陳傳河

摘 要：文章針對建設數(shù)字城市，對多種三維建模方法進行對比分析，并且介紹了三維建模的內(nèi)容以及三維建模展示過程，通過分析了解到不同三維建模方法之間的差異性與優(yōu)缺點，從而推動我國城市建設的發(fā)展，也希望為今后城市建設提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維建模；方法對比

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0036-01

信息化技術(shù)的普及，也為城市建設帶來了新的方向，例如“數(shù)字城市”“天地圖”等，為此，相關(guān)部門也相繼出臺了一些政策，通過技術(shù)規(guī)范的方式實現(xiàn)數(shù)字城市建設。建設數(shù)字城市也為各個行業(yè)創(chuàng)建了更具權(quán)威性的空間信息平臺，使各個部門的地理信息資源能夠?qū)崿F(xiàn)共享。并且將地理信息的優(yōu)勢發(fā)揮出來，使其能夠為政府宏觀決策、社會公益服務等提供支持。三維模型本身具有真實性與生動性特點，能夠?qū)⑷S空間信息更加直觀的體現(xiàn)出來，這也成為建設數(shù)字城市非常必要的環(huán)節(jié)。三維建模在建筑領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)了非常重要的地位，并且得到了廣泛的關(guān)注，對于建設數(shù)字城市有非常重要的意義。

1 三維建模內(nèi)容

在建筑行業(yè)，三維建模是一種現(xiàn)代化信息技術(shù)的體現(xiàn)，在建設數(shù)字城市過程中運用三維建模，主要包含以下幾點內(nèi)容：（1）以數(shù)字立體航空攝影為前提的三維建模；（2）以大比例尺地形圖為前提的三維建模；（3）以三維激光掃描儀為前提的三維建模；（4）以車載移動測量系統(tǒng)為前提的三維建模；（5）以傾斜攝影為前提的三維建模。

2 三維建模展示

三維建模一般需要通過ArcGIS軟件來實現(xiàn)，該軟件中主要提供了新的三維元素模型，例如多面體這種三維顯示模型。所謂多面體，其實是一種與點、線、面相似的數(shù)據(jù)類型，可以被儲存于shp文件內(nèi)，或者Geodatabase。ArcGIS軟件可以創(chuàng)建主流三維模型，例如SketchUp、3DMAX、VRML等，為數(shù)據(jù)導入提供了便捷的工具，尤其是復雜模型的導入。

2.1 ArcGIS、SketchUp

SketchUp直接關(guān)系到設計方案創(chuàng)作，在創(chuàng)建、修改以及共享模型三個方面體現(xiàn)了非常強的優(yōu)勢，可以進行3D設計的軟件，在三維建筑設計中是應用非常廣泛的工具[1]。通過SketchUp創(chuàng)建的城市三維模型，在操作方面體現(xiàn)了非常高的效率，而且場景也非常真實，能夠支持共享。

ArcGIS中還包含了SketchUp插件工具，在SketchUp內(nèi)導入建模區(qū)域以及幾何形狀，從而完成精細建模。此外，ArcGIS也可以應用Collada文件實現(xiàn)交互，將ArcGIS和SketchUp涉及到的數(shù)據(jù)進行交換[2]。第一，在ArcGlobe內(nèi)加載二維矢量數(shù)據(jù)，即居民地以及建筑物的面狀數(shù)據(jù)，按照建筑物實際高度屬性將其擠成三維體；第二，將三維體保存為Multipatch格式，再轉(zhuǎn)換成為允許Google打開的Collada文件；第三，將Collada文件導入到SketchUp內(nèi)，從而實現(xiàn)精細建模以及紋理映射；第四，完成建模，將模型導出到Collada文件中。

2.2 ArcGIS、3DS MAX

ArcGIS、3DS MAX在實際使用的過程中，是將二維CAD底圖，在整理之后導入之3DS MAX內(nèi)，再將CAD底圖作為前提繪制模型。通過Photoshop軟件，采集現(xiàn)場照片，制作貼圖。將已經(jīng)貼好材質(zhì)的三維樓體，導入至ArcGIS軟件，并且進行調(diào)整，以此形成三維數(shù)字城市模型。

3 數(shù)字城市三維建模方法對比

3.1 以數(shù)字立體航空攝影為前提的三維建模

外業(yè)在航空攝影測量獲知重疊度高、原始分辨率高的影像，在內(nèi)業(yè)操作期間，與人工地面像控測量相結(jié)合，對空中三角進行加密處理，針對完成加密的成果，在立體環(huán)境中提取建筑物平面幾何高程數(shù)據(jù)，按照收集的矢量數(shù)據(jù)，使用軟件形成三維模型數(shù)據(jù)，提取模型頂部的紋理，按照外業(yè)搜集的建筑物側(cè)面紋理，通過軟件編輯側(cè)面紋理貼圖[3]。

