地理信息三維可視化技術研究

王俊杰

（山東東方道邇數(shù)字數(shù)據(jù)技術有限公司，山東 濟南 250101）

地球信息三維模型可視化技術是一個多技術整合的過程，也是當前地理信息深度調查和GIS 系統(tǒng)升級的重要步驟。地理信息三維可視化平臺的全面建設工作已經(jīng)開啟多年，是當前為全面建設智慧城市和智慧鄉(xiāng)村的重要數(shù)據(jù)支持，也是當前的首要地質勘探任務。此外地理信息三維可視化技術在工程中應用存在較強的數(shù)據(jù)價值，以往的平面GIS 資源雖然是可以為工程勘探提供出數(shù)據(jù)的支持，但是數(shù)據(jù)的高程精度相對比較低，通常需要在勘探過程中重復高程勘察，然而地理信息三維可視化勘探工作完成后，這種情況能夠得到科學有效的改善。

一、分析三維可視化技術

可視化的技術主要是對人類大腦中某一種圖像的心智處理過程，通過可視化技術能夠將計算機中的數(shù)字信號進行相應轉換，并且形成圖形和圖像，讓使用者能夠更加直觀的進行觀察，充分了解到以往無法真正看到的事物，而且通過可視化技術還能完成視覺交互，因此可視化技術的核心內容便是原始數(shù)據(jù)信息的高速轉化以及可視化建模。在可視化技術中，以計算機可視化為核心的三維可視化可以利用三維的方式對客觀事物進行準確判斷，因此在科學領域中能夠發(fā)揮出非常重要的作用。三維可視化建模在使用過程中，可以為對應學科提供非常多的幫助。例如在交通運輸和建筑工程領域中，通過三維可視化能夠為決策者提供出數(shù)據(jù)信息上的支持，并且也能夠讓決策風險得到降低，在動畫設計過程中應用三維可視化，能夠在一定程度上全面地提高視覺沖擊力，同時進一步加強動畫口碑。

二、分析相關測繪技術的選擇

（一）分析地面高程的DEM 技術

根據(jù)Smart3D 技術對無人機激光點云和傾斜攝影數(shù)據(jù)進行綜合的分析，可以得到地面地形DEM 的數(shù)據(jù)結果，在無人機正常巡視的模式下，獲得的激光點云數(shù)據(jù)和傾斜攝影技術經(jīng)過了數(shù)據(jù)的整合，從而形成了DEM 下的多邊形耦合點陣，最終在Smart3D 中構建三維點陣模型。通過提升機載激光點云設備和傾斜攝影設備性能，或通過多次通場飛行適當加大通場密度，可以有效提升該DEM 模型的精度。通過為勘察區(qū)域提供厘米級的精度三維DEM模型，在一定程度上有效整合數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)平差算法，能夠全面地提高精度。

（二）分析建筑物的LOD 技術

由于建筑物的細節(jié)較傳統(tǒng)地形勘探更加復雜，因此要在DEM 模型的基層上執(zhí)行根據(jù)LOD 架構的數(shù)據(jù)疊加，LOD 數(shù)據(jù)中一部分來自地面調查統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，一部分來自于激光點云平掃數(shù)據(jù)，還有一部分是來自高密度無人機通場遙測的相關數(shù)據(jù)。通過對建筑物類型和形式進行人工識別和機器學習識別，進而在LOD 下對其外墻面進行組件識別，包括其門窗、陽臺、天窗、煙囪及其他結構，最終形成高精細度的建筑物三維模型。當前技術條件下，通過基于Python 及Java 的二次開發(fā)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，配合Smart3D 的二次開發(fā)接口及其開發(fā)工具包，能夠構件建筑物LOD 要素識別以及LOD 數(shù)據(jù)疊加的工程專用系統(tǒng)。

