三維建模的技術(shù)方法特點(diǎn)研究及應(yīng)用

郭 猛

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東泰安 271000）

現(xiàn)階段，城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，加快了建設(shè)規(guī)劃，朝著數(shù)字城市方向發(fā)展。在工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，為了保證最終質(zhì)量，應(yīng)有效運(yùn)用三維建模技術(shù)，取得良好成效。三維建模技術(shù)類型較多，特征明顯，適用范圍有所差異，為了提升應(yīng)用水平，必須加強(qiáng)技術(shù)研究，保證建設(shè)活動(dòng)順利開展，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 工程案例

敦煌路（蓮葑路-星塘街）改造工程涉及范圍較大，路線長(zhǎng)和道路寬度分別是718 m和32 m。本工程包括道路、雨水管、墩頭橋、婁斜巷橋、交通標(biāo)志標(biāo)線、交通導(dǎo)改、交通監(jiān)控及信號(hào)燈等。道路工程起點(diǎn)是一個(gè)交叉路口，對(duì)起點(diǎn)樁號(hào)進(jìn)行設(shè)置，終點(diǎn)為星塘街交叉口西側(cè)，設(shè)置樁號(hào)，路線總長(zhǎng)為696.284 m。

全線跨越兩處河道，墩頭橋位于K1+247.592處，新建（8+8+8）m簡(jiǎn)支梁橋，婁斜巷橋位于K1+495.37處，新建（10+10+10）m簡(jiǎn)支梁橋。本工程造價(jià)為2 918.040 4萬元，合同工期為550 d，質(zhì)量要求為合格。該項(xiàng)工程改造涉及內(nèi)容較多，存在一定難度，為了確保后期施工活動(dòng)開展，應(yīng)對(duì)工程進(jìn)行全面分析，合理運(yùn)用三維建模技術(shù)。

2 不同的三維建模技術(shù)方法特點(diǎn)

2.1 三維建模技術(shù)

目前數(shù)字城市建設(shè)速度加快，為了方便工程建設(shè)，需要對(duì)現(xiàn)實(shí)中的事物進(jìn)行模擬和還原。利用三維空間系統(tǒng)中的三維建模技術(shù)，通過精確描繪再現(xiàn)真實(shí)事物，使相關(guān)人員能夠直觀查看項(xiàng)目。在建模過程中進(jìn)行全面分析，根據(jù)建設(shè)的重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)三維空間中形狀、色彩等屬性的研究，保證達(dá)到3D再現(xiàn)的目標(biāo)。三維建模技術(shù)關(guān)鍵是全面掌握三維空間信息，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)的立體模型，借助相關(guān)軟件將圖形展現(xiàn)出來，再進(jìn)行操作處理。在獲取研究對(duì)象三維空間信息時(shí)，運(yùn)用有效算法建立三維空間特征點(diǎn)的空間位置和二維圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)間的定量關(guān)系，最終明確任意點(diǎn)的坐標(biāo)值。充分了解研究對(duì)象的幾何屬性，例如形狀、尺寸等，三維幾何模型可以分為線模型、面模型及體模型，復(fù)雜程度有所差異[1]。

2.2 傳統(tǒng)手工三維建模技術(shù)

傳統(tǒng)手工三維地形模型制作是在DEM的基礎(chǔ)上，利用DOM影響、地形軟件，生成三維地形模型。在制作三維灰體模型時(shí)，為了保證模型質(zhì)量，需要對(duì)工程信息進(jìn)行全面收集，主要包括高度、面積等方面，應(yīng)使用專業(yè)三維模型軟件生成。三維精細(xì)模型比較精細(xì)，為了保證平面位置的精確性，應(yīng)有效利用規(guī)定要求的比例尺，采用航測(cè)的方式獲取地物高度信息。

在收集地物紋理照片時(shí)，采用外業(yè)的方式，使用PS對(duì)照片進(jìn)行處理，運(yùn)用相關(guān)軟件制作模型。整合三維地形模型和三維精細(xì)模型，城市規(guī)劃需要對(duì)土地資源、建設(shè)工程等進(jìn)行合理安排，制定完善的發(fā)展方案，根據(jù)城市情況進(jìn)行三維建模，將效果直觀展現(xiàn)出來，真實(shí)度較高。但在城市規(guī)劃方面應(yīng)用也存在問題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)[2]。

