淺談汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

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(汕頭市測繪研究院　廣東　汕頭　515041)

淺談汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

■費小睿陳玉娜

(汕頭市測繪研究院廣東汕頭515041)

城市三維仿真系統(tǒng)是一個充分、直觀展示城市地形地貌和城市形態(tài)的三維數(shù)字化可視平臺。它可以為城鄉(xiāng)規(guī)劃工作提供輔助決策支持。本文以汕頭市三維仿真系統(tǒng)試點片區(qū)建設(shè)為例，介紹了汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)建設(shè)中基礎(chǔ)資料獲取、紋理處理、三維建模、數(shù)據(jù)管理應(yīng)用等方面的工作內(nèi)容。

城市三維仿真系統(tǒng)三維建模紋理照片處理

1　引言

近年來隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)步伐不斷加快。不斷加快的城市建設(shè)進程，對城鄉(xiāng)規(guī)劃管理工作的要求也越來越高。地形圖一直以來都是城鄉(xiāng)規(guī)劃管理工作的空間參考與定位依據(jù)，但是地形圖是二維平面的，無法直觀的表達城市地表構(gòu)筑物與地形地貌情況，已難以滿足新時期規(guī)劃管理工作的要求。目前解決這一問題的有效方法，就是將地形圖三維化，建立城市三維仿真系統(tǒng)。城市三維仿真系統(tǒng)使原先二維對象從平面變?yōu)榱Ⅲw，從抽象變得直觀，更加準(zhǔn)確的表達地形地貌與城市建設(shè)情況；并且通過豐富的應(yīng)用分析功能，為城市規(guī)劃管理工作提供輔助決策支持。本文以汕頭市三維仿真系統(tǒng)試點片區(qū)建設(shè)工作為例，詳細介紹了構(gòu)建城市三維仿真系統(tǒng)所進行的各項工作內(nèi)容。

2　城市三維仿真系統(tǒng)建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)獲取

城市三維仿真系統(tǒng)建模所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包含地形圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、模型紋理照片、建筑物樓高數(shù)據(jù)。項目建設(shè)時首先要做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新工作，以保證建立的模型與實景的一致性。

（1）地形圖數(shù)據(jù)：采用建模區(qū)域1：1000數(shù)字地形圖作為三維模型制作用圖。城市三維仿真系統(tǒng)的模型由地形圖數(shù)據(jù)拉伸后獲得。

（2）影像數(shù)據(jù)：由于外業(yè)采集模型紋理照片時，有些地物（建筑頂層構(gòu)筑物，廣場大型圖案等）的照片是無法完全拍攝到的，所以我們選用建模區(qū)域的正射航空影像圖作為這類地物建模時的參考。

（3）模型紋理照片：為保證制作出來的模型與實景的高相似度，需要到實地拍攝照片。拍攝照片基于先整體，后局部的原則，首先拍攝被攝物的整體照片，然后分步拍攝被攝物細部的照片。

（4）建筑物樓高數(shù)據(jù)：建筑物建模時需要建筑物高度作為模型拉伸的依據(jù)，所以需要通過外業(yè)實地測量采集或航空攝影測量內(nèi)業(yè)獲取樓高數(shù)據(jù)。

3　城市三維仿真系統(tǒng)建模

3.1紋理照片處理

紋理好壞決定了三維模型的真實度，紋理照片處理是城市三維仿真系統(tǒng)建模的重要一環(huán)。野外拍攝得到的紋理照片由于尺寸較大，無法直接提供模型貼圖使用，另外三維模型的紋理應(yīng)該是正射的，而拍攝的照片，由于受拍攝角度、光線等條件的限制，大多是變形的，且顏色也與實際顏色有所不同。所以需要使用photoshop軟件對紋理照片進行處理。處理內(nèi)容包括：

（1）相片裁剪：裁剪出相片中對建模有用的部分。

（2）圖像糾正：對因拍攝角度問題變形的照片進行正射糾正。

（3）消除雜物：消除照片中行人、樹木等無關(guān)信息。

（4）手工勾畫：紋理照片不清晰,應(yīng)手工勾畫。

（5）色彩調(diào)整：對照片顏色與實際顏色不同的照片進行色彩調(diào)整。

（6）紋理拼接：將不同的紋理塊組合成一張紋理，紋理尺寸必須為2的N次方×2的N次方，尺寸不大于1024×1024。

3.2三維建模

我們使用3DMax作為城市三維仿真系統(tǒng)建模工具。城市三維仿真系統(tǒng)建模主要是建立交通設(shè)施、地形景觀、建筑物這三類模型。

3.2.1交通設(shè)施模型

提取地形圖的道路邊線要素制作道路交叉路口、道路面模型；按照地形圖上的高程點調(diào)整交叉路口、道路面模型的高程；根據(jù)實地情況進行道路標(biāo)線貼圖；提取地形圖中的隔離帶要素,制作道路隔離帶模型并貼圖；根據(jù)實地情況放置已制作好的行樹與路燈模型。（模型如圖1所示）

