 技術(shù)路線

3.1 航空攝影測量

本項(xiàng)目航空攝影采用DMC全數(shù)字航攝儀，獲得航攝比例尺為1∶5000、影像地面分辨率0.06m的影像資料。利用獲得的影像資料和外業(yè)像控資料通過航天遠(yuǎn)景的DATMatrix軟件進(jìn)行空三加密，獲取內(nèi)業(yè)測量所需要的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)。

3.2 建立數(shù)字高程模型（DEM）

DEM是建立數(shù)字城市的基礎(chǔ)信息之一。本項(xiàng)目利用空三加密后的數(shù)據(jù)在航天遠(yuǎn)景的MapMatrix軟件中自動(dòng)創(chuàng)建立體模型，并檢查相對定向、絕對定向精度，生成模型的大地核線、自動(dòng)匹配，生成5m格網(wǎng)的DEM文件。在匹配編輯窗口中依作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行等視差曲線或等高線的編輯使所有曲線均貼緊地面，最后生成DEM并進(jìn)行DEM接邊檢查與處理。

3.3 生成數(shù)字正射影像圖（DOM）

數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)可以進(jìn)行正射影像糾正和鑲嵌、裁切等。將DOM與DEM疊加，可生成城市的三維景觀。本項(xiàng)目用經(jīng)過接邊處理后的DEM進(jìn)行正攝糾正，糾正后的航片在航天遠(yuǎn)景的EPT中進(jìn)行，勻色、勻光、調(diào)整編輯拼接線鑲嵌影像。最后按圖幅坐標(biāo)裁切。

3.4 真正射影像圖生產(chǎn)（TDOM）

三維建模區(qū)背景圖是DOM產(chǎn)品的一種，本項(xiàng)目建模范圍內(nèi)地面進(jìn)行真正射生產(chǎn)。與普通數(shù)字正射影像產(chǎn)品的區(qū)別是：三維建模區(qū)所用的背景圖對所有建筑物都進(jìn)行了中心投影糾正，從而保證建筑物無投影差。利用全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，在立體環(huán)境下采集建筑物幾何特征信息。攝影測量系統(tǒng)所采集的建筑物矢量數(shù)據(jù)，是制作三維建模區(qū)背景圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，利用此數(shù)據(jù)對正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行再次精糾正，即可消除建筑物投影差。

3.5 建立城市真實(shí)三維景觀模型

城市真實(shí)三維景觀模型可根據(jù)大比例尺航攝影像通過數(shù)字?jǐn)z影測量方法，精確測得物體目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)及獲取建筑物的部分紋理，由相應(yīng)軟件自動(dòng)生成建筑物的結(jié)構(gòu)模型。

3.5.1 基礎(chǔ)模型的制作。利用空三加密后的數(shù)據(jù)在MapMatrix的立體環(huán)境下按照《沈陽三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)設(shè)計(jì)書》對建筑物分類及模型合并標(biāo)準(zhǔn)的要求，對建筑物房頂及橋梁進(jìn)行對應(yīng)的平面幾何和高程數(shù)據(jù)的采集，并達(dá)到平面位置精度

3.5.2 屋頂紋理的提取。按要求對原始影像進(jìn)行色調(diào)處理后，在相應(yīng)的軟件下進(jìn)行影像與基礎(chǔ)模型的同名點(diǎn)的匹配，并達(dá)到合格精度，軟件自動(dòng)提取建筑物頂部紋理。

3.5.3 外業(yè)紋理采集。利用手持?jǐn)?shù)碼相機(jī)，根據(jù)外業(yè)紋理采集規(guī)范，采集測區(qū)范圍內(nèi)所有建筑物側(cè)面紋理信息。在外業(yè)采集紋理相片時(shí)，需要將每個(gè)建筑物的外部輪廓用相機(jī)清楚地記錄下來，并保證相鄰毗連建筑的紋理接邊。在采集過程中，必須有建筑物整體紋理效果及建筑物局部放大紋理效果，對于特征建筑物及建筑物的局部特征細(xì)節(jié)需要詳細(xì)記錄。

3.5.4 三維模型制作。沈陽三維地理信息系統(tǒng)中，三維模型主要分為地形模型、建筑模型、道路模型、植被模型、市政設(shè)施模型等五大類和精細(xì)模型、標(biāo)準(zhǔn)模型兩個(gè)級別。

要求在較短的時(shí)間內(nèi)完成沈陽市區(qū)大規(guī)模的三維建模，這對建模效率及數(shù)據(jù)質(zhì)量都有很高要求。因?yàn)榈匦巍⒌缆泛椭脖荒Ｐ鸵话憬Y(jié)構(gòu)比較簡單，建筑和市政設(shè)施模型相對復(fù)雜，所以我們采用3DS Max與MultiGen Creator兩種軟件結(jié)合起來進(jìn)行建模，即：用MultiGen Creator制作地形模型、植被模型和道路模型，用3DS Max制作建筑模型和市政設(shè)施模型。

3.6 城市三維場景整合

采用高德的TerrainBuilder、ModelBuilder等工具軟件，對DOM、DEM、模型、精細(xì)場景等進(jìn)行優(yōu)化、，整合生成數(shù)字城市三維場景。

4 結(jié)語

本文通過對數(shù)字沈陽三維建模項(xiàng)目的闡述，認(rèn)為基于數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的三維建模是一種非常行之有效的建模方法，但同時(shí)也存在著一些問題，如批量建模的自動(dòng)化等還有待于廣大測繪人員進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)

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[4] 劉曉艷，林琿，張宏.虛擬城市建設(shè)原理與方法

篇6

關(guān)鍵詞：數(shù)字德令哈；三維模型；數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，城市的信息化成為了必然的趨勢，數(shù)字城市的不斷完善已經(jīng)成為城市發(fā)展的新契機(jī)，成為城市信息化建設(shè)的目標(biāo)。數(shù)字三維城市已成為城市規(guī)劃和管理中重要的手段。三維模型能夠真實(shí)、生動(dòng)地表達(dá)三維空間信息，成為數(shù)字城市的研究重點(diǎn)。

德令哈市是青海省海西蒙古族藏族自治州州府所在地，是全州政治、教育、科技、文化中心，也是海西東部經(jīng)濟(jì)區(qū)中心。作為青海省重要的工業(yè)城市，德令哈市在青海省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位。隨著德令哈市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對城市規(guī)劃和城市管理提出了更高的要求，政府部門對信息化建設(shè)有著迫切的需求，“數(shù)字德令哈”的建設(shè)為各部門信息化系統(tǒng)提供了一個(gè)統(tǒng)一的定位基礎(chǔ)和信息共享平臺(tái)，加快了城市信息化進(jìn)程。

目前，有關(guān)數(shù)字三維模型的相關(guān)文件有《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范CH/T 9016-2012》《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范CH＼T9015-2012》《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫規(guī)范CH＼T9017-2012》，這些標(biāo)準(zhǔn)對三維模型的制作進(jìn)行了定義和要求，但對三維模型質(zhì)量評定沒有明確的要求， 也沒有形成一套有效的質(zhì)量檢查方法與質(zhì)量評價(jià)體系。