2.3 三維激光掃描建模技術(shù)

我國(guó)部分地區(qū)受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響，地物比較復(fù)雜，為了確保全面、準(zhǔn)確呈現(xiàn)出來，對(duì)三維可視化提出了更高要求。傳統(tǒng)手工三維模式存在明顯落后性，為了適應(yīng)發(fā)展要運(yùn)用三維激光掃描，可以有效改善建模效果，應(yīng)用在建模難度較大的領(lǐng)域效果比較好。三維激光掃描建模包括兩種不同的方式，技術(shù)原理相同，載體方式不同，使得工作方式存在明顯區(qū)別。

（1）定點(diǎn)三維激光掃描技術(shù)。

在測(cè)量距離時(shí)使用激光技術(shù)，激光照射在被測(cè)物體表面上會(huì)產(chǎn)生大量密集點(diǎn)，為了準(zhǔn)確獲取相關(guān)信息，應(yīng)做好三維建模準(zhǔn)備工作，對(duì)被測(cè)物體的其他情況有所了解。在傳統(tǒng)模式下，采用單點(diǎn)測(cè)量方式，三維激光掃描系統(tǒng)應(yīng)用改善了工作效果，對(duì)信息獲取更快速，且準(zhǔn)確性較高，因此三維激光掃描技術(shù)具有較強(qiáng)可行性，與實(shí)際發(fā)展相適應(yīng)。合理運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，有助于提升三維模型建設(shè)水平。

（2）車載激光掃描技術(shù)。

車載激光掃描技術(shù)將激光掃描儀放置在移動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，移動(dòng)平臺(tái)最常見的就是汽車，為實(shí)際測(cè)量工作開展提供便利。車載激光掃描測(cè)量系統(tǒng)由三大部分組成，最常見的是短距離內(nèi)作業(yè)，可以有效完成掃描。以車輛作為載體，在平穩(wěn)行駛中進(jìn)行掃描，可以全面獲取的掃描物體的信息，是獲取城市空間信息的主要方式。對(duì)于較為復(fù)雜的地物，車載激光掃描技術(shù)可以獲取相應(yīng)信息，在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)趨于成熟，對(duì)于城市建設(shè)具有重要意義。采用三維激光掃描的方式建設(shè)三維模型，優(yōu)缺點(diǎn)共同存在，因此應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研究，在創(chuàng)新中不斷改進(jìn)，應(yīng)用中可以取得更好的成效。部分地區(qū)社會(huì)環(huán)境比較復(fù)雜，增加了工程建設(shè)的難度，應(yīng)采用三維激光掃描的方法[3]。

2.4 基于傾斜攝影測(cè)量的半自動(dòng)建模技術(shù)

城市建設(shè)速度加快，需要快速獲取城市空間信息，為了滿足這一要求，應(yīng)運(yùn)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是機(jī)載三維激光掃描的一種?；趦A斜攝影測(cè)量的半自動(dòng)建模技術(shù)主要包括低空傾斜攝影測(cè)量建模和中高空傾斜攝影測(cè)量建模技術(shù)，這兩種技術(shù)原理一樣，技術(shù)應(yīng)用存在差異，為了保證技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，應(yīng)與實(shí)際情況相結(jié)合，確保發(fā)揮出最大作用。

在獲取建筑頂部和側(cè)部的激光點(diǎn)云時(shí)，使用專業(yè)設(shè)備收集、整理數(shù)據(jù)信息，作為制作建筑體框模型的參考依據(jù)。運(yùn)用傾斜和垂直相機(jī)來采集地物影像，制作建筑精細(xì)模型，關(guān)鍵技術(shù)較多，應(yīng)進(jìn)行合理選擇，確保技術(shù)作用的發(fā)揮。

