“數(shù)字城市”中三維模型數(shù)據(jù)的建設(shè)與應(yīng)用

李利民

【摘要】信息化時代在不斷發(fā)展，群眾生活方式越來越多樣化。目前在追求一種全新的城市生活，“數(shù)字城市”是構(gòu)建數(shù)字地球的其中一部分。三維數(shù)據(jù)形式可以構(gòu)造一個真實(shí)城市場景直觀的給群眾帶去信息。三維數(shù)據(jù)是構(gòu)建“數(shù)字城市”的基本信息，城市在朝“數(shù)字化”的方向發(fā)展?；ヂ?lián)網(wǎng)信息時代推動著社會的全面發(fā)展，不斷創(chuàng)新的生活環(huán)境，讓群眾的生活豐富多彩。

【關(guān)鍵詞】三維模型；數(shù)據(jù)；建設(shè)與應(yīng)用

0引言

三維數(shù)據(jù)模型可以清晰的了解到樓房，河流等地球上各種地理環(huán)境。在傳統(tǒng)的地理地圖上加上信息化的技術(shù)，將平面化的事物變得立體，從而使得“數(shù)字城市”的三維化模型就此呈現(xiàn)。全新的地圖模型可以真實(shí)的體驗(yàn)到身處實(shí)地的感覺。在城市建設(shè)規(guī)劃中，三維地理數(shù)據(jù)得到建設(shè)人員的喜愛，可以全面得到數(shù)據(jù)的信息，推動建設(shè)發(fā)展的穩(wěn)定。一直以來在城市建設(shè)中三維技術(shù)占有很重要的作用，虛擬且真實(shí)的地理信息可以提供直觀科學(xué)的依據(jù)，讓城市規(guī)劃更有目標(biāo)性。這些是傳統(tǒng)的地理技術(shù)所不能做到的。

1.構(gòu)成“數(shù)字城市”的數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)和地理模型數(shù)據(jù)構(gòu)成了“數(shù)字城市”三維模型。其中里面包含了對象屬性、影像與紋理與數(shù)字劃線等數(shù)據(jù)。地理模型中包含了地形建模和其他比較有規(guī)則的建模。其構(gòu)建“數(shù)字城市”傳統(tǒng)的地理模型不能充分滿足數(shù)據(jù)需求，三維信息數(shù)據(jù)為信息化社會推動城市建設(shè)提供基本的作用，三維城市模型為城市建設(shè)提供了技術(shù)[1]。

2.關(guān)于制作數(shù)字城市三維模型數(shù)據(jù)的處理與標(biāo)準(zhǔn)二維矢量圖形處理與三維模型制作構(gòu)成圖形數(shù)據(jù)處理，柵格處理又由影像處理和相片糾正組成。且三維模型數(shù)據(jù)中包含圖形數(shù)據(jù)處理與影像處理。

2.1制作模型的坐標(biāo)系

某市在制作三維數(shù)字地圖時將國家1 ： 2000和1 ： 500地形圖作為基本數(shù)據(jù)，與其他系統(tǒng)相融合。三維地理坐標(biāo)在構(gòu)建三維場景和應(yīng)用系統(tǒng)上起到最基礎(chǔ)的作用。統(tǒng)一的坐標(biāo)系可以幫助構(gòu)建三維模型坐標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確提供參考。

2.2模型的基本單位

具有較大比例尺的城市地形圖在制作時一般采用平面坐標(biāo)系，以米為單位，所以在制作三維地理模型時也要用米作為基礎(chǔ)單位，依據(jù)模型所處的LOD級別來精確尺寸，構(gòu)建真實(shí)地理事物的實(shí)際模型尺寸[2]。

2.3制作模型

其中包含有預(yù)先處理地形圖、地形圖導(dǎo)入、白模創(chuàng)建與修正、三維精細(xì)化建模、檢查模型的過程、建筑紋理貼圖、模型的命名與分組和配置記錄與導(dǎo)出。這幾大步驟是在制作“數(shù)字城市”三維模型時建立模型所需要的，每一個步驟都是制作三維模型時的關(guān)鍵。

2.4定位模型的參考點(diǎn)

定位模型的參考點(diǎn)指得是所建立的模型的局部坐標(biāo)原點(diǎn)，在模型空間位置的確定上起到了基本的作用。每個模型在制作的時候都必須有一個定位模型所需要的參考點(diǎn)，對在三維場景中相似的地物引用有很好的作用。某市在制作三維數(shù)字地圖時明確規(guī)定模型的定位參考點(diǎn)，縱向是模型的最低點(diǎn)。

