淺析城市建模與三維景觀制作

摘 要：文章通過筆者在實(shí)際工作中總結(jié)，采用航空攝影測量方法采集DEM、DOM進(jìn)行地形地貌重建，生成城市三維地形模型。

關(guān)鍵詞：城市建模；三維景觀；制作流程

一、城市建模與三維景觀概念及應(yīng)用

城市建模與三維景觀是構(gòu)建數(shù)字城市的重要組成部分。城市三維景觀，與虛擬的三維動(dòng)畫完全不同，是以實(shí)際的航攝影像為基礎(chǔ)，通過數(shù)字地形模型的提取，數(shù)字正射影像的制作，建筑物實(shí)際結(jié)構(gòu)的建立和墻面紋理的粘貼等處理，從而構(gòu)成動(dòng)態(tài)的真實(shí)三維立體景觀。

城市建模與三維景觀可廣泛用于城市規(guī)劃，房地產(chǎn)開發(fā)，交通管理，國土資源管理，電力，電信，公安，給排水，旅游等領(lǐng)域，對于大中小城市的深度開發(fā)建設(shè)，具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

二、制作流程

（一）準(zhǔn)備工作。包括航空攝影，內(nèi)業(yè)空三加密，外業(yè)控測和調(diào)繪等。

（二）模型定向。進(jìn)行向量測圖、獲取DEM或正射影像，都要首先建立立體模型。系統(tǒng)可對數(shù)字影像單個(gè)象對或整體批處理進(jìn)行內(nèi)定向、相對定向、核線重采樣和絕對定，建立象對數(shù)字立體模型。建立測區(qū)象對內(nèi)定向文件、相對定向文件、核線影像文件和絕對定向文件等。（1）內(nèi)定向：定建模型的第一步是內(nèi)定向，確定掃描坐標(biāo)系與像片坐標(biāo)系間的變換參數(shù)，解求影像可能存在的仿射變形參數(shù)。設(shè)定相機(jī)參數(shù)：焦距、框標(biāo)坐標(biāo)、象主點(diǎn)坐標(biāo)、鏡頭畸變值等，通過模板對框標(biāo)自動(dòng)識別與定位，或通過觀察系統(tǒng)分別量測左右像片框標(biāo)人工輔助完成。（2）相對定向：通過影像的二維相關(guān)對自動(dòng)尋找同名點(diǎn)進(jìn)行影像匹配，解算出象對相對定向參數(shù)，建立沒有視差的象對立體模型。相對定向一般采用自動(dòng)方式，特殊情況下才采用人工方式完成。（3）核線重采樣：核線影像是立體量測的基礎(chǔ)，絕對定向、向量測圖、獲取DEM或正射影像都要在核線影像上進(jìn)行。自動(dòng)完成同名核線將影像的灰度預(yù)以重新排列，形成按核線方向排列的立體影像。（4）絕對定向：在核線影像對上，通過立體觀察系統(tǒng)采用人工方式對左（右）影像切準(zhǔn)控制點(diǎn)，再由影像匹配確定同名點(diǎn)，計(jì)算絕對定向參數(shù)或通過網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入“空三”成果完成絕對定向參數(shù)的解求。

（三）DEM提取與拼接。（1）預(yù)處理。在自動(dòng)影象匹配之前，可以在立體模型中量測一部分特征線（山脊線、山谷線、陡坎、斷裂線等），特征點(diǎn)（山頂、鞍部點(diǎn)、變坡點(diǎn)等），特征面（湖面、陰影區(qū)、林區(qū)邊界等），作為自動(dòng)影象匹配的控制。經(jīng)過上述的預(yù)處理，可以明顯改善影象匹配的效果，使得生成的DEM能更真實(shí)地反映實(shí)際地表形態(tài)。對于大比例尺測圖，預(yù)處理是很重要的。（2）數(shù)字地面模型的建立。①特征地物的量測。立體影像有兩種顯示方式：分屏顯示和立體顯示?；诹Ⅲw模型的同名點(diǎn)可由人工進(jìn)行量測，也可由系統(tǒng)自動(dòng)匹配進(jìn)行量測。主要有：量測特征點(diǎn)、量測特征線、量測特征面。特征點(diǎn)線采集完后，生成每個(gè)模型的DEM。并對DEM點(diǎn)進(jìn)行匹配編輯。匹配編輯完成后，由系統(tǒng)自動(dòng)內(nèi)插生成物方DEM。然后逐塊查物方DEM的準(zhǔn)確性。②DEM的拼接。首先建立每個(gè)模型的DEM。在生成單個(gè)模型的DEM后，再將單個(gè)模型的DEM拼接起來，建立圖幅或區(qū)域的DEM。

