滕王閣景區三維模型的構建研究

摘 要：三維景觀模型制作是現代旅游業為游客提供優質旅游服務的核心技術，而滕王閣景區建筑的多樣性與復雜性使得景區的三維建模更具有實際意義。本文針對傳統三維建模方法在精確度和還原度等方面存在的局限性，探討利用傾斜攝影的手段，采用Smart3D Capture等軟件建模技術來充分實現滕王閣景區的三維建模，提供一種可視化效果逼真和漫游及互動式的資源共享手段，進而有助于促進滕王閣景區的旅游發展。

關鍵詞：滕王閣景區 三維模型 Smart3D Capture

滕王閣景區是以江南三大著名樓閣之一的滕王閣為中心的景觀建筑旅游景區。隨著景區的向北和向南的延伸擴大和融入贛江旅游風光帶，如何讓游客通過大屏幕，模擬親臨滕王閣濱江景區游覽，感受人文旅游資源所帶來的旅游文化快樂，為滕王閣景區旅游提供優質服務，成為旅游業關注的重點。本文著重闡述以傾斜攝影測量技術為基礎，采用Smart3D Capture等三維建模軟件，探討建立滕王閣景區三維模型的技術流程，利用三維模型對滕王閣景區進行引導與宣傳，進而推動南昌旅游業的發展。

一、基于傾斜攝影測量三維建模的意義

滕王閣景區位于南昌市贛江與撫河故道的匯合處。本次三維建模范圍，依據《南昌市滕王閣歷史風貌區控制性規劃（2015-2020）》，南起中山西路，北至陽明路，東為子固路，西鄰贛江，總面積為82公頃。其中，以滕王閣為核心景區范圍，面積為4.5公頃。景區域內由滕王閣主體建筑、文化庭院、奇石雕塑以及歷史文化景觀組成，對游客吸引力大。主體建筑為宋式仿木結構，碧瓦丹柱，雕梁飛檐，書畫滿堂，立面凹凸有致，歷史文化豐富，需要真實模擬滕王閣景區的三維模型向游客提供查詢與認知服務。

滕王閣景區內的景觀眾多，大小不一，立面復雜，紋理多樣。本試驗基于三維建模技術，根據傾斜攝影測量數據，依據滕王閣景區內的建筑、植被、道路、設施的大小形狀、距離位置，材質色彩、光照效果等構建三維模型，實現仿真模擬與可視化過程的簡單化，達到快速而準確地為旅游用戶提供一個身臨其境的真實旅游場景的服務模式。

二、滕王閣景區建模技術路線

滕王閣景區的景觀模型建立，其基本要求是準確反映出景觀建筑的平面位置，大小、形狀、色彩及材質，讓游客能從多個角度進行全面欣賞。所采用傾斜攝影測量來獲取建模影像數據，其基本原理是在同一飛行平臺上搭載了多臺可旋轉變化鏡頭的傳感器，同時從一個垂直和多個傾斜的不同角度采集影像。

滕王閣核心區三維模型

在多個鏡頭、不同角度下完成傾斜攝影影像數據采集工作，可以獲取滕王閣的多方位幾何信息，并且又實地采集滕王閣景區建筑的紋理數據，在數字正射影像和數字高程數據支撐的基礎上，利用Smart3D Capture軟件完成三維模型的建立。

（一）滕王閣景區模型構建技術路線

為保證建模精度，航空攝影技術指標為：使用Ultra Cam OSPREY數碼航攝儀，地面分辨率為0.08米，焦距80毫米，像元是6u。通過傾斜攝影獲取數據并進行空三加密處理后，在DEM與DOM的支撐下，外業景觀紋理采集，采用Smart3D Capture分區建模，從而實現整體三維模型的建立。

（二）滕王閣景區數據采集的方式

滕王閣景區三維模型的構建，其三維空間數據和影像數據，由景點的一系列平面位置、地面高程、地物高度及紋理數據、DOM、DEM數據等組成，而通過傾斜攝影測量技術，采用多臺傳感器，以不同角度對景點進行全方位影像數據采集，可以方便、快速、高效的獲取建模數據。

構建滕王閣景區的三維模型的幾何數據，選用能夠形象表達旅游景點的形態特征及相應建模精度要求的合格數據。紋理數據的采集，應拍攝建筑物所有部位的表面影像，以便滿足不同細節層次的表達要求，并同時應注意到通用紋理與示意紋理的數據采集。屬性數據的采集應保證景觀建模信息的正確性與完整性，在編碼過程中應具備系統性、通用性以及擴展性。

1.建模數據的驗證

數據精度是模型精度的重要支撐。滕王閣景區三維模型的質量取決于數據質量，而數據質量可以用數據質量元素進行描述，主要體現在模型的完整正確性、直觀形象性、現勢性、真實準確性、表現精度、屬性信息精度以及邏輯一致性等幾個方面。為準確建立滕王閣景區的模型，開展了對已有的DEM、DOM數據進行準確性和完整性的來源檢查，保證其一定的數學精度和獲取合格的原始數據。