文章針對“數(shù)字德令哈”項(xiàng)目中已經(jīng)產(chǎn)生的大量三維模型成果，參照《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范 CH/T 9016-2012》《中華人民共和國測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范CH＼T9015-2012》標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容并結(jié)合工作中進(jìn)行三維模型質(zhì)量控制的實(shí)踐， 探討了如何對三維模型進(jìn)行質(zhì)量檢查。

1 模型的生產(chǎn)流程

“數(shù)字德令哈”中三維模型數(shù)據(jù)的制作流程主要如圖1所示。

1.1 矢量數(shù)據(jù)采集

立體采集使用MapMatrix全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站完成，模型定向采用空三自動(dòng)恢復(fù)模型進(jìn)行立體測圖，采集道路、水系、屋頂、基礎(chǔ)設(shè)施等數(shù)據(jù)。

1.2 紋理照片采集及處理

用符合要求的相機(jī)實(shí)地采集房屋、道路、植被、基礎(chǔ)設(shè)施等要素的照片以及興趣點(diǎn)。將采集的實(shí)地照片在Photoshop軟件下處理成紋理數(shù)據(jù)。

1.3 建筑模型制作情況

利用立體量測的方式，將建筑物屋頂結(jié)構(gòu)全部表示出來，再將該結(jié)構(gòu)結(jié)合地面dem，提取成立體模型。后期貼圖時(shí)參照外業(yè)實(shí)拍的照片形狀進(jìn)行核實(shí)、修改，將處理好的紋理數(shù)據(jù)賦在建筑面上，保證模型與實(shí)際相符。

1.4 道路模型制作情況

人行道、行車路面按照大比例尺地形圖精確制作；地形圖上未表示的較窄的道路按航片或照片制作；全區(qū)域范圍內(nèi)同材質(zhì)路面使用了同一紋理表示；跨河橋梁等全部按照實(shí)際建模。

1.5 植被模型制作情況

城市中植被種類繁多，數(shù)量巨大，因此植被利用十字交叉面片雙面貼圖的方式進(jìn)行建模。

1.6 基礎(chǔ)設(shè)施模型制作情況

交通信號燈、路牌、路標(biāo)、交通指示標(biāo)志牌等按實(shí)際形狀建模，按實(shí)際位置表示，方向指示正確；道路中間、兩側(cè)的柵欄及柵欄兩頭的圓柱形墩子按實(shí)際表示，使用透明紋理表現(xiàn)。包圍綠地或隔離帶的圍欄按實(shí)際建模，并使用透明紋理表現(xiàn)；道路附屬設(shè)施上作為設(shè)施主體的廣告牌按實(shí)際照片制作紋理貼圖。

2 質(zhì)量控制內(nèi)容

三維模型數(shù)據(jù)是“數(shù)字德令哈”地理空間框架中的重要內(nèi)容。

2.1 質(zhì)量檢查內(nèi)容

2.1.1數(shù)據(jù)命名、格式的檢查：包括模型的命名，紋理的命名，紋理尺寸和格式的正確性。

2.1.2 空間數(shù)據(jù)的檢查：包括平面位置精度、高程精度和坐標(biāo)精度。平面位置精度主要檢查與地形圖中基底輪廓線的套合情況；高程精度主要檢查模型與實(shí)際高度是否一致；坐標(biāo)精度檢查是否符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)書中的坐標(biāo)系統(tǒng)要求。

2.1.3 場景中模型的檢查：（1）檢查模型結(jié)構(gòu)是否完整、正確；模型有無缺漏、穿插；有無多余面或丟失面。（2）檢查紋理是否與實(shí)地相符；紋理是否清晰，有無扭曲、變形、炫光等；紋理間銜接是否合理。（3）平臺(tái)場景中檢查地形模型、建筑模型、道路模型、植被模型、基礎(chǔ)設(shè)施模型以及各類型模型之間相互位置關(guān)系。（4）附件的質(zhì)量控制主要指文檔的完整性。

2.2 檢查平臺(tái)

德令哈市的三維模型是使用3ds max軟件進(jìn)行原始模型的制作、光照烘培效果和格式轉(zhuǎn)換的，利用Photoshop軟件進(jìn)行紋理處理，利用City Maker Building平臺(tái)進(jìn)行大場景整合。所以質(zhì)檢人員也是在上述軟件下進(jìn)行檢查。

3 檢查方法

3.1 原始模型數(shù)據(jù)檢查

3.1.1 平面檢查

對于制作好的模型，首先檢查模型的平面坐標(biāo)，將德令哈1：500的CAD圖導(dǎo)入3ds max軟件作為依據(jù)，在頂視圖中檢查建筑的基地邊線是否與CAD數(shù)據(jù)套合，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑應(yīng)多角度進(jìn)行檢查。

3.1.2 模型檢查

坐標(biāo)檢查完后要檢查模型文件中存在空物體，打開摘要信息命令（Summary info）檢查文件中物體數(shù)量、面片數(shù)量等信息，查找到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中點(diǎn)與線都為0的模型即為空物體，記錄后需在max場景中刪除。接下來打開模型列表，檢查模型的命名是否與設(shè)計(jì)方案一致，如有問題需要記錄，若沒有就可進(jìn)行下一步檢查?！皵?shù)字德令哈”項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求模型需100%檢查，所以檢查時(shí)是按照模型的名稱進(jìn)行順序檢查，主要檢查模型結(jié)構(gòu)與實(shí)地是否一致，是否符合設(shè)計(jì)方案的精度要求，貼圖是否完整；整個(gè)max場景中模型是否有重疊、穿插、漏縫等情況；最后需檢查模型軸心位置。如檢查有上述問題需記錄后返還給作業(yè)人員進(jìn)行修改。

3.1.3 紋理檢查

模型的紋理首先需在photoshop軟件中打開后檢查紋理的命名與格式是否符合軟件要求，尺寸是否是2的N次冪，并小于2048像素；其次需要檢查場景中紋理圖像的清晰度與真實(shí)度，交界面紋理應(yīng)合理銜接，保證所有的模型紋理必須賦予UV，利用反轉(zhuǎn)法線制作的兩個(gè)透明面要避免閃爍，制作的透明貼圖不能出現(xiàn)明顯的白邊。如檢查有上述問題需記錄后返還給作業(yè)人員進(jìn)行修改。

3.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)檢查

原始模型檢查修改完成后，將模型轉(zhuǎn)換成City Maker平臺(tái)所需的.Osg格式數(shù)據(jù)，在平臺(tái)中整合好的數(shù)據(jù)還需檢查建筑模型、地面模型、道路模型、植物模型、基礎(chǔ)設(shè)施模型之間的相互關(guān)系，檢查各類模型底面與地面的銜接是否在設(shè)計(jì)書要求精度范圍內(nèi)，檢查各類模型互相之間銜接是否合理。

4 結(jié)束語

隨著數(shù)字城市的不斷發(fā)展建設(shè)，我省的數(shù)字項(xiàng)目會(huì)越來越多，對三維模型的需求也會(huì)越來越大，但目前對三維模型的質(zhì)量檢查還沒確切的標(biāo)準(zhǔn)，影響三維模型質(zhì)量的因素很多，不同的項(xiàng)目需求對三維模型的質(zhì)量起著決定的作用。文章通過“數(shù)字德令哈”項(xiàng)目對三維模型的質(zhì)量檢查設(shè)定了一套方法與流程，希望可以對其他數(shù)字城市項(xiàng)目中三維模型的質(zhì)量檢查提供一些參考。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：3D建模；三維數(shù)字校園；EAVR軟件平臺(tái)

