城市建筑物三維建模技術研究

廈門閩礦測繪院 鄭艷文

城市建筑物三維建模技術研究

廈門閩礦測繪院 鄭艷文

隨著地理信息系統、虛擬城市等領域研究的迅速發展，城市三維模型越來越廣泛地應用于城市的數據處理與管理中。城市三維建模技術是利用三維建模軟件，根據采集到的數據所建立的各種實體（如建筑物、道路、樹木）及其一些輔助性設施（如變電站、消防栓）的模型，是在虛擬三維空間建立的與現實地物、地貌相同的三維模型。本文，筆者主要隊城市建筑物的三維建模技術進行了探討。

一、城市建筑物三維建模研究現狀

建筑物建模是城市模型中最關鍵的因素，它的建模對于城市三維模型可視化具有重要的意義。建筑物建模有幾何形狀建模和紋理映射建模2種方式，建筑物的三維幾何形體的表達是三維數字城市建模研究的重要內容。目前，三維建模從技術上講，主要有如下3三種實現技術。

1.在外業實測數據的基礎上，使用三維模型制作軟件。如利用3D-MAX等軟件進行建模。這種方法能夠逼真地表示城市的精細結構和材質特征，也被稱為精細建模。

2.直接利用傳統GIS的二維線劃數據及其相應的高度屬性進行三維建模，在各建筑物表面還可以加上相應的紋理。這種方法僅局限于形狀較規則建筑物的三維建模，其所建模型對城市的精細節點表達力度不夠，視覺效果不是很好。

3.利用數字攝影測量技術進行三維建模。目前來說，這種方法成本相對較高。

從整體上講，上述三維模型的構建方法因可視效果差或自動化程度低，已成為制約地理信息發展和數字城市建設的瓶頸。

二、建立城市建筑物三維模型的數據準備和技術路線

1. 數據源。

（1）實測1∶500 大樣圖（DWG格式）。

（2）建筑物近景數碼照片。

2. 軟件配置。應用的軟件有4套，

（1）AutoCAD。用于建筑物輪廓提取及數據源處理。

（2）PhotoShop。用于紋理圖像加工與處理。

（3）3DSMAX。用于建筑的三維建模。

（4）Skyline。用于成果的展示及應用。Skyline 系列軟件是非常優秀的三維地理信息系統軟件，它是由三個相互獨立的子系統構成，即TerraBuilder、TerraExplorer Pro和TerraGate，通過這三個子系統可以把不同的地理數據聯系起來，并且可以把它們快速地分發給各個用戶。

3. 精細建模技術路線。精細建模技術路線主要涉及7個關鍵的步驟：外業取景拍攝獲取紋理→PhotoShop處理紋理→以AutoCAD矢量底圖為主，結合外業拍攝相片獲得精確完整的建筑模型結構→3DSMAX建模→模型的優化壓縮→生成單幢.max模型→數據集成等。

三、城市建筑物三維模型建立步驟

1. 建筑物的建模。在AutoCAD中對地形圖進行處理，對不需要的線進行刪減，減少數據量，剩下主要并清晰的建筑物輪廓，對沒有閉合的建筑物輪廓線進行閉合處理，從而得到包括建筑物的平面輪廓數據。

2. 紋理的編輯。用圖像來替代實體模型中的可模擬或不可模擬的細節，提高模擬逼真度和顯示速度。建筑物紋理是建筑物三維模型的重要組成部分，它的質量決定了場景的整體效果與紋理細節，并最終決定場景的逼真程度。建筑物的紋理包括側面和頂面兩部分，拍攝大量的建筑近景數碼照片，綜合利用Photoshop中的裁剪、拼接、自由變換和拉伸等基本操作對近景照片進行處理，提取建筑物紋理。處理后的照片保存為JPG格式以減少數據量，同時圖像的分辨率應調整為2的冪次方，使圖像的大小盡量小于100 kB。

3. 模型的建立。在3D-MAX中對這些建筑進行單獨建模，賦以精細的結構和材質。將建好的模型轉為*.x或是*.f t格式，這是Skyline支持的兩種3D文件格式，這兩種格式的模型文件都比較小，利于圖像的加載和顯示。

4. 三維模型的展示。在加載地形數據集，添加矢量數據和相應的模型之后，即可在TerraExplorer Pro中進行城市三維模型的瀏覽漫游，也可以進行二次開發，定制界面和相應的功能。

城市建筑物三維模型建立步驟如圖1所示。

四、結論

目前，基礎測繪部門的地形數據格式大部分仍然是DWG 格式，采用這種格式來進行城市建筑物三維模型的構建能節省大量的人力和物力，既適合我國國情，又能滿足多種需要，值得推廣。