2.5模型的高度

在制作“數(shù)字城市”三維模型中，高度的確定是很重要的，在模型中不一樣的細(xì)節(jié)成度的具體表現(xiàn)，在獲取建筑物高度數(shù)據(jù)的時候，可以利用下面3種方法確定建筑物的高度：①依據(jù)當(dāng)前具有的二維數(shù)據(jù)來獲取建筑物和其要素的高度，來進(jìn)行建立體塊和基礎(chǔ)的模型；②可以利用精確度較高的技術(shù)或者工具得到建筑物或者某個部位的高度，確保建筑物的高質(zhì)量；③在建筑設(shè)計(jì)圖可得到精細(xì)模型高度，也可從建筑施工圖中獲取。

2.6模型中樣條曲線/面的使用

在制作三維模型時對樣條曲線/面的運(yùn)用要少之又少，樣條曲線/面在轉(zhuǎn)化為通用格式后，能將表面的連續(xù)性用一些參數(shù)細(xì)致的表現(xiàn)帶來數(shù)據(jù)災(zāi)難，太大的數(shù)據(jù)量不利于制作三維模型。所以在使用樣條曲線/面后將其變成折線，再將折線優(yōu)化成曲線/面。

2.7實(shí)地拍攝相片的處理

要想模型有好的視覺效果，必須對實(shí)地拍攝的相片進(jìn)行仔細(xì)的處理，先對相片進(jìn)行透視矯正，再將圖片的色調(diào)進(jìn)行相對的調(diào)整，制作相對標(biāo)準(zhǔn)的模型，還需要清除相片中存在遮擋物，最后再根據(jù)相片；里地物所在的分區(qū)編號、建筑編號規(guī)范紋理名稱[3]。

2.8三維模型的紋理映射

三維建模軟件一般都存在有很多紋理映射方式，可是支持交換文件格式通用的且只有有限的幾種。紋理映射采用diffuse和opacity，所以，經(jīng)常用的貼圖方式更多的應(yīng)用到紋理映射應(yīng)中去。

2.9模型成果的提交格式

對制作出的“數(shù)字城市”三維模型可以用以下兩種方式提交：一種為建模工具默認(rèn)的格式；另一種為轉(zhuǎn)換的3DS文件，并且用文件夾的形式提供紋理，模型的文件名和文件夾的名字應(yīng)相同。

3.在城市建設(shè)中如何運(yùn)用三維數(shù)據(jù)

三維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式是一個很大的創(chuàng)新，將數(shù)字技術(shù)很好的代替了傳統(tǒng)效果設(shè)計(jì)模式的表現(xiàn)形式。三維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了對過去到未來城市環(huán)境的趨勢和狀態(tài)進(jìn)行正確真實(shí)科學(xué)的模擬。三維數(shù)據(jù)更改了城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)，用三維數(shù)據(jù)較廣泛的應(yīng)用與較強(qiáng)的功能。

3.1城市建設(shè)中需要三維數(shù)據(jù)的輔助規(guī)劃分析

根據(jù)城市間空間數(shù)據(jù)技術(shù)，虛擬城市環(huán)境需要包含以下幾個構(gòu)建要點(diǎn)：真實(shí)性，直觀性，交流性。其主要目標(biāo)是，保證城市規(guī)劃的整體性、智能性。另外，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在對城市規(guī)劃方案的決策，其本質(zhì)目標(biāo)就是保證人員辦公的標(biāo)準(zhǔn)化及效率化。

3.2在人類活動中三維數(shù)據(jù)帶來的便利應(yīng)用

透過三維數(shù)據(jù)的結(jié)果可以了解到，群眾居住環(huán)境的光線明亮度和陽光可照射的時間和位置，使得人們在外出活動的時候可以方便很多?！皵?shù)字城市”三維模型數(shù)據(jù)建立之后對場景的分析，可以扯拉時間軸來對建筑物周邊景物的光照效果做出簡單的分析。三維數(shù)據(jù)為人們的生活提供了極大的便利，使得群眾的生活條件在不斷的提高。

