Erdas在三維建模中的應用

楊偉衛(wèi)，徐 瑋，黃智輝，金尚剛

（鄂東南地質(zhì)大隊，湖北黃石435100）

Erdas在三維建模中的應用

楊偉衛(wèi)，徐 瑋，黃智輝，金尚剛

（鄂東南地質(zhì)大隊，湖北黃石435100）

以某大學為例,進行三維景觀的研究,三維建模主要分為2個方面,建筑物的建模和地形的建模。首先是利用3DS Max進行校園的建筑物初步的建立,完成建筑的框架構(gòu)造,然后在Erdas Image中結(jié)合遙感影像數(shù)據(jù)進行地面模型建立,最后將建立好的模型和影像進行匹配,完成三維建模,實現(xiàn)對空間信息查詢的基本操作,并說明建模的地理意義。

3DS Max；Erdas Image；三維模型

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)已經(jīng)給社會生活的各個方面帶來了很大的變化，數(shù)字地球、數(shù)字城市等得到了快速的發(fā)展[1]，人們對于以往的平面地圖不再滿足，提出了更高的要求。期望可以進行地理環(huán)境的可視化了解和觀察，使得觀察達到一種身臨其境的感覺，特別是 "數(shù)字地球"時代的發(fā)展要求，地理信息系統(tǒng) (GIS)必須把三維世界真實地表達出來[2-4]，因此必須應用 GIS方法把三維環(huán)境展示出來，讓更多的人去了解觀察三維地圖[2、6]。現(xiàn)階段常用的三維建模方法有3種：①基于AutoCAD的三維建模；②基于3DS Max的三維建模；③基于GIS軟件和遙感數(shù)據(jù)的三維建模[5]。本次建模采用3DS Max和Erdas結(jié)合的方式進行建模研究，具體流程見圖1。

圖1 三維建模流程圖

1 基本模型的建立

1.1 數(shù)據(jù)收集

根據(jù)系統(tǒng)建設過程中對于建筑、環(huán)境等場景的要求不同，選擇不同分辨率和精確度的數(shù)據(jù)和圖片。內(nèi)容包括:①研究區(qū)及周邊地區(qū)的地形圖；②貼圖資料，由數(shù)碼攝像機對各個建筑物的外觀及標志性建筑進行拍照得到；③Quikbird高分辨率（0.61 m）的影像數(shù)據(jù)；④建筑物的地理屬性，長寬高和其他信息的統(tǒng)計。

1.2 數(shù)據(jù)預處理

首先將JPG格式的Quickbird數(shù)據(jù)通過Ersdas軟件轉(zhuǎn)化為IMG格式，方便以后的數(shù)據(jù)加載以及影像數(shù)據(jù)的匹配，然后進行圖像的地理配準，并生成數(shù)字高程模型DEM[7，8]。對于數(shù)碼相機拍攝到的建筑物相片保存到計算機中，拍攝到的相片不能直接用于后期的貼圖，需要在Photoshop軟件中進行糾正處理[9-11]。對于建筑的本身屬性的測量。在數(shù)據(jù)采集中對于房屋僅僅考慮屋頂是平面，對于特殊的屋頂適當?shù)挠媚Ｐ蛯ο笮揎椉纯?，其他建筑物進行估算長寬高。對于建筑物長和寬的測量直接可以利用測量工具測量得到，但對于高度的測量只能采用臺階高度相乘的方法，測量一個臺階的高度然后累計多個樓層的并相乘，并對所得的結(jié)果進行調(diào)整，適當?shù)男拚?/p>

1.3 建筑物三維模型的建立

這是本論文中最重要的部分，也是最難的，因為三維建模的對象主要就是對建筑物的模擬。利用 3DS Max不僅可以對簡單的模型做出很好的建模，對于復雜、組合的建筑物尤其可以顯示出3DS Max軟件的優(yōu)越性。當然這個需要對模型進行細微的刻畫，才能達到研究要求，實現(xiàn)三維模型的建立。