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0241-03

三維數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展為人們提供了多層次、高質(zhì)量、高效率的信息服務(wù)及決策支持，應(yīng)用研究主要表現(xiàn)為基于現(xiàn)有EAVR平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，通過三維軟件進(jìn)行模型建立并加載數(shù)據(jù)及功能模塊。本文以秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園為研究對象，借助南方數(shù)碼GIS 軟件的開發(fā)平臺(tái)，利用3ds Max進(jìn)行三維數(shù)字校園建模，并初步實(shí)現(xiàn)GIS分析功能。三維數(shù)字校園為大學(xué)校園的規(guī)劃管理、資源利用、教學(xué)實(shí)施提供了支持。

1 建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和基本原則

1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

平面坐標(biāo)系采用1980西安坐標(biāo)系，任意分帶；高斯克呂格正形投影，投影面為參考橢球面。高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)。

技術(shù)依據(jù)：

1）《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定和質(zhì)量評定》GB/T 18316-2008；

2）《數(shù)字城市地理空間信息公共平臺(tái)技術(shù)規(guī)范》CH/Z 9001-2007；

3）《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》CH/T 9015-2012；

4）《三維地理信息模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)范》CH/T 9016-2012；

5）《三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫規(guī)范》CH/T 9017-2012。

1.2 基本原則

1）數(shù)據(jù)采集原則

幾何數(shù)據(jù)選用的已有測繪資料應(yīng)滿足建?，F(xiàn)勢性和精度要求，不能滿足要求時(shí)，應(yīng)按有關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行重新測量；平面和高程數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)符合現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)規(guī)定；應(yīng)以能夠準(zhǔn)確表達(dá)對象幾何形態(tài)特征為原則，必要時(shí)可通過圖像或視頻等方式輔助描述幾何形態(tài)的細(xì)節(jié)特征。

紋理數(shù)據(jù)采集遵循紋理的單一最小化原則。應(yīng)拍攝地物所有部位的表面影像。有重復(fù)單元的表面，宜拍攝局部；無重復(fù)單元的表面，應(yīng)拍攝完整表面。對結(jié)構(gòu)復(fù)雜或無法正視拍攝的表面，應(yīng)進(jìn)行多角度拍攝，并利用圖像處理軟件進(jìn)行糾正和拼接處理。應(yīng)根據(jù)不同細(xì)節(jié)層次的模型以及相應(yīng)的精度及表現(xiàn)要求，確定拍照需要表現(xiàn)的細(xì)節(jié)。應(yīng)拍攝有代表性的表面影像制作通用紋理或示意紋理。

2）三維模型完整性原則。三維模型數(shù)據(jù)要素應(yīng)全面完整，不應(yīng)有遺漏和冗余。不同類型、不同細(xì)節(jié)層次數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系應(yīng)完整、正確。

3）三維模型位置精度原則。三維模型數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)值（X，Y）應(yīng)符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》CH/T 9015-2012 的要求；三維模型數(shù)據(jù)的高度（Z），根據(jù)不同模型類別和細(xì)節(jié)層次，應(yīng)符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》CH/T 9015-2012 的要求；三維模型數(shù)據(jù)各組成部分的位置精度應(yīng)符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》CH/T 9015-2012 的要求。

4）三維模型表現(xiàn)精度原則。三維模型的可視化表達(dá)包括平面精度、高程精度、地形精度、DOM精度、模型精細(xì)度、紋理精細(xì)度6個(gè)指標(biāo)。三維模型數(shù)據(jù)的表現(xiàn)精度應(yīng)符合《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》CH/T 9015-2012的要求。

2 整體設(shè)計(jì)及技術(shù)路線

南方EAVR平臺(tái)是廣州南方數(shù)碼科技有限公司依托公司深厚的測繪背景和技術(shù)優(yōu)勢，獨(dú)立開發(fā)出的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字城市建設(shè)平臺(tái)，它可以綜合多源地理數(shù)據(jù)（柵格、矢量）與實(shí)體模型對地理環(huán)境中的自然和人工實(shí)體進(jìn)行建模，管理與可視化。本項(xiàng)目根據(jù)秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院的實(shí)際情況，在認(rèn)真進(jìn)行資料分析和實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，通過新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，建立科學(xué)的技術(shù)路線和生產(chǎn)工藝。基于EAVR軟件平臺(tái)，利用數(shù)字高程模型和其他2D或3D信息源，包括GIS數(shù)據(jù)集、層等創(chuàng)建一個(gè)交互式三維地形場景環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于三維地形場景的交互式鳥瞰、飛行等任意角度和方位旋轉(zhuǎn)顯示、無級縮放、快速無縫瀏覽、查詢、定位功能。

建模設(shè)計(jì)是三維展示系統(tǒng)中的三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)的部分，本項(xiàng)目建模區(qū)建筑和地形均采用模型主體表現(xiàn)或符號表現(xiàn)的方式生產(chǎn)，不通過DEM、DOM來生成地形。通過地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星影像出圖，在實(shí)地地毯式采集測區(qū)建筑和場景紋理，內(nèi)業(yè)依據(jù)秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院的地形測量數(shù)據(jù)和實(shí)地采集的紋理照片，參考衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，結(jié)合通用紋理庫，生產(chǎn)測區(qū)的建筑和地形三維模型成果，導(dǎo)入專門開發(fā)的三維數(shù)字城市系統(tǒng)，進(jìn)而生成較真實(shí)的三維校園立體景觀，如圖1所示。

3 三維模型制作

3.1 實(shí)施流程

數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程主要包括前期數(shù)據(jù)收集分析（包括地形圖資料、交通資料等，通過試驗(yàn)、檢測與認(rèn)真分析，合理、充分利用各種已有資料）、中期數(shù)據(jù)采集、后期數(shù)據(jù)處理三大部分。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)所有模型分為精細(xì)建模模型、標(biāo)準(zhǔn)建模模型和基礎(chǔ)模型三類。統(tǒng)一采用3ds Max建模，最終建模的模型導(dǎo)出成三維數(shù)字地球平臺(tái)支持的格式模型文件，通過三維數(shù)字地球平臺(tái)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)模型和場景的融合。

之后添加屬性：根據(jù)外業(yè)拍攝時(shí)的記錄和現(xiàn)有資料的參考，對項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)建筑設(shè)施賦予名稱及信息提示等屬性，方便系統(tǒng)進(jìn)行檢索和查詢。

3.2 模型制作

本項(xiàng)目三維建模包括建筑模型、道路模型、植被模型、地面模型以及其他模型的制作。首先采用航測法采集建筑的空間三維信息，并編輯成合格的白模型數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行優(yōu)化處理和紋理貼圖。

校園的建筑對比普通的城市建筑有很大區(qū)別。首先校園類建筑的密度低，平均算下來每平方千米的建筑數(shù)量可能連城市建筑的1/4都不到。但是，校園建筑的難度相對來說是較大的，因?yàn)榻ㄖ旧砀骶咛厣?，重?fù)性低，外部結(jié)構(gòu)較多，貼圖的重復(fù)利用率也低。所以需要在建模前進(jìn)行仔細(xì)的分析和腦中推演。

以秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院的圖書館為例，此建筑適用于分體建模的形式，把整個(gè)建筑分成4個(gè)部分，后方的矩形結(jié)構(gòu)，左側(cè)的正方形結(jié)構(gòu)和右側(cè)的扇形結(jié)構(gòu)，以及正面的裝飾性結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在建模過程中，使用CAD建筑地線作為參照，配合使用Poly級別下的“D出”“倒角”“橋接”等命令。

具體實(shí)施步驟如下。

1）在Auto CAD中將建筑地線提取出來，并做好封口、焊接等處理，確定CAD當(dāng)中的坐標(biāo)和單位的正確。

2）使用CAD的導(dǎo)出命令，將建筑地線單獨(dú)存儲(chǔ)成一個(gè)DWG格式的文件。

3）將先前保存好的DWG格式文件導(dǎo)入3ds Max當(dāng)中，并在導(dǎo)入時(shí)注意選擇導(dǎo)入單位為“米”。然后這個(gè)DWG格式文件當(dāng)中的線段，會(huì)在3ds Max中以二維線的形式顯示，這就是建模的依據(jù)。參照這些二維線，并使用3ds Max中的二維線，可借助“點(diǎn)捕捉”命令進(jìn)行再次描繪。

4）根據(jù)重新描繪的二維線，開始創(chuàng)建模型。首先保證線段閉合，然后將線段轉(zhuǎn)換成Poly模式，并依據(jù)先前采集回來的高程數(shù)據(jù)，以實(shí)際高度，使用“擠出”命令，來創(chuàng)建建筑的外輪廓。在形成的過程中，要確定建筑的實(shí)際層數(shù)、高度和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有意識的線位預(yù)留，比如窗戶的位置和門口的位置，以及一些附屬結(jié)構(gòu)的位置，都要在過程中預(yù)留出來，為后續(xù)的建筑工作增加便利。

5）基本的建模工作完成，開始制作建模的附屬結(jié)構(gòu)，如遮雨棚、電梯房等結(jié)構(gòu)，有些需要單獨(dú)制作的，要在制作完成后，放到先前預(yù)留的位置當(dāng)中去。

6）進(jìn)入模型貼圖階段。創(chuàng)建材質(zhì)庫，然后按照建筑的實(shí)際顏色、紋理來進(jìn)行貼圖制作。在制作的過程中，要保證貼圖與實(shí)際的相對一致性。并在貼圖的時(shí)候，使用3ds Max中的“UVW”命令進(jìn)行一系列的調(diào)整，如位移、重復(fù)、鏡像等。通過貼圖的制作，可以增加模型的真實(shí)度與質(zhì)感，使創(chuàng)建的三維模型更加真實(shí)，如圖3所示。

3.3 交互設(shè)計(jì)與集成

將3DMAX數(shù)據(jù)導(dǎo)入南方數(shù)碼研發(fā)的易維數(shù)字城市軟件平臺(tái)， 優(yōu)化場景數(shù)據(jù)及材質(zhì)，設(shè)置場景參數(shù)，設(shè)置行走模式、飛行模式、車行模式，檢測場景的重力效應(yīng)和碰撞，對透明材質(zhì)設(shè)施進(jìn)行穿透檢測，以達(dá)到場景瀏覽順暢。接著設(shè)置場景特效，根據(jù)時(shí)間設(shè)定場景的光照效果，設(shè)置各種天氣特效，添加輔助的情景動(dòng)畫。編寫腳本控制，根據(jù)用戶的需求瀏覽校園場景， 實(shí)現(xiàn)查詢定位、功能屬性查詢等交互性操作。最后，將三維模型數(shù)據(jù)通過EAVR平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)三維系統(tǒng)建立在B/S結(jié)構(gòu)的體系上。

把虛擬場景打包成可獨(dú)立執(zhí)行的EXE文件供用戶下載， 并用網(wǎng)上三維互動(dòng)制作軟件（VRPIE）打包輸出為可網(wǎng)絡(luò)的 VRPIE 網(wǎng)絡(luò)三維文件。同時(shí)把之前收集的高分辨率Quickbird遙感影像地圖進(jìn)行影像配準(zhǔn)， 并以此為基礎(chǔ)結(jié)合校區(qū)簡化圖， 制作電子地圖， 同步到網(wǎng)絡(luò)。

三維數(shù)字校園建成后，可以實(shí)現(xiàn)部分三維交互功能，用戶在三維場景中通過操作鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行漫游，可以對其中的三維物體信息進(jìn)行管理和查詢操作，使三維的空間感更逼真地顯示在用戶面前。主要系統(tǒng)功能如下：

1）數(shù)據(jù)管理和編輯的功能。用戶可以根據(jù)自身的需求加載自己所需的數(shù)據(jù)，如：柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的疊加，多種數(shù)據(jù)的復(fù)合疊加等?？梢苑奖愕卦谌S環(huán)境中瀏覽二維數(shù)據(jù)。

2）三維信息交互查詢功能。在三維數(shù)字校園平臺(tái)中可以方便快捷地在三維場景中進(jìn)行目標(biāo)定位，并對三維場景中的三維模型實(shí)體相關(guān)屬性信息進(jìn)行即時(shí)的調(diào)閱與動(dòng)態(tài)查詢，如圖4所示。

3）路徑漫游功能。三維數(shù)字校園平臺(tái)提供空間量測工具、三維路徑分析功能，可以選擇路徑進(jìn)行漫游，還可以實(shí)現(xiàn)通過鼠標(biāo)鍵盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)飛行等功能，滿足各種三維場景觀察與瀏覽需求，如圖5所示。

4 結(jié)束語

秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院三維數(shù)字校園是依托EAVR平臺(tái)，將校園數(shù)字化、可視化的體現(xiàn)。本文根據(jù)秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園實(shí)際情況，進(jìn)行了數(shù)字校園整體建模設(shè)計(jì)及技術(shù)路線，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)施建模流程，通過3ds Max完成三維數(shù)字校園建模。

通過三維數(shù)字校園的建設(shè)，管理者能很方便、直觀地了解學(xué)校布局及景觀，使學(xué)校未來的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案在虛擬的數(shù)字校園場景中直觀體現(xiàn)，規(guī)避了設(shè)計(jì)中可能的風(fēng)險(xiǎn)，對校園的建設(shè)規(guī)劃等起到輔助決策的作用。同時(shí)數(shù)字校園可以直觀有效地促進(jìn)學(xué)校的招生宣傳及校區(qū)資源的展示，對學(xué)校大型活動(dòng)規(guī)劃安排及制定應(yīng)急疏散方案等提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