使用這種三維建模方法，建模面積比較廣泛，可以用于面積比較大的數(shù)據(jù)采集與建模，并且三維建模規(guī)模非常大，這種建模方式體現(xiàn)出非常大的優(yōu)越性。此外，建模效率非常高，可以實現(xiàn)批量建模，將建模周期縮短；模型數(shù)據(jù)體現(xiàn)出非常高的精準性，平面、高程是以航測立體搜集獲取，高程誤差僅為0.4m左右[4]。對航攝比例尺進行調(diào)整，形成的模型精度具有靈活性；模型級別也非常靈活，可以根據(jù)項目實際需求個模型重要程度劃分等級，并且建模，成果類型非常豐富，除了三維模型以外，也會生成數(shù)字正射影像以及數(shù)字高程模型等。但是，這種建模所花費的成本比較高，空域申請程序也非常繁瑣，并不適合用于小范圍內(nèi)的模型制作。

3.2 以大比例尺地形圖為前提的三維建模

這種建模方式是通過現(xiàn)有的大比例尺地形圖，將其作為外形輪廓線，并且通過3DMAX軟件建立白模，以外業(yè)所采集紋理照片、模型作為對比，分別構(gòu)建各個等級的模型與側(cè)面紋理貼圖。在使用該三維建模方式時，平面精度主要是受大比例尺地形圖這一因素影響，建筑物高度是以項目實際要求，根據(jù)外業(yè)照片樓層數(shù)進行預估，或者通過外業(yè)量測獲取。例如，項目對于高度的要求高，這時可以使用外業(yè)量測的方式獲取高度，但是這會增加外業(yè)工作量。

使用該方式消耗的建模成本比較低，體現(xiàn)出非常高的模型平面精度，數(shù)據(jù)更新速度快，一方面更新地形圖，另一方面可以同時采集外業(yè)數(shù)據(jù)。

3.3 以三維激光掃描儀為前提的三維建模

該建模方式是以三維激光掃描儀為主要設備，外業(yè)通過設置站點的形式采集三維點云數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)則是利用數(shù)據(jù)處理軟件配準數(shù)據(jù)、建立網(wǎng)格、精簡與分割數(shù)據(jù)等。使用該建模方法，優(yōu)點在于掃描迅速，并且有非常高的精度和實時性，支持全自動化操作，體現(xiàn)了非常強的適應性，能夠在復雜的環(huán)境下完成測量工作。

3.4 以車載移動測量系統(tǒng)為前提的三維建模

在車載移動測量系統(tǒng)基礎(chǔ)上的全景相機、多重激光掃描設備，所提供的多元數(shù)據(jù)流精準度高、傳播速度快，能夠快速掃描信息密集的地區(qū)，也可以在行車期間采集空間信息以及視頻影像，通過軟件將信息集成至GIS數(shù)據(jù)庫內(nèi)，可以在可量測全景影像的基礎(chǔ)上提取模型，采集紋理信息，獲取建筑高度，針對所有可見物體，直接通過影像便能夠完成建模，展開量測解析、資產(chǎn)盤點等工作，并且為其增添3DCG標識。此外，也可以在虛擬的環(huán)境下實施景觀模擬，將存在的沖突提前處理。該建模方式的速度比較快，能夠減少外業(yè)工作量，建模精度也比較高，按照點云建模平面，可以確定誤差<0.2m，高程誤差在0.2m～0.3m之間。然而這種建模方式也存在一些缺點，采集到的紋理分辨率比較低，非常容易受遮擋。

3.5 以傾斜攝影為前提的三維建模

傾斜攝影技術(shù)是一種新型測繪技術(shù)，利用處于相同飛行平臺中搭載的多臺傳感器，可以在多個角度完成影響的采集，其中也集合和以前的航空攝影、近景測量兩種技術(shù)。該建模方式能夠通過軟件建立白模的，完成建模之后在傾斜影像中形成紋理信息，以自動的方式重新建立建筑物三維模型紋理，這樣一來將數(shù)字城市三維建模周期縮短期。該建模方式的覆蓋范圍比較大，信息冗余度非常高，并且體現(xiàn)了多重分辨率這些特征。

4 結(jié)語

綜上所述，通過三維數(shù)字建模的方式建立數(shù)字城市，一方面可以提高數(shù)字城市模型精準性，另一方面也可以滿足不同需求。通過以上幾種方式的對比了解到各種建模方法的優(yōu)缺點，為今后建立數(shù)字城市提供可行的建議。

參考文獻

[1]張彤蘊.數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)處理方法研究[J].價值工程，2017，36（15）：59-61.

[2]朱恒.關(guān)于數(shù)字城市三維建?？梢暬夹g(shù)分析[J].西部資源，2017，（01）：113-114.

[3]關(guān)麗，丁燕杰，張輝，馮學兵，譚向農(nóng)，趙金玲.面向數(shù)字城市建設的三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究與應用[J].測繪通報，2017，（02）：90-94.