滕王閣景區(qū)三維模型的構(gòu)建研究

摘 要：三維景觀模型制作是現(xiàn)代旅游業(yè)為游客提供優(yōu)質(zhì)旅游服務(wù)的核心技術(shù)，而滕王閣景區(qū)建筑的多樣性與復(fù)雜性使得景區(qū)的三維建模更具有實(shí)際意義。本文針對(duì)傳統(tǒng)三維建模方法在精確度和還原度等方面存在的局限性，探討利用傾斜攝影的手段，采用Smart3D Capture等軟件建模技術(shù)來(lái)充分實(shí)現(xiàn)滕王閣景區(qū)的三維建模，提供一種可視化效果逼真和漫游及互動(dòng)式的資源共享手段，進(jìn)而有助于促進(jìn)滕王閣景區(qū)的旅游發(fā)展。

關(guān)鍵詞：滕王閣景區(qū) 三維模型 Smart3D Capture

滕王閣景區(qū)是以江南三大著名樓閣之一的滕王閣為中心的景觀建筑旅游景區(qū)。隨著景區(qū)的向北和向南的延伸擴(kuò)大和融入贛江旅游風(fēng)光帶，如何讓游客通過(guò)大屏幕，模擬親臨滕王閣濱江景區(qū)游覽，感受人文旅游資源所帶來(lái)的旅游文化快樂(lè)，為滕王閣景區(qū)旅游提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，成為旅游業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。本文著重闡述以傾斜攝影測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，采用Smart3D Capture等三維建模軟件，探討建立滕王閣景區(qū)三維模型的技術(shù)流程，利用三維模型對(duì)滕王閣景區(qū)進(jìn)行引導(dǎo)與宣傳，進(jìn)而推動(dòng)南昌旅游業(yè)的發(fā)展。

一、基于傾斜攝影測(cè)量三維建模的意義

滕王閣景區(qū)位于南昌市贛江與撫河故道的匯合處。本次三維建模范圍，依據(jù)《南昌市滕王閣歷史風(fēng)貌區(qū)控制性規(guī)劃（2015-2020）》，南起中山西路，北至陽(yáng)明路，東為子固路，西鄰贛江，總面積為82公頃。其中，以滕王閣為核心景區(qū)范圍，面積為4.5公頃。景區(qū)域內(nèi)由滕王閣主體建筑、文化庭院、奇石雕塑以及歷史文化景觀組成，對(duì)游客吸引力大。主體建筑為宋式仿木結(jié)構(gòu)，碧瓦丹柱，雕梁飛檐，書畫滿堂，立面凹凸有致，歷史文化豐富，需要真實(shí)模擬滕王閣景區(qū)的三維模型向游客提供查詢與認(rèn)知服務(wù)。

滕王閣景區(qū)內(nèi)的景觀眾多，大小不一，立面復(fù)雜，紋理多樣。本試驗(yàn)基于三維建模技術(shù)，根據(jù)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)，依據(jù)滕王閣景區(qū)內(nèi)的建筑、植被、道路、設(shè)施的大小形狀、距離位置，材質(zhì)色彩、光照效果等構(gòu)建三維模型，實(shí)現(xiàn)仿真模擬與可視化過(guò)程的簡(jiǎn)單化，達(dá)到快速而準(zhǔn)確地為旅游用戶提供一個(gè)身臨其境的真實(shí)旅游場(chǎng)景的服務(wù)模式。

二、滕王閣景區(qū)建模技術(shù)路線

滕王閣景區(qū)的景觀模型建立，其基本要求是準(zhǔn)確反映出景觀建筑的平面位置，大小、形狀、色彩及材質(zhì)，讓游客能從多個(gè)角度進(jìn)行全面欣賞。所采用傾斜攝影測(cè)量來(lái)獲取建模影像數(shù)據(jù)，其基本原理是在同一飛行平臺(tái)上搭載了多臺(tái)可旋轉(zhuǎn)變化鏡頭的傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直和多個(gè)傾斜的不同角度采集影像。

滕王閣核心區(qū)三維模型

在多個(gè)鏡頭、不同角度下完成傾斜攝影影像數(shù)據(jù)采集工作，可以獲取滕王閣的多方位幾何信息，并且又實(shí)地采集滕王閣景區(qū)建筑的紋理數(shù)據(jù)，在數(shù)字正射影像和數(shù)字高程數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上，利用Smart3D Capture軟件完成三維模型的建立。

（一）滕王閣景區(qū)模型構(gòu)建技術(shù)路線

為保證建模精度，航空攝影技術(shù)指標(biāo)為：使用Ultra Cam OSPREY數(shù)碼航攝儀，地面分辨率為0.08米，焦距80毫米，像元是6u。通過(guò)傾斜攝影獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行空三加密處理后，在DEM與DOM的支撐下，外業(yè)景觀紋理采集，采用Smart3D Capture分區(qū)建模，從而實(shí)現(xiàn)整體三維模型的建立。