在低空的傾斜攝影測(cè)量建模工作中常使用旋翼機(jī)，工作水平較高，應(yīng)將航高控制在一定高度內(nèi)，避免過高或過低。使用大飛機(jī)開展中高空傾斜攝影測(cè)量建模工作，相較于低空的傾斜攝影測(cè)量，高度有所上升。

在城市發(fā)展過程中，出現(xiàn)了較多違建情況，對(duì)整體規(guī)劃產(chǎn)生不利影響，應(yīng)進(jìn)行拆除。運(yùn)用六旋翼低空傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)于拆除工作的開展可以起到輔助作用，特別是較難發(fā)現(xiàn)的建筑，具有直觀、高效的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用A3相機(jī)開展三維建模，可以準(zhǔn)確記錄城市變化[4]。

3 應(yīng)用范圍

3.1 歷史文化保護(hù)

每座城市都有悠久的歷史文化，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，應(yīng)充分重視對(duì)歷史文化的保護(hù)，由于古建筑構(gòu)造和現(xiàn)代建筑又存在較大區(qū)別，不能使用常規(guī)方法。有效運(yùn)用傳統(tǒng)手工三維建模和三維激光掃描對(duì)城市中的保護(hù)區(qū)進(jìn)行建模，建設(shè)三維模型可以用來瀏覽數(shù)據(jù)，再和二維數(shù)據(jù)結(jié)合起來，制定有效保護(hù)策略，為實(shí)際工作開展提供指導(dǎo)。

西安、南京等都是我國(guó)的文化名城，在歷史發(fā)展過程中留下很多古建筑，以城墻為例，受到自然環(huán)境和人為因素影響，出現(xiàn)了不同程度損壞，應(yīng)進(jìn)行修復(fù)和保護(hù)。在歷史文化保護(hù)中應(yīng)當(dāng)有效運(yùn)用三維建模技術(shù)，深入分析建筑特點(diǎn)，采取有效措施，為實(shí)際保護(hù)工作開展做好準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)預(yù)期制定目標(biāo)[5]。

3.2 教育領(lǐng)域

運(yùn)用傳統(tǒng)手工三維建模方式，利用Unity3D平臺(tái)，開展室內(nèi)三維建模工作，形成全新學(xué)習(xí)環(huán)境，提升教學(xué)工作科技水平。三維建模在教育領(lǐng)域應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)加強(qiáng)研究，不斷提升應(yīng)用水平，創(chuàng)新教學(xué)方式。目前教育內(nèi)容發(fā)生了較大改變，根據(jù)其特點(diǎn)合理進(jìn)行三維建模，為提升學(xué)習(xí)水平提供幫助。

3.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

目前經(jīng)濟(jì)處于快速發(fā)展中，較多地區(qū)都建設(shè)了工廠、科技園等，考慮工程建設(shè)的復(fù)雜性，應(yīng)進(jìn)行合理布局，科學(xué)使用三維建模技術(shù)。將經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加入三維模型數(shù)據(jù)，可以將數(shù)據(jù)和位置信息直觀呈現(xiàn)出來。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，建筑建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，為保證建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)充分發(fā)揮三維建模技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確保滿足發(fā)展需求。

3.4 城市規(guī)劃

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，建筑建設(shè)面積擴(kuò)大，為了保證城市健康發(fā)展，在建設(shè)前需要進(jìn)行規(guī)劃，制定科學(xué)合理方案。三維建模改善了城市規(guī)劃效果，大幅度提升了效率，并且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題來進(jìn)行改進(jìn)。數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)是未來發(fā)展的重要方向之一，整體規(guī)劃時(shí)應(yīng)和三維建模技術(shù)緊接結(jié)合，對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化，確保具有執(zhí)行力，落實(shí)具體效果，實(shí)現(xiàn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)三維建模不同技術(shù)特點(diǎn)及具體應(yīng)用進(jìn)行了探討。三維建模技術(shù)是建筑工程建設(shè)、改造的重要手段，應(yīng)合理運(yùn)用，保證滿足實(shí)際需求。加強(qiáng)對(duì)三維建模技術(shù)的研究，通過創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，優(yōu)化工程建設(shè)模式，保證實(shí)際活動(dòng)有序開展，促進(jìn)城市穩(wěn)定發(fā)展。