小場(chǎng)景2.5維地圖制作方法研究

（上海市測(cè)繪院 上海市 200063）

1 前言

地圖作為記錄地理信息的一種重要載體，不僅為指引人們出行，同時(shí)也是人們了解城市建設(shè)、國家發(fā)展的手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維紙質(zhì)地圖被注入了新的活力，2.5維地圖已成為傳統(tǒng)地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的方向。

2.5維地圖最早應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)，許多鳥瞰圖其實(shí)就是2.5維地圖，它的出現(xiàn)豐富了地圖的表現(xiàn)手法。目前的2.5維地圖主要以手繪的形式來表達(dá)，相對(duì)其他地圖產(chǎn)品，其生產(chǎn)周期較長，對(duì)美術(shù)編輯的要求也非常高。技術(shù)上也缺乏普及性，不利于生產(chǎn)鋪開。本文對(duì)小場(chǎng)景2.5維地圖制作工藝的研究，旨在解決上述問題，在三維模型庫的基礎(chǔ)上研發(fā)可操作性更強(qiáng)，生產(chǎn)上普及性更高的2.5維地圖。

2 技術(shù)路線

2.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

上海市測(cè)繪院作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)單位，擁有覆蓋全市范圍的各種比例尺的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和信息量豐富的各種專題數(shù)據(jù)。野外作業(yè)和內(nèi)業(yè)編輯數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，不斷加快的基礎(chǔ)地理信息更新周期，也為各類信息的更新提供了一定的保證。同時(shí)，三維模型庫數(shù)據(jù)的不斷完善，也為2.5維地圖的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

目前上海市測(cè)繪院已建成了上海市中心城區(qū)100 平方千米區(qū)域內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型庫，該庫對(duì)區(qū)域內(nèi)的建筑進(jìn)行了三維建模，360度全景模擬城市的每一個(gè)角落；其中的每一幢建筑也都可以單獨(dú)提取出來。

已建成的精細(xì)化場(chǎng)景區(qū)域包括陸家嘴、外灘建筑博覽群、南京路步行街、靜安寺商圈、青浦城區(qū)及浦東臨港新城等。

2.2 小場(chǎng)景2.5維地圖技術(shù)路線

對(duì)小場(chǎng)景2.5維紙質(zhì)地圖的研究。首先，通過對(duì)已有成熟2.5維地圖網(wǎng)站的研究分析，并結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果及相關(guān)專家意見對(duì)2.5維地圖進(jìn)行正確定位，明確內(nèi)容需求及表現(xiàn)手段。其次，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和三維模型庫數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)在地理精度、地圖現(xiàn)勢(shì)性方面的優(yōu)勢(shì)。研究現(xiàn)有三維模型庫的數(shù)據(jù)提取、處理和輸出。著重研究小范圍場(chǎng)景的燈光、攝像機(jī)和渲染方面的設(shè)置以及2.5維地圖的表現(xiàn)形式和批量生產(chǎn)的工藝流程。最后，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研以及2.5維地圖的制作工藝進(jìn)行樣圖的策劃與設(shè)計(jì)，包括開本大小、內(nèi)容選取、地圖配置、表現(xiàn)形式和制作周期等方面的內(nèi)容。試著通過借鑒已有2.5維地圖表現(xiàn)形式，挖掘適合2.5維地圖服務(wù)人群口味的特色內(nèi)容，讓產(chǎn)品更貼近實(shí)際需求。

2.3 制作軟件

小場(chǎng)景2.5維紙質(zhì)地圖需要的制作軟件有3dmax 9.0，Photoshop CS4，Coreldraw X5 三種。其中Coreldraw X5 軟件用于前期底圖制作、后期渲染圖片和專題信息的整合；3dmax 9.0 軟件用于場(chǎng)景搭建和渲染輸出；Photoshop CS4 軟件用于后期渲染圖片的處理。

3 制作流程

制作2.5維地圖的流程一般都是首先制作地理底圖，然后將地理底圖導(dǎo)入三維場(chǎng)景，同時(shí)對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行無透視效果的軸測(cè)渲染，并對(duì)渲染后的圖片進(jìn)行后期處理，最后通過專業(yè)制圖軟件進(jìn)行渲染底圖與專題信息的整合形成產(chǎn)品。而制作2.5維紙質(zhì)地圖的三維模型，也基本都是只對(duì)視角內(nèi)涉及的地物進(jìn)行建模。具體流程如下圖。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括場(chǎng)景內(nèi)的三維模型建模和底圖貼圖準(zhǔn)備。