（二）滕王閣景區(qū)數(shù)據(jù)采集的方式

滕王閣景區(qū)三維模型的構(gòu)建，其三維空間數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，由景點(diǎn)的一系列平面位置、地面高程、地物高度及紋理數(shù)據(jù)、DOM、DEM數(shù)據(jù)等組成，而通過(guò)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，采用多臺(tái)傳感器，以不同角度對(duì)景點(diǎn)進(jìn)行全方位影像數(shù)據(jù)采集，可以方便、快速、高效的獲取建模數(shù)據(jù)。

構(gòu)建滕王閣景區(qū)的三維模型的幾何數(shù)據(jù)，選用能夠形象表達(dá)旅游景點(diǎn)的形態(tài)特征及相應(yīng)建模精度要求的合格數(shù)據(jù)。紋理數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)拍攝建筑物所有部位的表面影像，以便滿足不同細(xì)節(jié)層次的表達(dá)要求，并同時(shí)應(yīng)注意到通用紋理與示意紋理的數(shù)據(jù)采集。屬性數(shù)據(jù)的采集應(yīng)保證景觀建模信息的正確性與完整性，在編碼過(guò)程中應(yīng)具備系統(tǒng)性、通用性以及擴(kuò)展性。

1.建模數(shù)據(jù)的驗(yàn)證

數(shù)據(jù)精度是模型精度的重要支撐。滕王閣景區(qū)三維模型的質(zhì)量取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量，而數(shù)據(jù)質(zhì)量可以用數(shù)據(jù)質(zhì)量元素進(jìn)行描述，主要體現(xiàn)在模型的完整正確性、直觀形象性、現(xiàn)勢(shì)性、真實(shí)準(zhǔn)確性、表現(xiàn)精度、屬性信息精度以及邏輯一致性等幾個(gè)方面。為準(zhǔn)確建立滕王閣景區(qū)的模型，開(kāi)展了對(duì)已有的DEM、DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確性和完整性的來(lái)源檢查，保證其一定的數(shù)學(xué)精度和獲取合格的原始數(shù)據(jù)。

2.紋理數(shù)據(jù)的采集

紋理數(shù)據(jù)的采集，是真實(shí)表現(xiàn)實(shí)體的基礎(chǔ)性工作。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，采取事先計(jì)劃，圍繞核心區(qū)進(jìn)行閉合路線分區(qū)采集，有利于提高數(shù)據(jù)采集效率。

（1）紋理采集

紋理拍攝：為清晰表現(xiàn)滕王閣景區(qū)景物，對(duì)建筑物進(jìn)行實(shí)地拍攝和紋理采集，并按景觀屬性分類，逐一整理編號(hào)。采用的拍攝器材為有效像素1200千萬(wàn)，JPG存儲(chǔ)格式的佳能數(shù)碼相機(jī)。選擇拍攝的時(shí)間：日出后二小時(shí)和日落前二小時(shí)，以此回避中午太陽(yáng)正射建筑物時(shí)段。拍攝建筑物角度的選擇，以變形小、和無(wú)遮擋物，且色調(diào)均勻?yàn)樽罴?。獲取的照片顏色則以真實(shí)不偏色為原則，同時(shí)應(yīng)避免景觀建筑物由于自身反射光所帶來(lái)的顏色失真。

（2）數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容

數(shù)據(jù)采集，主要有滕王閣景區(qū)中的景點(diǎn)全貌、景點(diǎn)位置、景點(diǎn)特征和鳥瞰景點(diǎn)的視覺(jué)影像。其中，景點(diǎn)建筑物的多角度和突出表現(xiàn)特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集最為關(guān)鍵。為正確多角度全面反映建筑物滕王閣，其景點(diǎn)建筑物數(shù)據(jù)采集，應(yīng)采用表現(xiàn)全貌，拍攝左前視、右前視、正前視、前側(cè)視、左側(cè)視、右側(cè)視和后側(cè)視的影像，以利于全面反映出景點(diǎn)建筑物各個(gè)角度的外立面；在表現(xiàn)建筑物主體上，可以選擇拍攝滕王閣具有唯一性和代表性的正前視部位。而在采集的同時(shí)，實(shí)地開(kāi)展對(duì)滕王閣景區(qū)所有的地理要素核實(shí)和建筑物陰影的識(shí)別。

（三）軟件平臺(tái)

Smart3D Capture是一種快速、全自動(dòng)的三維場(chǎng)景運(yùn)算建模軟件，是通過(guò)簡(jiǎn)單連續(xù)的影像來(lái)產(chǎn)生超高密度點(diǎn)云，進(jìn)而生成具有真實(shí)影像位紋理的高分辨率三維模型。滕王閣景區(qū)的內(nèi)業(yè)三維模型的數(shù)據(jù)處理，是利用全自動(dòng)三維建模軟件Smart3D Capture進(jìn)行建模，通過(guò)三維數(shù)字地球平臺(tái)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化，全面實(shí)現(xiàn)三維模型和景區(qū)場(chǎng)景的融合。