關(guān)鍵詞：Skyline平臺(tái) 數(shù)字城市 多維展示與決策 三維GIS

1 概述

伴隨著城市信息化建設(shè)的快速發(fā)展，數(shù)字城市的構(gòu)建已愈來愈成為關(guān)注的熱點(diǎn)。數(shù)字城市是數(shù)字地球戰(zhàn)略構(gòu)想的重要組成部分，是將現(xiàn)實(shí)中的城市以空間位置及其相關(guān)聯(lián)信息為基礎(chǔ)形成多維的、數(shù)字化的信息系統(tǒng)，它充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將城市的各種信息資源加以整合并利用。在初始階段，構(gòu)建數(shù)字城市主要依靠二維GIS，當(dāng)前，三維GIS技術(shù)已日趨成熟，推廣使用后，數(shù)字城市的應(yīng)用研究必將有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。三維GIS與二維GIS相比，它可以多維呈現(xiàn)城市各種元素，它以立體造型技術(shù)來展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，能給人以更真實(shí)的感覺。不僅能夠?qū)臻g對象進(jìn)行其特有的多維空間分析和操作功能，還能描述和表達(dá)它們之間的垂直關(guān)系和平面關(guān)系。數(shù)字城市的構(gòu)建完成，可以在城市可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用，同時(shí)還能在城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理、打擊犯罪、防災(zāi)減災(zāi)、電子商務(wù)方面發(fā)揮自己應(yīng)有的功效。以三維GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字城市，可以提供全新的城市規(guī)劃、建設(shè)、管理與服務(wù)的決策輔助信息，還可以為市民提供享受數(shù)字化生存的環(huán)境。

2 基于多維信息的數(shù)字城市模型

建立以城市地理坐標(biāo)為基準(zhǔn)的完整數(shù)字化模型，收集、整理、歸納現(xiàn)實(shí)城市中的多維信息，用戶可以快速、完整、形象地了解全市宏觀和微觀的各種情況，通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)起來。用戶登錄系統(tǒng)后，根據(jù)地理學(xué)原理，空間對象依層次分為9塊：現(xiàn)實(shí)世界、概念世界、地理空間世界、尺度世界、項(xiàng)目世界、點(diǎn)世界、集合世界、地理要素世界。根據(jù)地理信息的特點(diǎn)：區(qū)域分布性、數(shù)據(jù)量大、信息載體的多樣性以及三維GIS的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上再結(jié)合面向?qū)ο蠓椒ǎ湍芙⒁粋€(gè)比較完備的空間信息模型。如下三層概念模型可搭建出來，如圖1-1所示。

3 多維展示與決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過建立綜合的多媒體數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建具備能夠?qū)⒃谐鞘行畔①Y料文檔、二維矢量數(shù)據(jù)和三維場景相結(jié)合的多維展示與決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)集二維三維于一體的GIS平臺(tái)，可以通過該多維平臺(tái)查詢調(diào)用大量的資源信息，同時(shí)可以直觀查看監(jiān)控的多維信息數(shù)據(jù)（如交通信息等），并整合多維信息進(jìn)行分析，服務(wù)于城建規(guī)劃、應(yīng)急救援決策的制定等。

3.1 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 系統(tǒng)分為三個(gè)功能模塊，由下向上依次為：底層數(shù)據(jù)管理、維護(hù)、服務(wù)層，包括：數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)、多維信息與遠(yuǎn)程協(xié)同子系統(tǒng)?；A(chǔ)功能平臺(tái)層，包括：通信子系統(tǒng)、信息展示與查詢系統(tǒng)等。應(yīng)用功能層（業(yè)務(wù)子系統(tǒng)），包括：電子政務(wù)子系統(tǒng)、電子商務(wù)子系統(tǒng)、智能交通子系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)、分析、調(diào)度決策子系統(tǒng)、電子醫(yī)院子系統(tǒng)、故障定位子系統(tǒng)和網(wǎng)上社區(qū)子系統(tǒng)等。

3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì) 基于數(shù)字高程模型（DEM）的三維GIS有助于用戶對空間數(shù)據(jù)相互關(guān)系的直觀理解，但僅把多維可視化模型作為信息表示的一種輸出媒體是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。對于各種各樣的GIS用戶來說，往往需要直接將其作為可交互查詢的媒體。在此分析基礎(chǔ)上，采用以下方法對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)：①以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)管理的中心。由于多維數(shù)字城市展示系統(tǒng)會(huì)涉及到各種類型的數(shù)據(jù)，因此，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)共享、分布式處理，系統(tǒng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選用大型數(shù)據(jù)庫Oracle平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，從而使城市空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的管理問題得以解決。②多維影像合成采用Skyline平臺(tái)的TerraBuilder模塊實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中，完成數(shù)字DOM圖像與數(shù)字DEM模型進(jìn)行多維融合，生成系統(tǒng)skyline獨(dú)有的多維地形文件，采用TerraBuilder合成技術(shù)，它支持包括遙感影像、高程數(shù)據(jù)、特殊景觀紋理和基礎(chǔ)二維GIS數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)的合成。③系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用TerraExplorer Pro模塊進(jìn)行。我們可以與現(xiàn)存的二維系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，因?yàn)門erraExplorer Pro支持WFS/WMS和ArcSDE，同時(shí)，利用skyline的Developer提供的COM接口，可以實(shí)現(xiàn)用戶自定義開發(fā)，各種外部資源可以得到充分利用，完美做到與Oracle平臺(tái)的結(jié)合。④系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。海量的地理信息數(shù)據(jù)，是制約多維GIS發(fā)展的一大難題，而本系統(tǒng)采用Skyline平臺(tái)的TerraGate很好的解決了這一問題，用戶瀏覽海量數(shù)據(jù)可以沒有限制、沒有阻礙。

3.3 系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu) 根據(jù)上述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：系統(tǒng)采用三層式邏輯結(jié)構(gòu)：底層數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)。底層數(shù)據(jù)平臺(tái)：Oracle數(shù)據(jù)庫作為底層平臺(tái)，數(shù)據(jù)信息包括TerraBuilder合成之后的多維數(shù)據(jù)、以及二維的影像和屬性數(shù)據(jù)，還有其他的數(shù)據(jù)（如單位列表、電話簿等），其中還有原有基礎(chǔ)城市數(shù)據(jù)的鏈接等。數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)：完成二維、三維空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的功能，多維數(shù)據(jù)采用TerraGate，二維數(shù)據(jù)采用ArcIMS。應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)：應(yīng)用系統(tǒng)使數(shù)字城市的電子政務(wù)、電子商務(wù)、智能交通和分析決策等功能可以實(shí)現(xiàn)，它是通過COM接口與底層數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的功能擴(kuò)展。

3.4 系統(tǒng)典型應(yīng)用的研制　①二維、多維展示功能的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用二維和多維聯(lián)合操作的方式，在不影響用戶操作方便性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多維可視化效果，使顯示、查詢和編輯可以在兩種視圖之間自由切換。從而在多維可視化場景下，繼承二維GIS操作具有無極放大、選擇唯一和定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)，結(jié)合三維GIS的強(qiáng)大空間檢索和分析功能為城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和高效管理提供整體支持。②空間行為決策系統(tǒng)的開發(fā)?？臻g信息分析與行為決策是三維GIS的核心部分之一，空間信息分析在地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。系統(tǒng)開發(fā)了一些簡單的空間分析功能模塊，比如圖1-2所示的“測量功能”模塊，這與二維計(jì)算機(jī)地圖制圖系統(tǒng)有顯著的差別。利用系統(tǒng)的空間信息分析技術(shù)，對原始數(shù)據(jù)模型進(jìn)行觀察和分析，用戶可以獲得新的經(jīng)驗(yàn)和知識，并做出城市空間行為的決策。

