廈門閩礦測繪院 鄭艷文
城市建筑物三維建模技術(shù)研究
廈門閩礦測繪院 鄭艷文
隨著地理信息系統(tǒng)、虛擬城市等領(lǐng)域研究的迅速發(fā)展,城市三維模型越來越廣泛地應用于城市的數(shù)據(jù)處理與管理中。城市三維建模技術(shù)是利用三維建模軟件,根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)所建立的各種實體(如建筑物、道路、樹木)及其一些輔助性設施(如變電站、消防栓)的模型,是在虛擬三維空間建立的與現(xiàn)實地物、地貌相同的三維模型。本文,筆者主要隊城市建筑物的三維建模技術(shù)進行了探討。
建筑物建模是城市模型中最關(guān)鍵的因素,它的建模對于城市三維模型可視化具有重要的意義。建筑物建模有幾何形狀建模和紋理映射建模2種方式,建筑物的三維幾何形體的表達是三維數(shù)字城市建模研究的重要內(nèi)容。目前,三維建模從技術(shù)上講,主要有如下3三種實現(xiàn)技術(shù)。
1.在外業(yè)實測數(shù)據(jù)的基礎上,使用三維模型制作軟件。如利用3D-MAX等軟件進行建模。這種方法能夠逼真地表示城市的精細結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征,也被稱為精細建模。
2.直接利用傳統(tǒng)GIS的二維線劃數(shù)據(jù)及其相應的高度屬性進行三維建模,在各建筑物表面還可以加上相應的紋理。這種方法僅局限于形狀較規(guī)則建筑物的三維建模,其所建模型對城市的精細節(jié)點表達力度不夠,視覺效果不是很好。
3.利用數(shù)字攝影測量技術(shù)進行三維建模。目前來說,這種方法成本相對較高。
從整體上講,上述三維模型的構(gòu)建方法因可視效果差或自動化程度低,已成為制約地理信息發(fā)展和數(shù)字城市建設的瓶頸。
1. 數(shù)據(jù)源。
(1)實測1∶500 大樣圖(DWG格式)。
(2)建筑物近景數(shù)碼照片。
2. 軟件配置。應用的軟件有4套,
(1)AutoCAD。用于建筑物輪廓提取及數(shù)據(jù)源處理。
(2)PhotoShop。用于紋理圖像加工與處理。
(3)3DSMAX。用于建筑的三維建模。
(4)Skyline。用于成果的展示及應用。Skyline 系列軟件是非常優(yōu)秀的三維地理信息系統(tǒng)軟件,它是由三個相互獨立的子系統(tǒng)構(gòu)成,即TerraBuilder、TerraExplorer Pro和TerraGate,通過這三個子系統(tǒng)可以把不同的地理數(shù)據(jù)聯(lián)系起來,并且可以把它們快速地分發(fā)給各個用戶。
3. 精細建模技術(shù)路線。精細建模技術(shù)路線主要涉及7個關(guān)鍵的步驟:外業(yè)取景拍攝獲取紋理→PhotoShop處理紋理→以AutoCAD矢量底圖為主,結(jié)合外業(yè)拍攝相片獲得精確完整的建筑模型結(jié)構(gòu)→3DSMAX建模→模型的優(yōu)化壓縮→生成單幢.max模型→數(shù)據(jù)集成等。
1. 建筑物的建模。在AutoCAD中對地形圖進行處理,對不需要的線進行刪減,減少數(shù)據(jù)量,剩下主要并清晰的建筑物輪廓,對沒有閉合的建筑物輪廓線進行閉合處理,從而得到包括建筑物的平面輪廓數(shù)據(jù)。
2. 紋理的編輯。用圖像來替代實體模型中的可模擬或不可模擬的細節(jié),提高模擬逼真度和顯示速度。建筑物紋理是建筑物三維模型的重要組成部分,它的質(zhì)量決定了場景的整體效果與紋理細節(jié),并最終決定場景的逼真程度。建筑物的紋理包括側(cè)面和頂面兩部分,拍攝大量的建筑近景數(shù)碼照片,綜合利用Photoshop中的裁剪、拼接、自由變換和拉伸等基本操作對近景照片進行處理,提取建筑物紋理。處理后的照片保存為JPG格式以減少數(shù)據(jù)量,同時圖像的分辨率應調(diào)整為2的冪次方,使圖像的大小盡量小于100 kB。
3. 模型的建立。在3D-MAX中對這些建筑進行單獨建模,賦以精細的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。將建好的模型轉(zhuǎn)為*.x或是*.f t格式,這是Skyline支持的兩種3D文件格式,這兩種格式的模型文件都比較小,利于圖像的加載和顯示。
4. 三維模型的展示。在加載地形數(shù)據(jù)集,添加矢量數(shù)據(jù)和相應的模型之后,即可在TerraExplorer Pro中進行城市三維模型的瀏覽漫游,也可以進行二次開發(fā),定制界面和相應的功能。
城市建筑物三維模型建立步驟如圖1所示。
目前,基礎測繪部門的地形數(shù)據(jù)格式大部分仍然是DWG 格式,采用這種格式來進行城市建筑物三維模型的構(gòu)建能節(jié)省大量的人力和物力,既適合我國國情,又能滿足多種需要,值得推廣。