城市三維建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用研究

羅霖

摘 要：運用城市三維建模技術(shù)，對城市地物、地形等進(jìn)行數(shù)字化三維模擬，直觀的反應(yīng)出城市建筑物、地面、地物等要素，為城市的管理與規(guī)劃提供有價值的參考，促進(jìn)城市健康發(fā)展，因此，城市三維建模受到政府職能部了的高度重視。本文對城市三維建模技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討，為城市二維建模技術(shù)更好的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：城市三維；建模技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)研究

1 前言

城市三維建模技術(shù)專業(yè)性強，不僅需要專業(yè)儀器設(shè)備，而且還需應(yīng)用圖像處理軟件，對儀器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對建模人員的專業(yè)技能要求較高，因此，為保證城市三維建模質(zhì)量，不斷提升城市三維建模水平，有必要對城市三維建模技術(shù)進(jìn)行深入探討。

2 城市三維建模技術(shù)

2.1 據(jù)源分類

數(shù)據(jù)源是城市三維建模的依據(jù)，數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、精度是否滿足要求，直接影響建模質(zhì)量。當(dāng)前城市三維建模數(shù)據(jù)來源方式較多，包括人工測量數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)、航空影像、衛(wèi)星影像等，無論采用何種方式獲取數(shù)據(jù)源，均應(yīng)保證數(shù)據(jù)源質(zhì)量，確保其準(zhǔn)確、完整，精度滿足要求。

2.2 建模方法

根據(jù)應(yīng)用的建模技術(shù)以及表現(xiàn)方式，可將建模方法分為測量建模、半模擬建模、模擬建模，不同的建模方法建模流程、建模要求以及應(yīng)注意的問題有所不同，選擇時應(yīng)做好充分的論證分析。

2.3 測量類型

根據(jù)測量方式，可將城市三維建模進(jìn)一步細(xì)分為三維激光掃描、直接依圖而建、數(shù)字?jǐn)z影測量等，不同的測量類型獲得的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)精度并不相同，實際工作中應(yīng)做好合理規(guī)劃，選擇合適的測量手段，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與全面性。

3 城市三維建模流程

城市三維建模中為保證建模質(zhì)量與效率，明確建模流程尤為重要。首先，明確建模對象。確定建模對象時，一方面，明確建模對象尺度。如一個對象中的長、寬、高參數(shù)，至少有兩個指標(biāo)超過某-閥值，表明其給城市空間的影響較大，建模時應(yīng)加以體現(xiàn)。另一方面，明確對象的重要程度。城市三維建模時，不同職能部門關(guān)注的內(nèi)容不同， 例如，市政會考慮路燈、道路，園林單位關(guān)注樹木分布、長勢，交管部門關(guān)注交通信號等，因此，建模作業(yè)前應(yīng)做好充分的研究，明確城市三維建模中的重點對象，避免遺漏。

其次，掌握建模尺度。城市三維建模時，應(yīng)確定同一尺度，即，在同一視角范圍內(nèi)各城市元素需按照一定的比例呈現(xiàn)，確保其協(xié)調(diào)，真實體現(xiàn)各元素之間的關(guān)系。另外，針對某特定元素，還應(yīng)做好深入研究，需體現(xiàn)元素的哪些細(xì)節(jié)，如何體現(xiàn)等，均應(yīng)心中有數(shù)，例如，對建筑物而言，是否顯示出標(biāo)牌、步入建筑的臺階、飄窗凸出等。

最后，選擇合適建模方法。在確定城市三維建模細(xì)節(jié)之后，應(yīng)選擇合適的建模方法，以保證建模質(zhì)量與效率。當(dāng)前城市三維建模多依賴專業(yè)軟件，包括sketchup、3Dmax、AutoCAD以及國內(nèi)適普公司的IMAGIS、超圖、CityMaker等。建模時依據(jù)數(shù)字高程模型、三維編碼數(shù)據(jù)使用專業(yè)的建模軟件，構(gòu)建出城市的三維幾何模型，并將表面真實紋理以及其他多媒體屬性插入到三維設(shè)計模型中，便可形成較為真實的城市三維模型。

4 城市建模精度與標(biāo)準(zhǔn)

城市三維建模中保證建模精度，滿足建模標(biāo)準(zhǔn)要求較為重要，因三維模型數(shù)據(jù)包括幾何、紋理、屬性三方面內(nèi)容，建筑模型制作分為精細(xì)模型、普通模型和素模建筑三種級別，根據(jù)相關(guān)地形圖、影像圖進(jìn)行制作，地形圖、影像圖未表達(dá)出的重點建筑，需另外依據(jù)整理的設(shè)計資料，或規(guī)劃核實、實景照片等資料進(jìn)行制作。接下來逐一探討這三方面內(nèi)容。