三、滕王閣景區(qū)建模的實(shí)施

滕王閣景區(qū)三維模型的實(shí)施構(gòu)建過(guò)程中，首先對(duì)建模區(qū)域進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，按不同單元類別表現(xiàn)要求和基本屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以達(dá)到精細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)和一般性的不同層次的建模要求。

（一）模型的單元?jiǎng)澐?/p>

模型的單元?jiǎng)澐郑弘蹰w景區(qū)分區(qū)的原則：以核心景區(qū)、保護(hù)區(qū)、規(guī)劃區(qū)進(jìn)行分區(qū)。實(shí)際劃分時(shí)，采用相對(duì)穩(wěn)定和完整的自然地形地物，取用贛江大堤、陽(yáng)明路、子固路等為邊界線，這樣有利于滕王閣景區(qū)地理要素在幾何要素上不被任意截?cái)?，保持模型具有相?duì)的獨(dú)立性和完整性。

（二）模型的分區(qū)命名

滕王閣景區(qū)的三維分區(qū)模型命名，是參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范》CH/T 9016-2012執(zhí)行，其基本結(jié)構(gòu)是由建模單元編碼、模型類型、模型順序號(hào)和表現(xiàn)等級(jí)共四部分組成，以便達(dá)到有序建模。

（三）模型的制作

滕王閣景區(qū)是一個(gè)景觀形態(tài)不一、外立面復(fù)雜的景區(qū)。在建模時(shí)，按模型等級(jí)及建筑物類別進(jìn)行處理，突出其建筑物特征。滕王閣的主體建筑模型，主要是反映建筑的外觀細(xì)節(jié)，清晰表現(xiàn)出游客喜愛(ài)觀賞的幾何特征點(diǎn)。尤其是在沿著建模景觀物體漫游時(shí)，游客能充分欣賞到滕王閣建模后的細(xì)部特征而帶來(lái)的立體藝術(shù)美感。同時(shí)，滕王閣的紋理多樣復(fù)雜，在制作過(guò)程時(shí)，應(yīng)保持與實(shí)地石材、玻璃、金屬、木材的材質(zhì)紋理一致性，使整體拼接過(guò)渡自然。

滕王閣景區(qū)的地形模型數(shù)據(jù)是由幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)共同組成。整個(gè)區(qū)域內(nèi)地形起伏不大，以平地居多，沿江部分有贛江陡堤、碼頭斜坡等，平地平均相對(duì)高差小于5米。 因此，所采用DEM的格網(wǎng)單元尺寸不大于10m×10m，DOM的分辨率地貌優(yōu)于1m，且高程精度優(yōu)于2m時(shí)， 所構(gòu)建的地形模型，能滿足一般性地形的建模需求。

四、滕王閣景區(qū)模型的紋理貼圖

景觀建筑紋理貼圖是提高實(shí)體的準(zhǔn)確、形象和真實(shí)性來(lái)表現(xiàn)實(shí)體的一種圖像處理技術(shù)。滕王閣景區(qū)分別按“景觀正立面紋理”、“內(nèi)部主體立面紋理”、“景觀背立面主體紋理”等類型，實(shí)現(xiàn)不同類別的表現(xiàn)。獲取景觀紋理圖像的主要方法是通過(guò)實(shí)地拍攝照，在后期采用Photoshop cs6進(jìn)行針對(duì)性復(fù)原和反復(fù)調(diào)試。

（一）紋理圖像處理的基本原則：圖像應(yīng)反差適中，色調(diào)均勻，且拍攝體前無(wú)遮擋物，并通過(guò)糾正變形，去除雜色，保持與實(shí)地建筑的一致性。

（二）紋理效果的處理：以照片為基礎(chǔ)，采用Photoshop cs6軟件，進(jìn)行人工后期修補(bǔ)處理，重點(diǎn)去除紋理陰影，保持紋理整體影像顏色的均勻適中和真實(shí)、準(zhǔn)確。

五、建模試驗(yàn)結(jié)論

研究表明：滕王閣景區(qū)的三維建模方法，采用傾斜攝影的影像數(shù)據(jù)，其所構(gòu)建的三維模型，具有信息豐富，形象真實(shí)，紋理清晰，準(zhǔn)確完整的特點(diǎn)，全面實(shí)現(xiàn)了景區(qū)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)漫游與交互功能，從而能使游客在多個(gè)角度下欣賞立體景觀，有效彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用建模的不足，實(shí)現(xiàn)過(guò)程快捷簡(jiǎn)單，可視化效果形象逼真，且易于集成與共享，這為滕王閣景區(qū)旅游提供了一種全新、漫游和互動(dòng)式的資源共享手段，滿足滕王閣景區(qū)旅游發(fā)展的需要。

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作者簡(jiǎn)介：

白莎（1957-），女，漢族，江蘇宜興人，研究生學(xué)歷，教授，從事旅游教育與旅游地理研究。