（四）正射影像生成與鑲嵌。當(dāng)DEM建立后，可進(jìn)行正射影象的生成。并對生成的正射影像進(jìn)行修補(bǔ)，并將等高線與正射影像疊合進(jìn)行DOM點(diǎn)位平面精度檢測。DOM影像應(yīng)清晰，無明顯的拼接痕跡，片與片之間應(yīng)保持色調(diào)均勻、反差適中，DOM接邊重疊帶不出現(xiàn)明顯的模糊或重影。最后進(jìn)行任意影像的無縫鑲嵌。鑲嵌前應(yīng)保證片與片之間、圖幅與圖幅之間的影像色調(diào)基本一致，影像鑲嵌后不能造成影像重影和有明顯的拼接痕跡。

（五）地形地貌重建。根據(jù)已生成的DEM、DOM，進(jìn)行地形地貌重建。在DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上疊加遙感影像來完成三維地形顯示。

（六）自動(dòng)提取和粘貼紋理。軟件可以自動(dòng)從航攝影像上提取原始紋理，并自動(dòng)粘貼于構(gòu)建的建筑物框架頂面和墻面。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者重要的標(biāo)志性建筑可單獨(dú)建模，賦以精細(xì)的結(jié)構(gòu)和紋理。這是一種全自動(dòng)的作業(yè)過程，不僅會(huì)提高建模效率，而且減少數(shù)據(jù)量，有利于三維場景的顯示和漫游，可以滿足一般的城市規(guī)劃需要。

（七）紋理映射。紋理映射主要是用圖像來替代實(shí)體模型中的可模擬或不可模擬細(xì)節(jié)，提高模擬逼真度和顯示速度。對于城市具有標(biāo)志性的建筑物，或特征建筑物，需要利用數(shù)字相機(jī)采集建筑物的側(cè)面及頂部紋理，通過Photoshop對照片進(jìn)行處理，利用裁切、拼接、自由變換和拉伸等一些基本操作將地面攝取的建筑物墻面紋理逐個(gè)地填充于建筑物相應(yīng)的面上，以達(dá)到真實(shí)反映城市的目的，增強(qiáng)城市三維表達(dá)的真實(shí)感。

（八）模型拼接。在三維環(huán)境中檢查三維地形地貌的地理編碼及數(shù)據(jù)精度。以建好的地形及道路模型為基礎(chǔ)，對建筑和小品及附屬設(shè)施的起點(diǎn)高程作細(xì)微的調(diào)整，使整個(gè)規(guī)劃地塊內(nèi)模型的空間關(guān)系更加精確、真實(shí)。地形及道路模型的相交處也作相應(yīng)的調(diào)整，將異型及標(biāo)志性的建筑物按地理位置及正確的比例集成到地形地貌上。

（九）所有模型數(shù)據(jù)建庫及管理。進(jìn)行相應(yīng)的屬性錄入，從而進(jìn)行真正的三維GIS建庫及管理。

（十）制作動(dòng)態(tài)飛行的播放文件。在設(shè)置了三維景觀參數(shù)和漫游方式后，軟件可直接利用圖像生成連續(xù)的動(dòng)畫場景，完成全部工作。

（十一）提供成果。上交成果的內(nèi)容、格式，應(yīng)根據(jù)合同條款的規(guī)定執(zhí)行。對于數(shù)字測繪成果，其數(shù)據(jù)文件的內(nèi)容及格式，通常包括如下項(xiàng)目：DEM（數(shù)字地形模型）：DXF，TEXT（文本）等格式文件。DOM（數(shù)字正射影像圖）：Tiff格式文件。城市建模及三維景觀：3DV，avi，flc等格式。

（十二）播放文件。城市三維模型數(shù)據(jù)（3DV格式）。

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作者簡介：李敏，鄭州飛燕信息技術(shù)服務(wù)有限公司。