2.紋理數據的采集

紋理數據的采集，是真實表現實體的基礎性工作。在數據采集過程中，采取事先計劃，圍繞核心區進行閉合路線分區采集，有利于提高數據采集效率。

（1）紋理采集

紋理拍攝：為清晰表現滕王閣景區景物，對建筑物進行實地拍攝和紋理采集，并按景觀屬性分類，逐一整理編號。采用的拍攝器材為有效像素1200千萬，JPG存儲格式的佳能數碼相機。選擇拍攝的時間：日出后二小時和日落前二小時，以此回避中午太陽正射建筑物時段。拍攝建筑物角度的選擇，以變形小、和無遮擋物，且色調均勻為最佳。獲取的照片顏色則以真實不偏色為原則，同時應避免景觀建筑物由于自身反射光所帶來的顏色失真。

（2）數據采集的內容

數據采集，主要有滕王閣景區中的景點全貌、景點位置、景點特征和鳥瞰景點的視覺影像。其中，景點建筑物的多角度和突出表現特征點的數據采集最為關鍵。為正確多角度全面反映建筑物滕王閣，其景點建筑物數據采集，應采用表現全貌，拍攝左前視、右前視、正前視、前側視、左側視、右側視和后側視的影像，以利于全面反映出景點建筑物各個角度的外立面；在表現建筑物主體上，可以選擇拍攝滕王閣具有唯一性和代表性的正前視部位。而在采集的同時，實地開展對滕王閣景區所有的地理要素核實和建筑物陰影的識別。

（三）軟件平臺

Smart3D Capture是一種快速、全自動的三維場景運算建模軟件，是通過簡單連續的影像來產生超高密度點云，進而生成具有真實影像位紋理的高分辨率三維模型。滕王閣景區的內業三維模型的數據處理，是利用全自動三維建模軟件Smart3D Capture進行建模，通過三維數字地球平臺的數據導入，整個過程自動化，全面實現三維模型和景區場景的融合。

三、滕王閣景區建模的實施

滕王閣景區三維模型的實施構建過程中，首先對建模區域進行單元劃分，按不同單元類別表現要求和基本屬性進行數據處理，以達到精細、標準和一般性的不同層次的建模要求。

（一）模型的單元劃分

模型的單元劃分：滕王閣景區分區的原則：以核心景區、保護區、規劃區進行分區。實際劃分時，采用相對穩定和完整的自然地形地物，取用贛江大堤、陽明路、子固路等為邊界線，這樣有利于滕王閣景區地理要素在幾何要素上不被任意截斷，保持模型具有相對的獨立性和完整性。

（二）模型的分區命名

滕王閣景區的三維分區模型命名，是參照行業標準《三維地理信息模型生產規范》CH/T 9016-2012執行，其基本結構是由建模單元編碼、模型類型、模型順序號和表現等級共四部分組成，以便達到有序建模。

（三）模型的制作

滕王閣景區是一個景觀形態不一、外立面復雜的景區。在建模時，按模型等級及建筑物類別進行處理，突出其建筑物特征。滕王閣的主體建筑模型，主要是反映建筑的外觀細節，清晰表現出游客喜愛觀賞的幾何特征點。尤其是在沿著建模景觀物體漫游時，游客能充分欣賞到滕王閣建模后的細部特征而帶來的立體藝術美感。同時，滕王閣的紋理多樣復雜，在制作過程時，應保持與實地石材、玻璃、金屬、木材的材質紋理一致性，使整體拼接過渡自然。

滕王閣景區的地形模型數據是由幾何數據和紋理數據共同組成。整個區域內地形起伏不大，以平地居多，沿江部分有贛江陡堤、碼頭斜坡等，平地平均相對高差小于5米。 因此，所采用DEM的格網單元尺寸不大于10m×10m，DOM的分辨率地貌優于1m，且高程精度優于2m時， 所構建的地形模型，能滿足一般性地形的建模需求。

四、滕王閣景區模型的紋理貼圖

景觀建筑紋理貼圖是提高實體的準確、形象和真實性來表現實體的一種圖像處理技術。滕王閣景區分別按“景觀正立面紋理”、“內部主體立面紋理”、“景觀背立面主體紋理”等類型，實現不同類別的表現。獲取景觀紋理圖像的主要方法是通過實地拍攝照，在后期采用Photoshop cs6進行針對性復原和反復調試。

（一）紋理圖像處理的基本原則：圖像應反差適中，色調均勻，且拍攝體前無遮擋物，并通過糾正變形，去除雜色，保持與實地建筑的一致性。

（二）紋理效果的處理：以照片為基礎，采用Photoshop cs6軟件，進行人工后期修補處理，重點去除紋理陰影，保持紋理整體影像顏色的均勻適中和真實、準確。

五、建模試驗結論

研究表明：滕王閣景區的三維建模方法，采用傾斜攝影的影像數據，其所構建的三維模型，具有信息豐富，形象真實，紋理清晰，準確完整的特點，全面實現了景區場景的實時漫游與交互功能，從而能使游客在多個角度下欣賞立體景觀，有效彌補了基于正射影像應用建模的不足，實現過程快捷簡單，可視化效果形象逼真，且易于集成與共享，這為滕王閣景區旅游提供了一種全新、漫游和互動式的資源共享手段，滿足滕王閣景區旅游發展的需要。

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作者簡介：

白莎（1957-），女，漢族，江蘇宜興人，研究生學歷，教授，從事旅游教育與旅游地理研究。