基于GIS平臺的元寶山公園三維模型設(shè)計(jì)

鄭曉紅

摘 要：隨著數(shù)字城市的發(fā)展，3S技術(shù)（GIS、RS、GPS）以及多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的GIS平臺適用于二維空間分析，而三維可視化功能相對薄弱。本文將SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結(jié)合，設(shè)計(jì)元寶山公園三維模型。實(shí)踐證明：將SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結(jié)合實(shí)現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：三維模型;GIS;元寶山公園

中圖分類號：P208文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0039-02

Abstract： With the development of digital city， 3S technology （GIS， RS， GPS）， multimedia technology and virtual reality technology have been widely used. The traditional GIS platform is suitable for two-dimensional spatial analysis， and the function of 3D visualization is relatively weak. In this paper， SketchUP software and ArcGIS platform were combined to design the three dimensional model of Yuanbaoshan park. Practice had proved that it was feasible to combine SketchUP software with ArcGIS platform to realize three-dimensional spatial database.

Keywords： 3D model;GIS;Yuanbaoshan park

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字地球、數(shù)字城市發(fā)展迅猛，三維數(shù)字化技術(shù)的需求越來越大。同時(shí)，三維地理信息系統(tǒng)逐步走進(jìn)人們的生活中，是當(dāng)前主要技術(shù)發(fā)展趨勢之一。三維數(shù)字化技術(shù)以三維立體的造型技術(shù)給用戶展現(xiàn)更真實(shí)的地理空間現(xiàn)象，不僅能表達(dá)空間對象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系。可視化技術(shù)是改善操作界面、提高分析結(jié)果可理解性的有效手段。因此，可視化技術(shù)在三維GIS中的應(yīng)用一直是GIS發(fā)展較為關(guān)心的問題。在GIS中借助三維可視化技術(shù)，將地理空間信息以三維立體形式直觀、真實(shí)地表現(xiàn)出來是地理信息中三維可視化的主要發(fā)展方向之一。二維GIS中缺少建筑物垂直面的幾何信息，往往只有相對高度屬性，而三維立體模型實(shí)現(xiàn)了三維空間全景瀏覽，為三維空間的建設(shè)提供了一種高效、真實(shí)度高的技術(shù)方法。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 二維影像數(shù)據(jù)

建立模型所用的二維影像來自于谷歌地球高分辨率影像數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系，部分地物遮擋采用外業(yè)補(bǔ)測加以解決[1]。

1.2 數(shù)字高程模型

構(gòu)建公園三維模型，需要獲取三維的空間數(shù)據(jù)，其中包括高程數(shù)據(jù)信息。目前，數(shù)字高程模型的獲取方法主要有兩種，即在數(shù)字地形圖的基礎(chǔ)上掃描數(shù)字化等高線獲取高程數(shù)據(jù)而生成，或利用遙感影像立體像對提取。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)及目前研究區(qū)域高程變化程度不大的情況，本文采用第一種方法獲取高程數(shù)據(jù)，進(jìn)而建立數(shù)字高程模型（DEM）[2]。

2 構(gòu)建三維建模

利用SketchUP軟件進(jìn)行由平面到立體的三維建模，具體技術(shù)流程包括：第一，矢量化數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出，轉(zhuǎn)換為AutoCAD文件（*.dwg，*.dxf）格式;第二，轉(zhuǎn)出數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SketchUP軟件中;第三，利用SketchUP三維建模，將平面轉(zhuǎn)為立體;第四，采用紋理映射技術(shù)，將拍好的實(shí)景照片貼到建好的三維模型上。

其中涉及的面狀要素建模最為常見。例如，生活中常見的草坪、建筑物、空曠的場地等通常是以面狀要素來表達(dá)的。以建筑物模型的建立為例，首先將遙感圖導(dǎo)入，作為底圖參考，其次勾勒出二維底面，再將面沿豎直方向向上拉伸（拉伸高度值可依次輸入），得到建筑物立體的粗糙框架。構(gòu)建過程中，可自動捕捉線條及其特征點(diǎn)，對建筑物進(jìn)行精確建模，并在此基礎(chǔ)上對細(xì)部進(jìn)行調(diào)整，形成一個(gè)具有高度的三維立體建筑，實(shí)現(xiàn)了從二維到三維的轉(zhuǎn)換[3]。

紋理映射技術(shù)在建模過程中起到點(diǎn)睛之筆的作用，其是建模的核心，不僅能提高三維模型的真實(shí)性，產(chǎn)生逼真效果，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)建筑強(qiáng)有力的還原，而且簡化了模型，這對應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)性是十分重要的。與其他軟件相比，SketchUp提供了強(qiáng)大的紋理映射功能。按照使用需要、功能的不同，貼圖分為三種：普通貼圖、投影貼圖和包裹貼圖。其中，普通貼圖的使用較為廣泛。普通貼圖是最普遍的，即為平面賦予材質(zhì)，貼圖單元在此平面上可以重復(fù)n次，也可以比平面大，主要通過調(diào)整貼圖坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。將建筑物的實(shí)景賦予所建模的表面上，這種簡單、高效、真實(shí)度高的技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)的特性[4]。

3 在GIS平臺中構(gòu)建三維模型

3.1 ArcScene平臺建立

在個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建立體要素類，作為導(dǎo)入三維模型的平臺。此外，要注意調(diào)整好模型放置的位置，可通過旋轉(zhuǎn)、平移、放大和縮小等操作進(jìn)行。

3.2 三維模型導(dǎo)入

SketchUp ESRI插件是為了與GIS數(shù)據(jù)更好地結(jié)合而專門開發(fā)的一款插件。其中包含兩個(gè)主要部分：GIS Plugin和3D Analyst SketchUP、3D Symbol Support。在SketchUp目錄下安裝前者，在GIS軟件目錄下安裝后者。在SketchUp中創(chuàng)建好的三維模型，利用SketchUp ESRI插件可以快速地導(dǎo)入GIS平臺中[5]。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺建立的三維模型及動態(tài)模擬場景，給人一種身臨其境的感覺，實(shí)現(xiàn)了景觀展示及后續(xù)場地規(guī)劃設(shè)計(jì)分析，將三維可視化技術(shù)運(yùn)用到公園管理中，提高規(guī)劃科學(xué)性和管理的高效性。試驗(yàn)證明，采用SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案是可行的，同時(shí)為三維空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)提供了技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸童，丁靜.GIS三維模型在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010（9）：30-31.

[2]張春鵬，東小楠.基于3S技術(shù)的丹東市帽盔山三維地形可視化[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（4）：325-326.

[3]張春鵬，李富祥.鴨綠江口濕地灘涂表層沉積物重金屬空間分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016（9）：2884-2890.

[4]朱慶，高玉榮，危擁軍，等.GIS中三維模型的設(shè)計(jì)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2003（3）：33-37.

[5]張春鵬，劉敬偉，鄭存德，等.基于遙感的鴨綠江河口濕地結(jié)構(gòu)演變分析[J].海洋湖沼通報(bào)，2014（4）：160-167.