数字城市三维建模可视化技术研究与分析

任英桥+王磊

摘 要：三维模型在三维空间信息的表达上更为快速而逼真，在数字城市的建设中逐步成为研究重点。建筑物三维建模要完成数据采集、三维建模、模型发布等程序，以实现三维模型的可视化，为三维模型的应用提供使便利的条件。

关键词：数字城市；三维建模；可视化；三维模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.116

数字城市是根据数字地球概念而提出的，信息化技术对城市发展的推动使数字城市不断完善。数字城市的发展使三维模型逐步进入城市规划与管理领域中，三维模型具备了极强的真实性和生动性，有效地传达了数字城市的空间信息，因此成为数字城市研究的重点领域。作为城市空间信息的关键组成部分，建筑物是三维建模的重点内容，快速又逼真地为建筑物建立三维模型是建模的重点。

1 三维模型数据采集方法

1.1 地形地貌三维模型数据采集

三维建模的基础工作就是从各种数据源中提取各种建模数据，这些数据源包括建筑物设计图纸和文件、城市的数字地图以及2DIGS数据库、摄影测量的数据、遥感数据以及野外采集数据等。数字摄影测量能够为建模提供各种几何以及纹理数据，并且还可以提供各种拓扑以及语义信息。遥感数据能够提供高分辨率的遥感影像，能够使城市三维模型获得详细而丰富的几何以及语义信息，能够生成正射影像以及DTM数据，合成孔径雷达则能够提供详细的地形地貌数据、地球表面以及地表下面的数据。在数字城市的三维建模中，需要的数据源包含二维图形、地形地貌、地表信息、三维观测数据以及模型表面的纹理等。

1.2 地面建筑物和构筑物三维模型数据采集

建构筑物三维模型所包含的内容有建筑、交通设施、植被以其他城市元素等模型。这些数据包括三维坐标、地物纹理以及地物属性等数据。通过扫描平面地形图以及设计图、野外采集、GIS获取以及遥感或航拍影像等能够获得三维坐标数据。通过建造图纸、GIS、影像、激光雷达以及航拍摄像等能够获得三维高程数据。通过航空摄影、近景摄影以及计算机模拟绘制等技术能够获得地物表面数据。地物属性数据则能够从全国土地普查数据中获得。

2 三维建模方式

2.1 三维软件建模

AutoCAD、3DMAX、Maya等图形和动画软件是当前主要使用的建模软件，这些软件能够通过各种基本几何图形组成实体，再经过基本的几何变换构建不同的几何场景。利用这些软件建立三维模型时，核心在于使用几何建模来设计并表达一些虚拟的场景和造型。但这些软件有很大的不利因素，如数据结构较为复杂且数据量较大，并且无法和地形进行叠加等。

2.2 专业建模软件

MutiGen Creator等软件具备了强大的功能，能够进行大面积地形的建模作业，并且在运行中还可实现交互操作，也能够对动画场景进行实时计算，通过拓展性开发，还能够和影像、矢量以及DEM数据作叠加。但在表达上精细度不足，也不能进行快速有效的交互编辑以及查询工作。

2.3 OpenGL开发

OpenGL+VC模式，是以编程的方式构建模型。这种方式能够使用大量的数学曲线和曲面来表现三维模型，并实现了数据结构的自定义和算法的数据显示等功能。在实际使用中，一般使用3DMAX 或者MutiGen Creator来制作三维模型。

2.4 建模流程

首先处理二维矢量数据，再将数据导入进3DMAX软件中。对数据进行分析并提取其中所包含的建筑物轮廓线，再结合实地影像和测量数据，将楼层数以及高程数据导入到软件中，开始建立三维模型。完成模型后，导入已经处理完毕的表面纹理图片，然后贴图并检查模型质量。检查合格后再进行模型优化，利用渲染以及烘焙等优化模型。最后导出三維模型并保存。在存储数据时，由于三维模型数据量庞大、结构复杂，因此需要使用专业的软件来建立数据库，如Oracle、SQL Server、Sybase、DB2以及Infomix等软件，将数据入库后，就能够通过三维软件实现模型可视化。

3 三维模型可视化

三维可视化是把图像通过三维方式展现出来，通过影像处理、计算机模拟仿真、高清晰度显示以及CG等技术的支持，就能够利用图形图像的方式来显示三维模型，用户可以进行交互和操作。

当前主流三维展示平台有Google Earth、SkylineGlobe、World Wind、图灵VRMap以及GeoGlobe等软件，其中，SkylineGlobe是使用较为方便和频繁的一种演示系统。。部分城市建立了自己的数字城市展示平台，围绕服务理念，建立了一个多层次的体系架构，通过企业服务总线支持，建立了一个集.NET和J2EE为一体的运行环境，能够对数据库、业务流程、动态表单等进行管理，还能提供空间数据引擎服务。在平台物理构成上主要包括了运行环境、地理信息平台以及综合应用系统。信息平台能够提供矢量数据、三维地理空间数据和属性数据，并且能够满足政府、企业和大众的浏览、分析以及决策需求，通过拓展运用，更能支持数据的编辑与交换、展示、分析、统计、汇总、输出以及维护等功能。

4 结语

在当前的数字城市三维建模可视化技术中主要使用3DMAX技术进行建模，再利用数据库存储软件进行数据的存储，利用数字城市展示平台实现了三维模型的可视化，并且可以提供显示、定位、查询等功能。在三维模型的建立中，要从数据的采集、三维建模、模型发布以及模型应用等相关环节，就能够顺利的完成数字城市的三维建模可视化操作。

参考文献：

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