三、分析地理信息三維可視化的數(shù)據(jù)融合

通過從四叉樹對象構件的數(shù)據(jù)集開始，經(jīng)過回調韓式（GFX）以及碰撞檢測函數(shù)的數(shù)據(jù)預處理之后，構建出地理三維可視化的活動場景，在這個場景之中，排除光源以及霧氣等對三維模型所帶來的不良影響，與此同時也是從遙測設備的原始圖像中獲得相關的模型材質信息，最終在活動場景中構建高仿真模型數(shù)據(jù)。在LOD 層次劃分中，可以將包括蒙皮材質在內的任何LOD 信息移出或加入，形成動態(tài)可控的地理信息三維模型。然而通過采用GFX 回調函數(shù)以及碰撞檢測函數(shù)和霧氣、光源干擾排除方法等內容，都是可以在所選擇的Smart3D 平臺中具有封裝的功能，然而GFX 回調函數(shù)的意義便是在于確定三維模型元件之間的交互疊加模式，碰撞檢測函數(shù)的意義在于確立模型元件之間的邊界及構建其相互作用機理。經(jīng)該數(shù)據(jù)流處理的地理信息三維模型，具有DEM 的全部功能和特征，但也有其獨特性。所以在實際進行工作的過程中要引起足夠的重視，具體主要是如下所示。

（一）能夠實現(xiàn)多種信息疊加查詢模式

根據(jù)DEM+LOD 生產(chǎn)的信息疊加模型，能夠將其調查目標分析中的多種數(shù)據(jù)全部疊加到相同的一個地理信息三維模型中，并且也能夠選擇LOD 數(shù)據(jù)源，進而獲得不同的信息查詢模式，以適應不同的模型調用目的。如在森林資源調查的查詢目標下，重點展示與植被林木和樹種信息有關的信息疊加模式，在地面附屬物調查的查詢目標下，其重點展示村莊和建筑物相關的信息疊加模式，同時在交通路網(wǎng)規(guī)劃調查的查詢目標之下，重點展示和路網(wǎng)以及水渠河流相關的信息疊加模式。

（二）能夠實現(xiàn)不同目的的數(shù)據(jù)展示

通過延伸的LAMP 開發(fā)，在WEB+Unity3D 的開發(fā)工具包支持之下，將其DEM+LOD模型轉化成為Unity3D 的模型，實現(xiàn)在展示平臺中對不同查詢目標的桌面端以及移動端進行展示，并且是可以在WEB 驅動的DEM+LOD 模型之中，選擇模型的相關區(qū)域，可以隨時調看高精度的GIS 信息，以及經(jīng)過疊加DEM+LOD 模型數(shù)據(jù)的GIS 信息，可以對工程測量和工程勘探提供足夠翔實的數(shù)據(jù)支持。LAMP 開發(fā)系統(tǒng)及其配套的硬件支持系統(tǒng)是該地理信息三維模型的核心展示組件，該組件在Unity3D 及Java 組件的支持下進行二次開發(fā)，數(shù)據(jù)來源為三個數(shù)據(jù)庫，即DEM 模型數(shù)據(jù)庫。然而LOD 疊加數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，GIS 基礎地理信息數(shù)據(jù)庫，上述的數(shù)據(jù)庫主要是來自于數(shù)據(jù)采集整合的結果，LAMP 展示系統(tǒng)的展示結果經(jīng)過了WEB 連接到用戶的瀏覽器之中，用戶是可以結合系統(tǒng)管理員所給予的應用權限，對其地理信息三維模型進行瀏覽。然而針對于傳統(tǒng)民用的GIS 信息調看模式而言，是民營企業(yè)的勘探需要，向當?shù)貒凉芾聿块T提交相關的申請并且繳納一定的費用，進而能夠獲得紙質版1:5000-1:500 的GIS 地圖，部分企業(yè)在實際勘探過程中還需要對紙質地圖進行重新數(shù)字化后才能將其應用到相應工程中。該系統(tǒng)部署后，有勘探需求的民營企業(yè)可以直接在線申請相應的GIS+DEM+LOD數(shù)據(jù)，從而避免了紙質圖紙重新數(shù)字化帶來的誤差。對于這種模式而言，能夠提供相對來說較為快速的相應速度，也可以從高程坐標體系和水平坐標體系中展示出直觀的信息，但是對其地形地貌的反應能力由于存在不足，因此在實際應用中需要引起足夠的重視。

總結：總而言之，在現(xiàn)如今的技術條件下，地理信息三維模型的WEB+Unity3D 展示也存在一定的技術問題，其中包括數(shù)據(jù)調教功能和數(shù)據(jù)編輯工作存在不足，同時也是包括了Unity3D 自身對三維模型展示存在一定透視算法和蒙皮疊加矢量失真等，在后續(xù)研究的過程中，主要通過對Unity3D 組件進行二次開發(fā)，并且不斷地優(yōu)化數(shù)據(jù)融合算法，同時通過尋求更新的WEB 展示工具等方式，使該展示技術得到進一步提升。