“數字城市”中三維模型數據的建設與應用

文/李利民、李淑民 包頭市測繪院 014030

“數字城市”中三維模型數據的建設與應用

文/李利民、李淑民 包頭市測繪院 014030

信息化時代在不斷發展，群眾生活方式越來越多樣化。目前在追求一種全新的城市生活，“數字城市”是構建數字地球的其中一部分。三維數據形式可以構造一個真實城市場景直觀的給群眾帶去信息。三維數據是構建“數字城市”的基本信息，城市在朝“數字化”的方向發展。互聯網信息時代推動著社會的全面發展，不斷創新的生活環境，讓群眾的生活豐富多彩。

三維模型；數據；建設與應用

0 引言

三維數據模型可以清晰的了解到樓房，河流等地球上各種地理環境。在傳統的地理地圖上加上信息化的技術，將平面化的事物變得立體，從而使得“數字城市”的三維化模型就此呈現。全新的地圖模型可以真實的體驗到身處實地的感覺。在城市建設規劃中，三維地理數據得到建設人員的喜愛，可以全面得到數據的信息，推動建設發展的穩定。一直以來在城市建設中三維技術占有很重要的作用，虛擬且真實的地理信息可以提供直觀科學的依據，讓城市規劃更有目標性。這些是傳統的地理技術所不能做到的。

1.構成“數字城市”的數據

基礎和地理模型數據構成了“數字城市”三維模型。其中里面包含了對象屬性、影像與紋理與數字劃線等數據。地理模型中包含了地形建模和其他比較有規則的建模。其構建“數字城市”傳統的地理模型不能充分滿足數據需求，三維信息數據為信息化社會推動城市建設提供基本的作用，三維城市模型為城市建設提供了技術[1］。

2.關于制作數字城市三維模型數據的處理與標準二維矢量圖形處理與三維模型制作構成圖形數據處理，柵格處理又由影像處理和相片糾正組成。且三維模型數據中包含圖形數據處理與影像處理。

2.1 制作模型的坐標系

某市在制作三維數字地圖時將國家1 ： 2000 和1 ： 500地形圖作為基本數據，與其他系統相融合。三維地理坐標在構建三維場景和應用系統上起到最基礎的作用。統一的坐標系可以幫助構建三維模型坐標數據的準確提供參考。

2.2 模型的基本單位

具有較大比例尺的城市地形圖在制作時一般采用平面坐標系，以米為單位，所以在制作三維地理模型時也要用米作為基礎單位，依據模型所處的LOD級別來精確尺寸，構建真實地理事物的實際模型尺寸[2］。

2.3 制作模型

其中包含有預先處理地形圖、地形圖導入、白模創建與修正、三維精細化建模、檢查模型的過程、建筑紋理貼圖、模型的命名與分組和配置記錄與導出。這幾大步驟是在制作“數字城市”三維模型時建立模型所需要的，每一個步驟都是制作三維模型時的關鍵。

2.4 定位模型的參考點

定位模型的參考點指得是所建立的模型的局部坐標原點，在模型空間位置的確定上起到了基本的作用。每個模型在制作的時候都必須有一個定位模型所需要的參考點，對在三維場景中相似的地物引用有很好的作用。某市在制作三維數字地圖時明確規定模型的定位參考點，縱向是模型的最低點。

2.5 模型的高度

在制作“數字城市”三維模型中，高度的確定是很重要的，在模型中不一樣的細節成度的具體表現，在獲取建筑物高度數據的時候，可以利用下面3種方法確定建筑物的高度：①依據當前具有的二維數據來獲取建筑物和其要素的高度，來進行建立體塊和基礎的模型；②可以利用精確度較高的技術或者工具得到建筑物或者某個部位的高度，確保建筑物的高質量；③在建筑設計圖可得到精細模型高度，也可從建筑施工圖中獲取。

2.6 模型中樣條曲線/面的使用

在制作三維模型時對樣條曲線/面的運用要少之又少，樣條曲線/面在轉化為通用格式后，能將表面的連續性用一些參數細致的表現帶來數據災難，太大的數據量不利于制作三維模型。所以在使用樣條曲線/面后將其變成折線，再將折線優化成曲線/面。

2.7 實地拍攝相片的處理

要想模型有好的視覺效果，必須對實地拍攝的相片進行仔細的處理，先對相片進行透視矯正，再將圖片的色調進行相對的調整，制作相對標準的模型，還需要清除相片中存在遮擋物，最后再根據相片；里地物所在的分區編號、建筑編號規范紋理名稱[3］。

2.8 三維模型的紋理映射

三維建模軟件一般都存在有很多紋理映射方式，可是支持交換文件格式通用的且只有有限的幾種。紋理映射采用diffuse和opacity，所以，經常用的貼圖方式更多的應用到紋理映射應中去。

2.9 模型成果的提交格式

對制作出的“數字城市”三維模型可以用以下兩種方式提交：一種為建模工具默認的格式；另一種為轉換的3DS文件，并且用文件夾的形式提供紋理，模型的文件名和文件夾的名字應相同。