1.3.1 簡單規(guī)則模型的建立

三維模型主要分為建筑模型、地形模型、地物模型 3類，而每一種又可以分為簡單規(guī)則模型和特殊模型。對于建筑物比較規(guī)則的，近似是矩形的規(guī)則的建筑，可以直接在3DS Max中利用創(chuàng)建box對象來建立模型；并結(jié)合先前采集到的建筑物的屬性數(shù)據(jù)可以建立好初步模型。對于樹點狀要素，選用 3DS Max和 Erdas Image中提供的樣式庫中的樣式[1、11]。

1.3.2 復雜模型的前期準備

1）用數(shù)碼像機對各個建筑物攝像，大概了解建筑物的框架，只有了解模型的架構(gòu)才能準確真實地建模，這些都為3DS Max軟件建立模型做好基礎。

2）建筑的基本平面長寬數(shù)據(jù)根據(jù)前提采集的數(shù)據(jù)的得到。

3）建筑的高度，采用量算階梯數(shù)量和高度的方法獲得。

1.3.3 建模要求

1）建模房屋長寬高數(shù)據(jù)按照前期采集的數(shù)據(jù)進行繪圖，可不必嚴格進行。

2）房屋模型底面中心位置位于3DSMax的XY平面中心 (x，y，z:0，0，0)位置。

3）由于在Erdas Image8.7中模型可以任意的改變方向和旋轉(zhuǎn)，所以在建模的過程可不遵循嚴格的方向去對模型建立。

4）模型建立主要抓住建筑的主體輪廓，門窗必須有實物貼圖，整體感覺要真實。

5）建成的模型（*.MAX）轉(zhuǎn)換為可以被 Erdas Image樣式庫識別的數(shù)據(jù)格式（*.3DS），以便把自行建立樣式庫和把模型導入Erdas中。

1.4 材質(zhì)和貼圖

貼圖是物體材質(zhì)表面的紋理，利用貼圖可以不用增加模型的復雜程度就可突出表現(xiàn)對象細節(jié)，并且可以創(chuàng)建反射、折射、凹凸、鏤空等多種效果，比基本材質(zhì)更精細更真實。3DSMax中最簡單的是位圖（Bit-Map）[11]，在三維建模的制作中，位圖是較為常用的一種二維貼圖。在三維場景制作中大部分模型的表面貼圖都需要與現(xiàn)實中的實體相吻合，而這一點通過其他程序貼圖是很難實現(xiàn)的，而且即使能實現(xiàn)貼圖也不是那么很方便，3DS Max方便的貼圖讓工作效率又可以提高。選擇以數(shù)碼相機拍攝獲取的位圖來作為校園立體圖對象的貼圖。具體制作過程如下:從實地拍攝的數(shù)碼相片中選取合適角度的照片在Photoshop中進行拉伸扭曲得到所需貼圖單元，保存為JPG格式。在3DS Max中，調(diào)用經(jīng)過處理的圖片進行貼圖。初步貼上的圖在建筑物上是很不規(guī)則的，所以需要運用修改工具中的UVW貼圖坐標。貼上實地采集的相片使得所得圖像與實際建筑物很接近。

1.5 3D模型的渲染輸出

經(jīng)過以上流程，三維建筑模型基本完成，下一步就是輸出圖像。為了把模型導入Erdas軟件中，在3DS Max軟件中輸出時將模型保存為3DS格式。模型輸出時，必須攜帶模型自身所用到的材質(zhì)，否則在Erdas中無法顯示材質(zhì)貼圖效果（見圖2）。

圖2 渲染前后的對比

2 三維建模實現(xiàn)