4.1 城市建模標(biāo)準(zhǔn)要求

城市三維建模時應(yīng)遵守以下標(biāo)準(zhǔn)：保證坐標(biāo)系正確性，即，使用和城市基礎(chǔ)測繪相同的坐標(biāo)系：同時，統(tǒng)一模型軸點，確保建模對象和模型、模型屬性與模型一一對應(yīng)。命名時保證模型對象與紋理名稱全局唯一性。另外，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。屬性數(shù)據(jù)應(yīng)完整、正確，模型精度應(yīng)滿足規(guī)范要求：模型數(shù)據(jù)應(yīng)全面、正確，且能將對象基本特征反應(yīng)出來。

4.2 城市建模精度分析

精細(xì)模型為重點路段沿街、重點江段沿岸、商業(yè)區(qū)及開發(fā)區(qū)塊第一排建筑精細(xì)制作，背面以及兩側(cè)紋理無法采集的部分可以用相似紋理制作。普通模型制作范圍主要為重點路段沿街、重點江段沿岸、商業(yè)區(qū)及開發(fā)區(qū)塊范圍內(nèi)未被第一排遮擋的第二排建筑和高樓后排建筑，結(jié)構(gòu)可直接用樓塊，貼圖可用平鋪方式處理，只表達(dá)沿街面現(xiàn)狀貼圖，其他面可用相似紋理貼圖。

首先，幾何精度。研究相關(guān)問題時，可參考國家大比例尺地形圖規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。城市三維表達(dá)時，為提高數(shù)據(jù)傳輸效率及繪制效率，三維GIS中一般通過建立不同細(xì)節(jié)層次實現(xiàn)。CityCML中 將模型分為LOD1～LOD4共五個級別，需要注意的是： CityGML劃分的LOD是面向所有對象的，其中點位精度是不同級別間的主要差別所在。該種方式適合應(yīng)用在建筑物的表示上，但如表示城市其他對象需結(jié)合實際情況進(jìn)行調(diào)整。

其次，紋理精度。城市三維模型中有關(guān)紋理精度的表述較為含糊，常用較高分辨率、清晰可辨等詞語描述。分析不難得知，用戶對三維場景的感知有：對城市空間形態(tài)的辨識、對建筑立面，城市景觀的認(rèn)知，尤其后者對模型紋理依賴程度較大，因此，紋理在城市三維建模中發(fā)揮舉足輕重的作用。

城市三維建模時應(yīng)保證各級LOD匹配對應(yīng)的幾何精度，即，幾何精度越高，對應(yīng)的紋理分別率也越高。當(dāng)前紋理分辨率多由建模人員根據(jù)自身經(jīng)驗加以控制。研究發(fā)現(xiàn)，城市三維模型數(shù)據(jù)量中紋理數(shù)據(jù)量占80%左右的比例，如紋理精度控制不當(dāng)，給整個模型質(zhì)量造成的影響非常之大。

需要注意的是：對精細(xì)模型而言，其粒度非常小，常常使用幾何建模表現(xiàn)對象細(xì)節(jié)。其他級別的LOD使用紋理的機率較低，但如進(jìn)行貼圖應(yīng)注重使用分辨率較高的紋理。

最后，屬性精度。幾何與紋理呈現(xiàn)對象的外部特征，而屬性則呈現(xiàn)對象內(nèi)部特征，是分析、統(tǒng)計、GIS查詢等操作的重要依據(jù)，因此，對象的屬性信息是否準(zhǔn)確、全面，直接影響建模效率以及應(yīng)用領(lǐng)域。對象屬性由專題屬性、基本屬性之分，顧名思義基本屬性主要反映對象的基本信息，包括建筑結(jié)構(gòu)、用途、高度等。專題屬性主要描述對象的一些特殊用途，例如，城市規(guī)劃中還應(yīng)了解建筑的停車面積、建筑面積等。城市三維模型精度要求，可參考GIS標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容，在保證屬性數(shù)據(jù)唯一性的基礎(chǔ)上，可參考維GIS數(shù)據(jù)庫中的信息。

5 結(jié)論

城市三維模型能真實的呈現(xiàn)出城市的道路、建筑物、綠地等信息，應(yīng)用于城市管理與規(guī)劃工作中效果顯著，因此，國家職能部門在城市三維模型建設(shè)中不斷增加投入，取得卓越成效。本文通過研究得出以下結(jié)論：城市三維模型技術(shù)專業(yè)性強、設(shè)計的知識點多，為保證模型建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)采取合適的方法獲取城市地物信息，保證信息精度與全面性，綜合分析人工測量數(shù)據(jù)、激光掃描數(shù)據(jù)、航空影像、衛(wèi)星影像等信息。城市三維建模中，幾何、紋理、屬性是建模對象的重要數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，保證這些數(shù)據(jù)精度意義重大，因此，開展城市二維建模作業(yè)前座結(jié)合建模要求，明確這些數(shù)據(jù)精度要求，加強建模各環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)管理，做好建模精度控制。

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