3.1.1 制作區(qū)三維模型

利用現(xiàn)有三維數(shù)據(jù)庫進(jìn)行制作區(qū)域模型提取。

3.1.2 底圖貼圖的制作

底圖貼圖主要在Coreldraw中進(jìn)行制作。這一部分主要處理街區(qū)、地面、河流和綠化等要素，最后輸出300DPI 高精度JPG 數(shù)據(jù)。

a.道路放寬。為了擴(kuò)大道路，利用縮放工具將所有街坊面、綠化和河流同步縮小至90%。這個(gè)比例可以根據(jù)實(shí)際要求作適當(dāng)調(diào)整，但不建議小于80%。

b.街區(qū)制作。利用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的街坊數(shù)據(jù)，在Coreldraw中處理，包括陰影效果的制作、街區(qū)輪廓效果、指定圖案填充、綠化河流配色和地面搭建等。

c.底圖輸出。在Coreldraw中輸出300DPI 高精度JPG 數(shù)據(jù)，色彩模式改為RGB，在3DMAX中貼圖色彩模式支持RGB 而不支持CMYK。像素寬度和高度均為原來的300%，分辨率300DPI。

3.2 場(chǎng)景搭建

3.2.1 場(chǎng)景內(nèi)建筑物模型處理

借調(diào)所需范圍的三維模型數(shù)據(jù)，在底面建立一個(gè)尺寸為1000mm×1000mm的面片，將生成好的底圖貼圖貼在面片上，在頂視圖下調(diào)整面片位置，使其和建筑模型匹配。在材質(zhì)編輯器中，底圖貼圖導(dǎo)入。

在貼圖的輸出選項(xiàng)中，輸出量改為0.3。

在繪制選擇區(qū)域中將每個(gè)街區(qū)范圍內(nèi)的建筑選中并群組。將每個(gè)街區(qū)內(nèi)的建筑物根據(jù)情況縮小80%-90%，其中對(duì)于Y軸方向的縮小，注意其建筑物底面始終與底面相接。

3.2.2 攝像機(jī)的架設(shè)和燈光設(shè)置

在合并好的場(chǎng)景中需要架設(shè)攝像機(jī)以進(jìn)行下一步的渲染工作。3dmax中選用的攝像機(jī)是Free Camera。

插入攝像機(jī)，使其攝像角度為45度角（一般角度設(shè)置范圍為45-50度），建立VR 燈光，其參數(shù)倍增器設(shè)置為3.5。

3.2.3 渲染和輸出

光具有反射和折射的性質(zhì)。在真實(shí)的大自然中，光從太陽照射到地面是經(jīng)過無數(shù)次的反射和折射的，所以我們看到地面的任何地方都是清晰的，在3dmax中，里面的光雖然也具有現(xiàn)實(shí)中光的所有性質(zhì)，但是光的熱能傳遞卻不是很明顯。所以在渲染的時(shí)候，為了實(shí)現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景效果，就要在渲染器中指定全局光照。

為了使2.5維數(shù)字地圖有良好的層次感和豐富的色彩，必須采用能夠渲染全局光的渲染器。這樣就能夠在增強(qiáng)立體層次的同時(shí)，不會(huì)讓人覺得很刺眼，大大提高地圖的友好度。在渲染設(shè)置中將高度寬度設(shè)置為11000×11000 像素，輸出為JPG格式。

3.3 2.5維地圖后期制作

2.5維地圖后期制作在Coreldraw中進(jìn)行處理。將3dmax 導(dǎo)出的2.5維地圖圖片經(jīng)Photoshop 處理后，包括對(duì)圖片色彩、飽和度、亮度等方面的調(diào)整，導(dǎo)入Coreldraw中，作為地理底圖，在此基礎(chǔ)上疊加其它地理要素和專題信息。如下圖。

4 小結(jié)

筆者總結(jié)了一種基于三維模型庫制作2.5維地圖的方法，該方法可充分利用現(xiàn)有城市三維模型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果，克服傳統(tǒng)方法中的制作周期長，需要相關(guān)美編全程參與，制作工藝集中在少數(shù)幾個(gè)美編中，批量生產(chǎn)比較困難，技術(shù)工藝要求高，需要較高的美術(shù)功底，不利于技術(shù)普及等弊端。2.5維紙質(zhì)地圖可以說是三維地圖的終端產(chǎn)品之一，它的出現(xiàn)對(duì)彌補(bǔ)立體地圖市場(chǎng)的空缺，推進(jìn)“數(shù)字城市”建設(shè)，進(jìn)一步提升測(cè)繪地圖信息服務(wù)水平、提升城市形象有著重要的意義。

[1]高劍鋒.2.5維數(shù)字地圖制作[J].2012.

[2]寧波市三維數(shù)字地圖采集與繪制技術(shù)規(guī)程[S].2012.

[3]M.J.Kraak 著.杜清運(yùn)譯.3維地圖設(shè)計(jì) [J]，武測(cè)譯文，1994.

[4]李燕山，連紅運(yùn)，孫志林.3維數(shù)字地圖的實(shí)現(xiàn)方法[J].中國科技信息，2007.

[5]徐智勇，艾廷華，危擁軍.3維地圖符號(hào)視覺參量研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2006.