4.數(shù)字城市三維建模的關(guān)鍵內(nèi)容

目前以建筑物為例，三維建模一般以空間幾何為體系。三維空間數(shù)據(jù)的獲取以電磁波形式騰導(dǎo)，實(shí)質(zhì)空間定位及坐標(biāo)組建數(shù)據(jù)，對未來的三維坐標(biāo)有足夠的空間想象能力。三維幾何里，在生活中應(yīng)用很廣泛，使技術(shù)人員提高了工作效率，既有準(zhǔn)確性及高效性?？臻g坐標(biāo)因?yàn)楦邔咏ㄖ浅?zhǔn)確，使建筑物的外觀非常有空間立體感，現(xiàn)在人們的生活都離不開三維空間模型。信息化時代發(fā)展推動可視化技術(shù)的應(yīng)用，通過與現(xiàn)有的技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到交互效果的極致。

4.1三維建模數(shù)據(jù)的獲取

當(dāng)前，建立三維模型的主要就是手機(jī)建立模型所需要的數(shù)據(jù)。在群眾生活的城市圈中有很多建模所需要的數(shù)據(jù)，其中包含有：（1）策劃建筑（物所需要的圖紙及相關(guān)設(shè)計(jì)文檔及資料。（2）城市數(shù)字地圖和2DGIS數(shù)據(jù)庫（3）攝影測量數(shù)據(jù)。

4.2建立模型的方式

當(dāng)前，建立“數(shù)字城市”三維模型的方式有很多種，下面為幾種做出簡單的介紹。

（1）使用動畫軟件建立模型。該軟件可以精細(xì)的表達(dá)模型，有多種建模的工具，但是僅僅用于動畫瀏覽，不能交互編輯查詢，并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，不支持與地形疊加。

（2）使用專業(yè)軟件建立模型，簡潔的數(shù)據(jù)對模型的制作起到關(guān)鍵作用，軟件里多種工具的結(jié)合利用可以制作出好的建模。（3）OpenGL開發(fā)。利用此軟件，通過編程的方式建立模型。通常這種方式用于三維基礎(chǔ)軟件的開發(fā)，使用較多的數(shù)學(xué)曲線、曲面表達(dá)三維模型等算法，獲得更多的建模數(shù)據(jù)。

在當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用技術(shù)中，利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作成為模型制作的主要應(yīng)用軟件。

4.3模型的發(fā)布與應(yīng)用

目前基于二次開發(fā)功能的數(shù)字城市平臺在國內(nèi)并不少見，而且平臺本身集合了諸多創(chuàng)新科技，但是考慮到目前國家對三維場景的需求呈現(xiàn)出多元化，不僅僅要求數(shù)字城市平臺能夠?qū)θS場景進(jìn)行顯示，同時還需要具備漫游、定位、搜索等其他拓展功能。從而促進(jìn)決策機(jī)構(gòu)完成決策計(jì)劃[4]。

結(jié)束語：

建設(shè)三維“數(shù)字城市”是符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會建設(shè)的需要的，這是一個非常巨大的系統(tǒng)工程。在設(shè)計(jì)“數(shù)字城市”三維模型時要根據(jù)需求和需要，準(zhǔn)確設(shè)立好三維模型的精確度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保成果可以達(dá)到設(shè)計(jì)和應(yīng)用的所需需求。當(dāng)今社會重點(diǎn)研究的對象之一就包含“數(shù)字城市”建設(shè)，應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。數(shù)字城市系統(tǒng)中的城市三維信息系統(tǒng)的建設(shè)合理利用所有條件實(shí)現(xiàn)虛擬城市的真實(shí)性?！皵?shù)字城市”三維建筑模型有利于城市建設(shè)的發(fā)展，為城市建設(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提升建設(shè)模型的質(zhì)量性?！皵?shù)字城市”三維模型會在群眾生活中得到更為廣泛的利用，提高群眾現(xiàn)有的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王春波.數(shù)字城市中三維模型的建立技術(shù)及應(yīng)用研究[J].科技論壇2014.07（14）：136.

[2]劉影.“數(shù)字城市”中三維模型數(shù)據(jù)的建設(shè)與應(yīng)用[J].測繪通報(bào)2015.05（05）：139-140.

[3]朱慶.三維GIS及其在智慧城市中的應(yīng)用[J].地球信息科學(xué)2014.03（02）：153-157.

[4]王文暉.數(shù)字三維模型助力城市規(guī)劃管理[J].江西測繪 2014.04（04）：17-24.