4 解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題

4.1 多維建模技術(shù) 城市多維景觀模型包含數(shù)字高程模型、地面紋理影像等數(shù)據(jù)，它是多維數(shù)字城市信息系統(tǒng)的表現(xiàn)模型。本系統(tǒng)數(shù)字高程模型的建模方法采用綜合形式，普遍采用數(shù)字?jǐn)z影測量方法，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)，通過影像匹配快速自動(dòng)生成數(shù)字高程模型。另一種方法是采用三維設(shè)計(jì)軟件，如3Dmaxs等軟件，通過Skyline平臺(tái)提供的COM接口，將設(shè)計(jì)好的模型實(shí)體導(dǎo)入并定位于特殊地形景觀模型中。

4.2 圖像壓縮處理技術(shù) 圖像壓縮采用小波算法實(shí)現(xiàn)，可以生成地面紋理和形狀最大限度接近真實(shí)目標(biāo)，從而保證了圖像壓縮后的質(zhì)量達(dá)到無失真。圖像壓縮比高，以1米地面高度分辨率的影像數(shù)據(jù)和25米地面高度分辨率的高程數(shù)據(jù)多維融合為例，經(jīng)過測試，壓縮比一般可達(dá)到4：1，最高甚至可以達(dá)到10：1。高圖像壓縮比和快速還原能力得以實(shí)現(xiàn)，它采用多級LOD方式存儲(chǔ)系統(tǒng)影像，使多比例尺、多尺度空間地形數(shù)據(jù)可以無縫融合在一起，調(diào)用圖像響應(yīng)時(shí)間不超過0.5秒，從而在根本上解決了大型影像數(shù)據(jù)（>200GB）的網(wǎng)絡(luò)瀏覽問題。

5 結(jié)論

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)開始重視交互式多維可視化應(yīng)用軟件的開發(fā)。針對數(shù)字城市應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們基于Skyline平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向數(shù)字城市應(yīng)用領(lǐng)域的交互式可視化多維展示與決策系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用后，能夠在一定程度上為城市數(shù)字化管理提供完善的支持，可視化程度高、交互性好和開放性強(qiáng)是該系統(tǒng)的特點(diǎn)，在當(dāng)前飛速發(fā)展的城市數(shù)字規(guī)劃與管理中有著廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

關(guān)鍵詞：電子沙盤；地理信息；三維建模；操作控制

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等一系列技術(shù)越來越多的被人們應(yīng)用，與此相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的固化沙盤模型，逐漸被具有人機(jī)交互、動(dòng)態(tài)模擬的電子沙盤所代替，主要應(yīng)用于軍事上的沙盤模型也逐漸應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通分析等方面。如何充分利用地形、影像、三維空間信息結(jié)合光、電等技術(shù)實(shí)現(xiàn)真實(shí)、實(shí)時(shí)的三維交互式城市場景，將成為輔助城市決策、城市規(guī)劃不可缺少的手段。

1 基本原理

簡單來說，城市電子沙盤就是以城市基礎(chǔ)地理空間信息為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、仿真技術(shù)、立體顯示技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)造就一種生動(dòng)逼真的視、聽、觸一體化的特定虛擬環(huán)境，使人們“沉浸”于等同真實(shí)的環(huán)境，進(jìn)行感受和體驗(yàn)，其原理為通過控制系統(tǒng)調(diào)用準(zhǔn)備好的信息數(shù)據(jù)，依靠多媒體手段將信息模擬真實(shí)的環(huán)境展現(xiàn)在顯示端，示意圖見下圖。

圖一：城市電子沙盤基本原理示意圖

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)示意圖

圖二：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)示意圖

2.2 數(shù)據(jù)建設(shè)

數(shù)據(jù)建設(shè)是城市電子沙盤制作的核心，同時(shí)也也是電子沙盤制作的難點(diǎn)，主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理，三維建模、建立數(shù)據(jù)庫、功能實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

城市電子沙盤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是指地形圖、影像圖等數(shù)據(jù)的處理，使其滿足建設(shè)城市電子沙盤系統(tǒng)的應(yīng)用。預(yù)處理主要包括：①統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)格式。為了保證數(shù)據(jù)融合和集成顯示的效果，必須對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一，保證各類數(shù)據(jù)之間很好的結(jié)合，也保證各類數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的應(yīng)用操作控制系統(tǒng)中。②地形圖處理。根據(jù)城市電子沙盤建設(shè)的效果選擇不同比例地形圖，城區(qū)一般選擇1:500數(shù)字線劃圖，農(nóng)村一般選擇1:2000或1:10000數(shù)字線劃圖，將道路、水系、房屋、信息點(diǎn)注記分級、分類、分層。③影像圖處理。將航片影像和衛(wèi)片影像處理為不同分辨率數(shù)字影像，進(jìn)行調(diào)色、糾正處理。④其它數(shù)據(jù)處理。其它高程模型、規(guī)劃信息、視頻、動(dòng)畫等數(shù)據(jù)處理，使其能夠與地形、影像、三維模型等數(shù)據(jù)整合在一起，集成在電子沙盤系統(tǒng)。

2.2.2 三維建模

城市電子沙盤系統(tǒng)中三維建模為一般建模要和精細(xì)建模。一般建模是指在一定的坐標(biāo)系統(tǒng)基準(zhǔn)下，以城市二維地形圖為基礎(chǔ)，套合城市數(shù)字高程模型（DEM）,建立城市三維空間框架模型，再疊加城市數(shù)字正射影像（DOM），將影像數(shù)據(jù)作為紋理，與城市三維空間框架模型疊加顯示，建立城市三維地表空間模型。精細(xì)建模是指依靠專業(yè)的三維建模軟件如3DMAX等進(jìn)行房屋、道路等要素精細(xì)化三維模擬真實(shí)搭建，對搭建的三維模型依照坐標(biāo)位置移植到城市三維地表空間模型。對于建立城市電子沙盤系統(tǒng)而言，一般建模主要用于山地、丘陵地，從宏觀的方面表現(xiàn)三維環(huán)境；精細(xì)建模主要用城鎮(zhèn)，從微觀方面展現(xiàn)城市的特征風(fēng)貌。

2.2.3 建立數(shù)據(jù)庫

城市電子沙盤系統(tǒng)建設(shè)必須依靠大量的各類數(shù)據(jù)信息，同時(shí)在演示必須能夠加載相關(guān)信息，這就必須創(chuàng)建一個(gè)能存儲(chǔ)多種信息類型的數(shù)據(jù)庫，包括地理信息數(shù)據(jù)庫、媒體數(shù)據(jù)庫、三維模型數(shù)據(jù)庫等。通過訪問不同數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，來管理和調(diào)用地形、影像、視頻等各類信息數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)使用效率。

2.2.4功能實(shí)現(xiàn)

飛行漫游。它是電子沙盤展示最基本的變現(xiàn)方式，通過直觀、真實(shí)的三維環(huán)境來表現(xiàn)地形、城市特征，其表現(xiàn)為以觀察點(diǎn)為基點(diǎn)的前進(jìn)、后退、左移、右移進(jìn)行三維場景的游覽，可根據(jù)要求自定義游覽的路線、高度、視角等。

