基于Sketchup和ArcGIS的數(shù)字城市三維建模技術(shù)

曹兆峰，何燕蘭，李勝才

（1. 江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 210008）

基于Sketchup和ArcGIS的數(shù)字城市三維建模技術(shù)

曹兆峰1，何燕蘭1，李勝才1

（1. 江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 210008）

介紹了利用Sketchup進(jìn)行數(shù)字城市三維建模的方法，并將Sketchup和ArcGIS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了三維模型的可視化。

數(shù)字城市；三維建模；三維可視化；Sketchup

三維建模是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)。本文以江蘇省某數(shù)字城市科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，介紹了利用Sketchup建立三維模型的方法以及所遇到的疑難問題，并將Sketchup和ArcGIS結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了三維模型的可視化。

1 利用Sketchup進(jìn)行三維建模

SketchUp是美國(guó)Google公司推出的一款免費(fèi)3D設(shè)計(jì)軟件，其主要優(yōu)點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便，能夠快速建模，還有著優(yōu)質(zhì)的貼圖功能，是目前為數(shù)不多的直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建的設(shè)計(jì)工具。

1.1 準(zhǔn)備工作

利用已有的航空攝影數(shù)據(jù)，在JX-4C數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站進(jìn)行航空攝影測(cè)量作業(yè)，采集地形要素、特征面、特征線、特征點(diǎn)，從而生成DEM。在Geoway系統(tǒng)中通過正射糾正、影像鑲嵌、拼圖、分幅等過程生成DOM。DEM可以反映地形起伏情況，DOM可以粘貼實(shí)地?zé)o法拍攝采集的區(qū)域，如樓頂、個(gè)別構(gòu)筑物側(cè)面等。也可利用DOM，直接粘貼地表面的影像信息及各種紋理。

根據(jù)航測(cè)采集的DLG，確定現(xiàn)場(chǎng)巡視路線，制定數(shù)據(jù)和信息采集方案，采集相片，為后面的紋理粘貼做準(zhǔn)備。

1.2 建筑物幾何三維建模

在進(jìn)行三維建模之前，需要將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成．GDB格式，然后導(dǎo)入ArcGIS。關(guān)掉不需要的圖層，只留下面層。接著就可以導(dǎo)入Sketchup進(jìn)行三維建模了，如圖1。

建筑物幾何建?？煞譃閷?duì)點(diǎn)、線、面3種要素建模。點(diǎn)狀要素主要包括樹木、路燈、電桿、雕塑等，線狀要素主要包括河流、道路等，面狀要素主要包括建筑、廣場(chǎng)等。Sketchup自帶了一些組件，如樹木、路燈、雕塑、花壇、座椅等，可直接使用。通過CAD數(shù)據(jù)，可以將面狀模型豎立起來。

圖1 生成的面結(jié)構(gòu)圖

1.3 紋理粘貼

為了真實(shí)地反映客觀世界，還需要對(duì)幾何模型進(jìn)行紋理粘貼。為了獲取更加真實(shí)的紋理，可以將前面所獲取的相片利用Photoshop進(jìn)行裁剪、拼接、自由變換等處理，然后在Sketchup里導(dǎo)入這些相片進(jìn)行紋理粘貼。Sketchup里也自帶了一些材質(zhì)，可以方便使用。圖2是紋理粘貼之后的效果圖。

圖2 紋理粘貼

紋理粘貼要遵循以下原則：①紋理影像應(yīng)色調(diào)均勻、自然美觀。②紋理影像應(yīng)與實(shí)地相符，應(yīng)真實(shí)反映實(shí)際材質(zhì)的圖案、質(zhì)感、色澤及透明度， 真實(shí)反映現(xiàn)狀情況和年代特征。③應(yīng)對(duì)影像的變形部分作糾正處理，減少由于視角、物體高度或鏡頭畸變引起的變形。④應(yīng)對(duì)影像進(jìn)行圖像處理，使紋理數(shù)據(jù)不含有建模影像以外的其他影像。⑤應(yīng)對(duì)影像進(jìn)行比例變換，使同一細(xì)節(jié)層次模型的紋理具有相近的分辨率。⑥作紋理拼接時(shí)，應(yīng)保證圖像細(xì)節(jié)清晰，無(wú)拼接鑲嵌的縫隙。⑦宜將紋理處理后轉(zhuǎn)換為通用的文件格式。

在Sketchup中，如果編輯面為弧形，照片不能直接粘貼，而是將面分成若干矩形面，如圖3。

圖3 特殊紋理處理

2 三維模型可視化

在所有要素完成建模之后，最關(guān)鍵的一步就是將建好的模型導(dǎo)入ArcGIS。首先通過ArcCatalog創(chuàng)建一個(gè)Personal Geodatabase，同時(shí)新建一個(gè)Multipatch的Feature Class。Feature Class需要設(shè)置該圖層的必要字段：SUSourceFeatureID、SUSourceFeatureClass、SUInstanceName、SketchUpData，如表1。接著，就可以將三維模型導(dǎo)入ArcGIS了。圖4是MultiPatch模型的一個(gè)顯示效果，圖5是工作區(qū)全景圖。

表1 添加字段

圖4 Multipatch模型的顯示效果

圖5 三維模型可視化

[1] 百度文庫(kù)．利用Sketchup和ArcGIS進(jìn)行建模[EB/OL]．http://wenku．baidu．com/view/ec44527fa26925c52cc5bffb．html，2012-12-01

[2] 徐沖,劉靜玉,杜福光，等．基于GeoGlobe與SketchUp的城市三維重建及應(yīng)用研究[J]．河南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011,41(4)：381-384

[3] 許捍衛(wèi),范小虎,任家勇，等．基于SketchUp和ArcGIS的城市三維可視化研究[J]．測(cè)繪通報(bào)，2010(3):52-54

[4] 羅敏．基于VrMap與Sketchup的城市三維模型構(gòu)建[J]．福州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009,37(3)：353-356

[5] 許捍衛(wèi)，房曉亮，任家勇，等．基于Sketchup的城市三維建模技術(shù)[J]．測(cè)繪科學(xué)，2011,36(1)：213-214

[6] 朱洪亮,萬(wàn)劍華,郭際明,等．城市三維建模的數(shù)據(jù)獲取[J]．工程勘察,2002(3)：43-46

[7] 杜福光．基于ArcScene城市三維可視化研究與應(yīng)用[D]．西安:西安科技大學(xué),2010

[8] 洪德法，楊國(guó)東，王志．基于ArcScene和SketchUp的虛擬校園的建立[J]．計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2008(12)：41-43

P208

B

1672-4623（2014）05-0046-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.016

曹兆峰，碩士，工程師，主要從事JX4測(cè)圖以及正射影像制作等工作。

2013-03-01。