在 Erdas中，VirtualGIS模塊中有多個功能菜單，虛擬GIS窗口，虛擬世界編輯，創(chuàng)建動畫，記錄飛行路線等[7]。其中在VirtualGISViewer是這次加載模型的主要窗口，這里邊也提供了多個模型供選擇，但由于大多數(shù)模型不能直接應用或者不符合建模的研究，故需要將建立好的模型導入Erdas中，并對地形做簡單的夸張，設置Exaggeration為1.5；再新建模型圖層，通過模型庫Model Library來選擇需要的模型，本次研究主要利用以前建立好的模型導入。當模型導入場景中去后，再進行模型的大小、位置、方向調(diào)整，以及建立模型鏈接和屬性，方便以后的空間查詢。

從3DS Max輸出的建筑模型轉(zhuǎn)換成3DS格式后，可以導入到Erdas的樣式管理器中，形成自己的樣式，供后續(xù)的虛擬系統(tǒng)用。導入模型時，考慮到數(shù)據(jù)量大對操作速度的影響，所以在導入模型前對3D模型進行了一系列的處理，力求模型數(shù)據(jù)盡可能小，又不影響模型的真實感，同時優(yōu)化虛擬校園系統(tǒng)的運行速度。在導入模型的時由于地形和模型的大小高程位置等影響，需要調(diào)整合適的位置放置，不能對模型完全放置，三維模擬模型建成（見圖3）。

圖3 三維模型圖

3 結(jié)語

綜上所述，在筆者的工作中，這樣做出的三維模型在三維GIS中，真實、美觀、流暢，提高了用戶的認知感，隨著研究的深入，三維建模技術(shù)會得到進一步改善和提高?？偟膩碚f，虛擬現(xiàn)實中的三維建模技術(shù)正在向高精度、易用的方向發(fā)展。

[1] 劉曉艷，林琿，張宏.虛擬城市建設原理與方法[M].北京:科學出版社，2003

[2] 曾潤國，聶志鋒，盧建剛，等.數(shù)碼校園GIS中的三維建模[J] .工程勘察，2002(3):47-49

[3] Dieter，Kraues.3D Object Reconstruction Using a High Resolution Hybrid Measurement System[J].International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing，1998，2(5)：90-96

[4] Gunter.Pomaska.Implementation of Digital 3D Models in BuildingSurveys Based on Multiimage Photogrammetry[J].International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing，1996，1 (B5)：487-492

[5] 楊劍，張云青，潘伯鳴.面向城市的三維建模技術(shù)探討[M].學術(shù)年會專集，2003

[6] 史文中，曹輝，張劍清.基于高分辨率影像的城市三維建模[J].武漢大學學報，2004(9)：783-785

[7] 黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.Erdas Imagine遙感圖像處理方法[M].北京：清華大學出版社，2003

[8] 湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程[M].北京：科學出版社，2006

[9] 郭松，何太平，唐世斌.運用3Dsmax制作園林效果圖方法的探討[J].廣西林業(yè)科學，2006，35（3）：155-158

[10]楊合慶.Photoshop 6.0創(chuàng)作效果百例[M].北京:中國水利水電出版社，2001

[11]T.E.CHEN and R.SHIBASAKI.3D Modeling and Visualization of Building in Area by Linear Photogrammetry.Archives of Proceedings of UM[C].1998

Research of 3D Model by Erdas Image

by YANG Weiwei

The paper took a campus for example.To make research about the three dimensional landscape.The three dimensional model was mainly divided into two parts,architectural model and topographical model.Firtly,made fully use of 3DS Max tentatively establish the basical model of the campus buildings and complete the frame constructure of the buildings.Secondly,combined with remote image data in Erdas Image to analogy the campus'surface.Finally,matched the founded model with images,completed the campus'three dimensional model,furthermore to realize the primary operation of the space inquirement and three dimensional wander of the founded model,and to explain the geographical significance of the founded model.

3DS Max，Erdas Image，3D model

2011-01-13

項目來源：湖北省礦產(chǎn)資源潛力評價資助項目（1212010881621）。

P208

B

1672-4623(2011)03-0094-02

楊偉衛(wèi)，助理工程師，碩士，主要從事遙感地質(zhì)，礦產(chǎn)地質(zhì)等工作。