動(dòng)態(tài)影像動(dòng)畫輸出。電子沙盤不同于傳統(tǒng)的沙盤的主要在于它能夠?qū)崿F(xiàn)事先設(shè)定，或者展示時(shí)實(shí)現(xiàn)自定義設(shè)定的三維影像和三維動(dòng)畫的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，通過程序?qū)崿F(xiàn)這些將直接展現(xiàn)電子沙盤的特點(diǎn)。

查詢、分析。城市電子沙盤說通俗一點(diǎn)，可以認(rèn)為是高級的電子地圖，其興趣點(diǎn)的查詢、感興趣區(qū)域的分析是要實(shí)現(xiàn)的基本功能。

專題功能的實(shí)現(xiàn)。是指根據(jù)需要，加載有關(guān)行業(yè)方面的信息，實(shí)現(xiàn)如城市規(guī)劃、交通分析、綠地監(jiān)督調(diào)查等方面的功能。

2.3環(huán)境建設(shè)

硬件設(shè)備包括高性能圖形工作站、高端存儲(chǔ)設(shè)備、大屏幕液晶顯示器和多點(diǎn)觸摸屏或高清投影儀和銀幕，以及音響、燈光、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等設(shè)施，是為流暢、高清顯示、人機(jī)互動(dòng)提供基本支撐。

軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、GIS數(shù)據(jù)庫、圖形圖像處理軟件、基于三維的地理信息管理系統(tǒng)等，是為調(diào)用各類數(shù)據(jù)資源提供基本服務(wù)。

場景布設(shè)是根據(jù)設(shè)計(jì)方案、表現(xiàn)效果要求，選擇能夠?qū)D像、動(dòng)畫、解說、音樂、燈光等多種元素很好的融合在一起，為觀眾留下深刻影響的環(huán)境設(shè)計(jì)。

2.4 操作控制系統(tǒng)

電子沙盤的操作控制系統(tǒng)通常有自動(dòng)、手動(dòng)、遙控三種模式。

自動(dòng)控制模式：通過事先設(shè)計(jì)好的思路，由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)按一定的順序?qū)δＰ透艣r、各規(guī)劃分區(qū)、主要路網(wǎng)、主要建筑等信息通過多媒體形式展示出來，同時(shí)模型燈光電器與背景燈光也會(huì)自動(dòng)與展示內(nèi)容配合亮滅。此模式適合展廳全面開放，參觀者人數(shù)較多且來源復(fù)雜的情況時(shí)使用。 手動(dòng)控制模式：由講解員或參觀者通過手指觸摸屏幕，有選擇的、交互的演示對應(yīng)內(nèi)容，有目的的主動(dòng)對展示信息進(jìn)行索取。通過手動(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)感興趣區(qū)域的突出展現(xiàn)，使其地理方位、形狀在模型上一目了然，同時(shí)配以圖片和音樂介紹，使感興趣區(qū)域的相關(guān)信息全方位解說。此模式適于參觀者較少的情況，如領(lǐng)導(dǎo)參觀、投資商考察等情況時(shí)使用。 遙控模式是通過將整個(gè)系統(tǒng)的顯示、音樂及燈光等統(tǒng)一起來編制的演示系統(tǒng)，再結(jié)合遙控設(shè)備，使用戶可以手持遙控器，演示感興趣的區(qū)域。

3 結(jié)束語

城市電子沙盤不同普通的電子沙盤，普通的電子沙盤一旦完成后，需要維護(hù)很少，主要因?yàn)槠浜诵牡幕A(chǔ)數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而隨著城市建設(shè)的不斷加快，城市面貌將會(huì)發(fā)生很大變化，如果不能將發(fā)生變化的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新，花費(fèi)造價(jià)很大城市電子沙盤就會(huì)很快失去了現(xiàn)實(shí)意義，這需要我們在建造城市電子沙盤時(shí)，考慮到以后的維護(hù)方面的相關(guān)問題，真正實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊宇航，李會(huì)杰，馮允成. 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電子沙盤仿真系統(tǒng). 《計(jì)算機(jī)仿真》.2003.1

[2] 杜建麗. 電子沙盤制作方法的研究.

篇10

關(guān)鍵詞：A3 航空攝影 城市三維模型 紋理

中圖分類號：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0011-03

三維城市模型的構(gòu)建，一直是測繪領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢和熱門研究課題，在城市規(guī)劃、國土管理、通信、房地產(chǎn)、城市應(yīng)急減災(zāi)、虛擬現(xiàn)實(shí)等行業(yè)領(lǐng)域具有極為重要的應(yīng)用價(jià)值。目前業(yè)內(nèi)針對城市三維建筑模型還沒有一個(gè)建模標(biāo)準(zhǔn)，筆者基于近兩年的項(xiàng)目與技術(shù)實(shí)踐，認(rèn)為構(gòu)筑數(shù)字城市中的模型數(shù)據(jù)應(yīng)該至少包含以下要素：高精度的地形數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確的建筑模型以及真實(shí)的城市紋理和真實(shí)的要素模型等，這是城市最真實(shí)化的展示。基于最真實(shí)的城市模型數(shù)據(jù)，才可以實(shí)現(xiàn)三維視角下的城市空間信息管理、查詢和分析，使普通用戶不僅能有接近現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)感受，也為專業(yè)用戶提供城市空間現(xiàn)狀更為真實(shí)、客觀和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析。

1 A3航空攝影技術(shù)介紹

1.1 硬件簡介

2011年以色列VisionMap公司推出了大幅面A3數(shù)字航攝儀，將傳統(tǒng)框幅式與推掃式優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，并且配備300 mm超長焦距，可以高效率同步獲取正射和傾斜高分辨率影像。A3數(shù)字航攝儀由存儲(chǔ)器、小型計(jì)算機(jī)、GPS、電源、控制終端接口及旋轉(zhuǎn)雙鏡頭組成。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）300 mm超長焦距在相同航高下可以獲取超高分辨率影像數(shù)據(jù)，保證城市影像分辨率質(zhì)量和效果。（2）109°超大視場角可以獲取超大幅面影像數(shù)據(jù)，不但采集效率高，還可以同步采集不同角度的影像。（3）70%以上超高重疊度可獲取同一地物的多角度觀測影像，保證航帶間影像加密點(diǎn)數(shù)量，提高空三精度。（4）LightSpeed全自動(dòng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以保證數(shù)據(jù)的生產(chǎn)效率。

2 三維模型制作方法

2.1 技g路線

基于A3航空攝影數(shù)據(jù)特點(diǎn)，同時(shí)吸收了傳統(tǒng)建模方法中手工制作的優(yōu)點(diǎn)，形成了一套較完整的解決方案，可以有效解決傳統(tǒng)城市三維建模的不足。

該方案利用A3數(shù)字航攝儀提供的超大幅面立體像對（super large format/SLF）同步采集建筑物矢量模型、地形，并利用大角度傾斜影像映射建筑模型側(cè)面紋理。另外，為了彌補(bǔ)航空采集不足，地面底商、樓宇遮擋以及小品等區(qū)域，通過地面拍照方式進(jìn)行采集制作，如圖1所示。

