數字城市建設中三維模型的構建方法研究

王春波

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧沈陽 110122）

數字城市建設中三維模型的構建方法研究

王春波

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧沈陽 110122）

數字城市建設的主要瓶頸是如何快速有效地獲取三維數字城市模型數據，并且提高其自動化水平。基于此，綜合目前三維數據獲取的現有方法，并根據數字城市三維建模的要求，以3Ds Max等軟件為平臺進行建筑物三維模型的構建，探索出一個相對經濟快捷的技術方案。

數字城市；數字攝影測量；三維建模

數字城市是基于計算機技術、多媒體技術和大規模存儲等基礎技術，運用3S技術，即RS（遙感）、GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）等技術，對城市進行多分辨率、多尺度、多時空、多種類和多維描述，使之最大限度地為人類生存、生產、生活及社會發展提供服務。隨著地理空間信息技術的發展與應用不斷進步，數字城市建設已經從二維向三維發展，且數字城市可視化模型的構建是數字城市建設的重要工作。數字城市建設的主要瓶頸就是如何快速有效地獲取三維數字城市模型數據，并且提高其自動化水平。本文綜合目前三維數據獲取的現有方法，并根據數字城市三維建模的要求，以3DsMax等軟件為平臺進行建筑物三維模型的構建，探索出一個相對經濟快捷的技術方案［1］。

1 三維城市建模數據獲取方法

針對三維城市建模來說，首先要解決的問題是數據獲取問題。不同類型的數據有其各自的特征，故其在三維城市建模中的作用也不相同。數字城市建設中三維模型的數據源主要包括遠距離獲取的數據、近距離獲取的數據和導出數據3種。其中，遠距離獲取的數據主要包括空載激光掃描、衛星影像和航片；近距離獲取的數據主要包括近距離激光掃描、近景攝影測量等。目前，用于三維城市建模最主要、最可靠技術手段是“數字攝影測量”與“激光雷達”。

2 城市三維模型構建的方法

2.1 基于二維GIS的建模方法

二維地理信息系統數據庫為三維城市的建設提供了豐富數據源。基于二維GIS建立城市三維模型的主要方式是：采用二維GIS和DEM相結合方式，用DEM對地形表面的地表起伏狀態進行描述和表達，然后系統再根據建筑物的相對高度數據建立真實地理分布的三維城市景觀。從二維GIS數據到數字城市中的三維模型，除了真實的表面紋理數據需人工交互完成外，根據地物的二維底面的邊界數據即可自動生成建筑物盒裝的三維模型。

2.2 基于激光掃描的建模方法

三維激光掃描技術是目前迅猛發展的測繪新技術之一，其采集數據速度快且精度高。近年來，隨著三維激光

掃描技術日益成熟和儀器成本的不斷下降，運用三維激光掃描儀獲取點云數據，并且對點云數據進行處理和分析，已成為三維景觀重建中的重要手段之一。基于三維激光掃描數據的三維模型重建技術主要是對三維激光掃描儀所獲取的點云數據進行一系列后續處理完成的。后續處理過程主要包括點云數據的預處理、數據配準、點云濾波、模型構建和紋理渲染等。

2.3 基于CAD的建模方法

基于CAD的建模方法主要是采用現有成熟的商業軟件如AutoCAD、3Ds MAX等建立三維CAD城市模型。目前，由于CAD在圖形圖像處理和三維數據建模方面有一定的技術優勢，因而在三維空間的數據處理和應用等方面，CAD系統的應用已比較成熟。該種建模方法的主要優點是：對于規劃設計成果的精細結構和材質特征，可進行逼真表示，細節程度水平較高，但其存在建模時間耗時長、建模成本高、人機交互過程復雜、手工操作工作較多的缺點。

2.4 基于數字攝影測量的建模方法

數字攝影測量技術的飛速發展與高分辨率衛星影像的出現，使三維數據大批量地快速獲取已成為可能。這種建模方法主要的原理是基于遙感影像數據，根據遙感影像之間的相互關系，利用數字攝影測量的基本原理，建立相應的交會模型，進而得到實際地物點的三維坐標，并且建立數字地表模型（DTM），再通過相應的紋理映射關系，實現三維景觀模型的建立。因此，數字攝影測量技術在三維建模中具有十分重要的作用。針對上述分析，結合現有的實際情況，本文主要采用基于數字攝影測量技術的三維模型構建方法。

3 三維數據生產流程設計

本文采用的三維數據獲取方法主要為：利用航空攝影測量獲取高分辨率航空影像，并制作數字高程模型DEM和數字正射影像DOM；采用影像立體相對方法，獲取城市高精度數字表面模型數據；建筑物表面紋理圖像通過地面采集車和人工拍攝相結合的方法獲取。

具體生產工藝流程如圖1所示：①采用數碼航攝儀獲取影像，并利用航攝儀后處理服務器進行輻射校正與幾何校正；②采用全數字攝影測量工作站SSK、自動空三和遙感影像處理軟件進行數據的相關處理，DMC獲取的影像直接進入自動空三，經過自動內定向、相對定向、自動提取連接點，然后根據像控片再加入相應的控制點進行自動解算，首先對所有的粗差像點在立體模式下進行調節與改正，然后再對所有像控點進行檢查與改正，直到所有的各項精度滿足要求后自動生成加密點文件；③使用VirtuoZo生成相對，采取自動匹配高程點、人工采集地形特征線相結合的方式采集建筑底部的輪廓線、地面特征點和特征線，并檢查相對定向和絕對定向精度，生成模型的核線、自動匹配生成數字高程模型數據；④根據采集的數字高程模型數據DEM的特征點線與空三成果，對影像進行重采樣并將中心投影轉換為正射投影，生成DOM數據；⑤將采集的底部與頂部的建筑線導入3Ds MAX中，根據外業提供的建筑物側面照片進行模型結構拓撲與紋理側面貼圖，分別如圖2和圖3所示。

圖1 城市三維模型流程圖

圖2 自動生成三維模型

圖3 模型紋理貼圖

目前城市三維建模方法正在全速的發展中，三維城市模型的數據生產具有更為復雜的生產工藝和流程。本文主要闡述了三維城市數據獲取方式和城市三維建模方法，并將攝影測量技術與3Ds Max軟件相結合，進行建筑物三維模型的構建，實現了數字城市的三維建模和顯示，可廣泛地應用于城市規劃、城市旅游及城市交通等領域，為城市的發展規劃和社會經濟的發展提供空間數據的決策支持與服務。

［1］王春波.數字城市中三維模型的建立技術與應用研究［J］.黑龍江科技信息，2016（1）：136.

Research on the Construction Method of Three Dimensional Model in the Construction of Digital City

Wang Chunbo
（Liaoning Provincial College of Communications，Shenyang Liaoning 110122）

The main bottleneck of the construction of digital city is how to quickly and effectively get the data of the 3D digital city model,and improve the level of automation.Based on this,based on the existing methods of 3D data acquisition,and according to the requirements of the 3D modeling of the digital city,3D model of building was build?ed with 3Ds Max and other software as platform,to find a relatively fast economic technical scheme.

digital city；digital photogrammetry；3D modeling

P208

A

1003-5168（2016）10-0052-02

2016-09-15

王春波（1978-），女，副教授，研究方向：遙感與地理信息系統應用。