3.在城市建設中如何運用三維數據

三維數據的表現形式是一個很大的創新，將數字技術很好的代替了傳統效果設計模式的表現形式。三維數據實現了對過去到未來城市環境的趨勢和狀態進行正確真實科學的模擬。三維數據更改了城市規劃和建筑設計，用三維數據較廣泛的應用與較強的功能。

3.1 城市建設中需要三維數據的輔助規劃分析

根據城市間空間數據技術，虛擬城市環境需要包含以下幾個構建要點：真實性，直觀性，交流性。其主要目標是，保證城市規劃的整體性、智能性。另外，這項技術的優點還應當體現在對城市規劃方案的決策，其本質目標就是保證人員辦公的標準化及效率化。

3.2 在人類活動中三維數據帶來的便利應用

透過三維數據的結果可以了解到，群眾居住環境的光線明亮度和陽光可照射的時間和位置，使得人們在外出活動的時候可以方便很多。“數字城市”三維模型數據建立之后對場景的分析，可以扯拉時間軸來對建筑物周邊景物的光照效果做出簡單的分析。三維數據為人們的生活提供了極大的便利，使得群眾的生活條件在不斷的提高。

4.數字城市三維建模的關鍵內容

目前以建筑物為例，三維建模一般以空間幾何為體系。三維空間數據的獲取以電磁波形式騰導，實質空間定位及坐標組建數據，對未來的三維坐標有足夠的空間想象能力。三維幾何里，在生活中應用很廣泛，使技術人員提高了工作效率，既有準確性及高效性。空間坐標因為高層建筑非常準確，使建筑物的外觀非常有空間立體感，現在人們的生活都離不開三維空間模型。信息化時代發展推動可視化技術的應用，通過與現有的技術相結合，從而達到交互效果的極致。

4.1 三維建模數據的獲取

當前，建立三維模型的主要就是手機建立模型所需要的數據。在群眾生活的城市圈中有很多建模所需要的數據，其中包含有：（1）策劃建筑（物所需要的圖紙及相關設計文檔及資料。（2）城市數字地圖和2DGIS數據庫（3）攝影測量數據。

4.2 建立模型的方式

當前，建立“數字城市”三維模型的方式有很多種，下面為幾種做出簡單的介紹。

（1）使用動畫軟件建立模型。該軟件可以精細的表達模型，有多種建模的工具，但是僅僅用于動畫瀏覽，不能交互編輯查詢，并且數據結構復雜，數據量大，不支持與地形疊加。

（2）使用專業軟件建立模型，簡潔的數據對模型的制作起到關鍵作用，軟件里多種工具的結合利用可以制作出好的建模。（3）OpenGL開發。利用此軟件，通過編程的方式建立模型。通常這種方式用于三維基礎軟件的開發，使用較多的數學曲線、曲面表達三維模型等算法，獲得更多的建模數據。

在當前實際應用技術中，利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作成為模型制作的主要應用軟件。

4.3 模型的發布與應用

目前基于二次開發功能的數字城市平臺在國內并不少見，而且平臺本身集合了諸多創新科技，但是考慮到目前國家對三維場景的需求呈現出多元化，不僅僅要求數字城市平臺能夠對三維場景進行顯示，同時還需要具備漫游、定位、搜索等其他拓展功能。從而促進決策機構完成決策計劃[4］。

結束語：

建設三維“數字城市”是符合當前經濟發展和社會建設的需要的，這是一個非常巨大的系統工程。在設計“數字城市”三維模型時要根據需求和需要，準確設立好三維模型的精確度和技術標準，確保成果可以達到設計和應用的所需需求。當今社會重點研究的對象之一就包含“數字城市”建設，應經濟發展需求。數字城市系統中的城市三維信息系統的建設合理利用所有條件實現虛擬城市的真實性。“數字城市”三維建筑模型有利于城市建設的發展，為城市建設提供準確的數據，提升建設模型的質量性。“數字城市”三維模型會在群眾生活中得到更為廣泛的利用，提高群眾現有的生活質量。

[1］王春波.數字城市中三維模型的建立技術及應用研究[J］.科技論壇2014.07（14）：136.

[2］劉影.“數字城市”中三維模型數據的建設與應用[J］.測繪通報2015.05（05）：139-140.

[3］朱慶.三維GIS及其在智慧城市中的應用[J］.地球信息科學2014.03（02）：153-157.

[4］王文暉.數字三維模型助力城市規劃管理[J］.江西測繪 2014.04（04）：17-24.

5結束語

綜上所述，建筑設計是工程施工的重要依據，也是保證整個工程結構穩定性與可靠性、耐久性的重要前提，因此本文對建筑結構中的人防設計與抗震設計進行研究就顯得非常重要，一方面，不斷通過經驗總結，提高工程設計人員的安全意識，另一方面，通過人防設計與抗震設計的過程分析，促進我國建筑結構工程施工的質量不斷提高。

參考文獻：

[1］趙楠.超高層結構抗震設計中若干問題的探討[J］.工程抗震與加固改造，2014（2）：128-131.

[2］肖芳潤.淺析建筑結構中的人防設計與抗震設計[J］.江西建材，2014，（13）：21.