該技術(shù)路線具有如下特點(diǎn)。

（1）利用A3高空航空攝影的作業(yè)方式，可以進(jìn)行大面積、高效率的采集，特別適合大范圍、快速的城市建模需求。（2）超大幅面立體像對（SLF）可以用于采集準(zhǔn)確的建筑物輪廓幾何信息，并同步提取高分辨率的紋理，節(jié)省紋理單獨(dú)制作環(huán)節(jié)。（3）A3長焦距影像可以制作城市準(zhǔn)真正射影像，保證城市密集區(qū)的視覺效果，比三維模型整合的三維場景更真實(shí)。（4）此種方式建立的建筑物模型為單體的、對象化的模型，可以對各個(gè)模型進(jìn)行單獨(dú)的加工、修改、編輯，甚至添加各種屬性信息。（5）實(shí)景模型數(shù)據(jù)精確，三維GIS分析結(jié)果準(zhǔn)確度更高，可以滿足規(guī)劃、國土、城市管理等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

2.2 三維模型制作

利用超大幅面立體像對（SLF）進(jìn)行三維模型的制作。在立體采集環(huán)境的支持下，類似傳統(tǒng)DLG采集模式，采集建筑物幾何信息。較傳統(tǒng)航攝相機(jī)，SLF立體像對由于視場角度大，可以最大限度地采集到建筑物側(cè)面幾何信息，如圖2所示。

2.3 實(shí)景紋理制作

2.3.1 傾斜影像空間定位

經(jīng)過空三加密輸出的SLF立體像對具有精確的影像外方位元素，可以準(zhǔn)確恢復(fù)每張影像的空間位置，具有精確的三維坐標(biāo)信息，如圖3所示。

2.3.2 紋理制作

在制作出高精度的體框模型后，基于定位后傾斜影像本身的特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字三維及空間幾何投影技術(shù)選取每個(gè)模型面，獲得其角點(diǎn)的物方坐標(biāo)（X，Y，Z），已知傾斜影像的外方位元素及傾斜影像本身的投影框物方坐標(biāo)（X，Y，Z），通過判斷每張傾斜影像與該模型面是否相交篩選出與模型面對應(yīng)的所有影像集，然后利用共線方程，計(jì)算出所選模型面在每張像片上的投影像點(diǎn)坐標(biāo)（x，y），通過篩選算法按照影像質(zhì)量及影像投影面最優(yōu)原則將相應(yīng)影像集排序，挑選最優(yōu)影像稍作編輯，最后將所選像片紋理部分截取并計(jì)算出紋理坐標(biāo)自動(dòng)映射到模型面上，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維模型的自動(dòng)化紋理提取映射功能，如圖4所示。

3 應(yīng)用案例

2014年4月，在北京市選取了約50 km2建成區(qū)進(jìn)行A3影像數(shù)據(jù)采集，為了更好地采集側(cè)面紋理，測區(qū)采用雙向交叉飛行方式，如圖5所示，測區(qū)技術(shù)參數(shù)見表2。

該項(xiàng)目制作完成1∶1 000數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像（DOM），并針對核心區(qū)進(jìn)行了實(shí)景城市模型制作，如圖6所示。

4 三維建模技術(shù)探討

4.1 精細(xì)的模型不一定真實(shí)

在傳統(tǒng)三維模型制作中，為了三維可視化效果的需要，模型數(shù)據(jù)在制作與認(rèn)識上偏離了三維應(yīng)用的根本需求。模型制作的精細(xì)、精美并不等于數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠。傳統(tǒng)精細(xì)模型的制作多數(shù)依靠人工拍照方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)化，受制于地面拍照范圍限制，多數(shù)模型結(jié)構(gòu)只能靠經(jīng)驗(yàn)估算。在缺少準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支撐的前提下，一味地追求模型精細(xì)度，最終導(dǎo)致的是人為制造的精細(xì)，增加了大量冗余數(shù)據(jù)，降低了數(shù)據(jù)使用效率。同時(shí)因?yàn)檎鎸?shí)度不高，在實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用中無法體現(xiàn)三維的價(jià)值。以數(shù)碼航攝、激光雷達(dá)等為代表的新技術(shù)中，可以保證建筑模型的相對與絕對精度，另外利用傾斜影像作為紋理源，保證了每個(gè)模型面都具備唯一的真實(shí)紋理，杜絕虛假紋理，增加了模型的真實(shí)度。

4.2 模型可對象化操作

隨著傾斜攝影技術(shù)快速發(fā)展，基于大重疊度傾斜影像可以快速重建城市三維，提高了用戶瀏覽地圖時(shí)的城市三維體驗(yàn)。但是，在近距離瀏覽該數(shù)據(jù)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)在建筑細(xì)節(jié)方面還有較大缺陷，不能進(jìn)行精細(xì)化三維應(yīng)用。另外，該數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)，在成果格式和應(yīng)用平臺(tái)均有特殊要求，只能以特定的格式和平臺(tái)進(jìn)行瀏覽展示。模型的可對象化操作與目前地理信息平臺(tái)數(shù)據(jù)三維分析需求相對應(yīng)。只有可對象化操作的模型才方便進(jìn)行編輯、更新和關(guān)聯(lián)相關(guān)屬性信息，進(jìn)行城市精細(xì)化管理應(yīng)用。如在建筑方案規(guī)劃對比中，可以進(jìn)行單體模型替換，多方案綜合對比。在城市拆遷分析中，關(guān)聯(lián)建筑年代、住戶人口等相關(guān)信息，準(zhǔn)確分析拆遷成本等重要數(shù)據(jù)。

4.3 城市級三維數(shù)據(jù)的考驗(yàn)

傳統(tǒng)三維建模受作業(yè)效率限制，基本以小場景景觀建模櫓鰨數(shù)據(jù)量對三維平臺(tái)考驗(yàn)不大。在傾斜攝影技術(shù)出現(xiàn)后，城市量級的快速建模需求得以解決。隨之而來是城市三維整體數(shù)據(jù)量的激增，對三維應(yīng)用平臺(tái)帶來了巨大的考驗(yàn)。因此，一方面在分析應(yīng)用需求的同時(shí)，制定適宜的模型制作標(biāo)準(zhǔn)，控制模型數(shù)據(jù)量；另一方面三維應(yīng)用平臺(tái)還需要不斷完善承載能力，提高大數(shù)據(jù)的加載流暢度和紋理顯示效果。只有在三維數(shù)據(jù)和平臺(tái)相互促進(jìn)不斷提高時(shí)，才能真正展現(xiàn)出城市真實(shí)的三維場景，將三維數(shù)據(jù)服務(wù)于城市管理和決策。

5 結(jié)語

A3作為一種新型航空攝影系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集中具備高效率、高分辨率、高精度的特點(diǎn)，同時(shí)還能采集真正射和傾斜影像數(shù)據(jù)，在城市三維建模中具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢?；贏3航攝數(shù)據(jù)制作三維模型，在傳統(tǒng)建模路線上進(jìn)行了局部創(chuàng)新，創(chuàng)建了一套新的建模方法和技術(shù)流程，充分利用A3數(shù)據(jù)優(yōu)勢，提高模型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。城市三維模型只有在滿足現(xiàn)勢性、真實(shí)性和準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有三維GIS平臺(tái)進(jìn)行單體化操作、城市級大數(shù)據(jù)分析，才能發(fā)揮三維數(shù)據(jù)價(jià)值，為城市智慧決策提供分析依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1997.