圖1　交通設(shè)施模型

3.2.2地形景觀模型

利用已建好的道路面模型，獲得初始的地塊面,確保道路面與地塊面銜接無縫隙；根據(jù)地形圖等高線、高程點、陡坎等要素，調(diào)整地塊高低起伏特征；在地塊內(nèi)部按照區(qū)域類型（如植被、居民地）分別生成區(qū)域模型面；根據(jù)地形圖制作圍墻、柵欄等區(qū)域類型分割標(biāo)志；根據(jù)地形圖在地塊面內(nèi)制作花圃、內(nèi)部道路、噴水池、路燈等模型。（模型如圖2所示）

圖2　地形景觀模型

3.2.3建筑物模型

根據(jù)建筑物的重要程度將建筑物模型分為精細模型,標(biāo)準(zhǔn)模型,框架模型;提取1:1000地形圖的房屋面，對房屋面根據(jù)樓高進行拉伸制作初始建筑模型；按建筑物所屬類別分類制作,確保模型底部與地面無縫銜接；根據(jù)正射航空影像對建筑頂部進行人工修飾；根據(jù)拍攝的建筑物外觀照片制作建筑物的紋理貼圖，再對建筑物進行人工貼圖，形成最終模型。（模型如圖3所示）

圖3　建筑物模型

4　城市三維仿真系統(tǒng)管理與應(yīng)用

城市三維仿真系統(tǒng)建設(shè)過程中生產(chǎn)了海量的三維模型數(shù)據(jù)。3DMax軟件是一個三維模型生產(chǎn)軟件，無法作為海量三維模型的管理應(yīng)用軟件。因此需要有一個三維GIS平臺軟件來管理，展示，應(yīng)用這些模型數(shù)據(jù)。

我們選擇了偉景行三維GIS平臺來承載、展示、應(yīng)用汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)的海量三維模型。我們使用偉景行的CityMaker Builder來整合、管理海量三維模型數(shù)據(jù)；使用CityMaker Explorer來展示，應(yīng)用三維模型數(shù)據(jù)。

4.1三維模型數(shù)據(jù)整合管理：CityMaker Builder是一個三維GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)與維護軟件。首先在CityMaker Builder軟件中新建數(shù)據(jù)源，按模型類別創(chuàng)建各種要素類；然后在3DMax中利用插件，將模型導(dǎo)出為OSG格式，在CityMaker Builder中將OSG格式模型分別導(dǎo)入到相應(yīng)的要素類中；最后在CityMaker Builder添加地名、路名標(biāo)注等信息，完成數(shù)據(jù)整合。

4.2三維模型數(shù)據(jù)展示應(yīng)用：CityMaker Explorer是一個通用的三維GIS應(yīng)用軟件。三維模型數(shù)據(jù)在CityMaker Buidler里經(jīng)過整合后，可以在CityMaker Explorer使用。目前，我們使用CityMaker Explorer做為汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)的展示應(yīng)用軟件。我們利用CityMaker Explorer軟件實現(xiàn)了海量模型的漫游，設(shè)計方案與現(xiàn)實景觀的對比,通視分析等規(guī)劃輔助應(yīng)用。

5　結(jié)語

汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)試點片區(qū)建設(shè)工作，為接下來繼續(xù)開展汕頭市城市三維仿真系統(tǒng)建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)，提供了重要的經(jīng)驗。接下來，我們將分片逐步完成對汕頭市地面城市三維模型的建模工作，同時開發(fā)汕頭城市三維仿真系統(tǒng)的專用軟件，進一步增強城鄉(xiāng)規(guī)劃的輔助應(yīng)用功能，拓展汕頭城市三維仿真系統(tǒng)在公安消防、三防指揮、旅游宣傳、招商引資等社會各行各業(yè)的應(yīng)用。

[1]陳引川.三維城市模型紋理的研究與應(yīng)用[J].北京測繪，2009(2):4-6.

[2]李成名，趙珂，趙占杰，等 .CH/T 9015-2012三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范[S].測繪出版社，2012.

[3]李成名，李宗華，趙占杰，等 .CH/T 9016-2012三維地理信息模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)范[S].測繪出版社，2012.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-248-1

費小睿(1982～)，男，工程師，研究方向為地理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用。