基于GIS平臺的元寶山公園三維模型設計

鄭曉紅

摘 要：隨著數(shù)字城市的發(fā)展，3S技術（GIS、RS、GPS）以及多媒體技術、虛擬現(xiàn)實技術等得到了廣泛應用。傳統(tǒng)的GIS平臺適用于二維空間分析，而三維可視化功能相對薄弱。本文將SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結合，設計元寶山公園三維模型。實踐證明：將SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結合實現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)庫的技術方案是可行的。

關鍵詞：三維模型;GIS;元寶山公園

中圖分類號：P208文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0039-02

Abstract： With the development of digital city， 3S technology （GIS， RS， GPS）， multimedia technology and virtual reality technology have been widely used. The traditional GIS platform is suitable for two-dimensional spatial analysis， and the function of 3D visualization is relatively weak. In this paper， SketchUP software and ArcGIS platform were combined to design the three dimensional model of Yuanbaoshan park. Practice had proved that it was feasible to combine SketchUP software with ArcGIS platform to realize three-dimensional spatial database.

Keywords： 3D model;GIS;Yuanbaoshan park

近年來，隨著科學技術的不斷進步，數(shù)字地球、數(shù)字城市發(fā)展迅猛，三維數(shù)字化技術的需求越來越大。同時，三維地理信息系統(tǒng)逐步走進人們的生活中，是當前主要技術發(fā)展趨勢之一。三維數(shù)字化技術以三維立體的造型技術給用戶展現(xiàn)更真實的地理空間現(xiàn)象，不僅能表達空間對象間的平面關系，而且能描述和表達它們之間的垂向關系。可視化技術是改善操作界面、提高分析結果可理解性的有效手段。因此，可視化技術在三維GIS中的應用一直是GIS發(fā)展較為關心的問題。在GIS中借助三維可視化技術，將地理空間信息以三維立體形式直觀、真實地表現(xiàn)出來是地理信息中三維可視化的主要發(fā)展方向之一。二維GIS中缺少建筑物垂直面的幾何信息，往往只有相對高度屬性，而三維立體模型實現(xiàn)了三維空間全景瀏覽，為三維空間的建設提供了一種高效、真實度高的技術方法。

1 數(shù)據(jù)準備

1.1 二維影像數(shù)據(jù)

建立模型所用的二維影像來自于谷歌地球高分辨率影像數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)坐標系為WGS84坐標系，部分地物遮擋采用外業(yè)補測加以解決[1]。

1.2 數(shù)字高程模型

構建公園三維模型，需要獲取三維的空間數(shù)據(jù)，其中包括高程數(shù)據(jù)信息。目前，數(shù)字高程模型的獲取方法主要有兩種，即在數(shù)字地形圖的基礎上掃描數(shù)字化等高線獲取高程數(shù)據(jù)而生成，或利用遙感影像立體像對提取。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)及目前研究區(qū)域高程變化程度不大的情況，本文采用第一種方法獲取高程數(shù)據(jù)，進而建立數(shù)字高程模型（DEM）[2]。

2 構建三維建模

利用SketchUP軟件進行由平面到立體的三維建模，具體技術流程包括：第一，矢量化數(shù)據(jù)文件導出，轉換為AutoCAD文件（*.dwg，*.dxf）格式;第二，轉出數(shù)據(jù)導入到SketchUP軟件中;第三，利用SketchUP三維建模，將平面轉為立體;第四，采用紋理映射技術，將拍好的實景照片貼到建好的三維模型上。

其中涉及的面狀要素建模最為常見。例如，生活中常見的草坪、建筑物、空曠的場地等通常是以面狀要素來表達的。以建筑物模型的建立為例，首先將遙感圖導入，作為底圖參考，其次勾勒出二維底面，再將面沿豎直方向向上拉伸（拉伸高度值可依次輸入），得到建筑物立體的粗糙框架。構建過程中，可自動捕捉線條及其特征點，對建筑物進行精確建模，并在此基礎上對細部進行調整，形成一個具有高度的三維立體建筑，實現(xiàn)了從二維到三維的轉換[3]。

紋理映射技術在建模過程中起到點睛之筆的作用，其是建模的核心，不僅能提高三維模型的真實性，產(chǎn)生逼真效果，實現(xiàn)對現(xiàn)實建筑強有力的還原，而且簡化了模型，這對應用程序的實時性是十分重要的。與其他軟件相比，SketchUp提供了強大的紋理映射功能。按照使用需要、功能的不同，貼圖分為三種：普通貼圖、投影貼圖和包裹貼圖。其中，普通貼圖的使用較為廣泛。普通貼圖是最普遍的，即為平面賦予材質，貼圖單元在此平面上可以重復n次，也可以比平面大，主要通過調整貼圖坐標來實現(xiàn)。將建筑物的實景賦予所建模的表面上，這種簡單、高效、真實度高的技術方法，實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實的特性[4]。

3 在GIS平臺中構建三維模型

3.1 ArcScene平臺建立

在個人地理數(shù)據(jù)庫中構建立體要素類，作為導入三維模型的平臺。此外，要注意調整好模型放置的位置，可通過旋轉、平移、放大和縮小等操作進行。

3.2 三維模型導入

SketchUp ESRI插件是為了與GIS數(shù)據(jù)更好地結合而專門開發(fā)的一款插件。其中包含兩個主要部分：GIS Plugin和3D Analyst SketchUP、3D Symbol Support。在SketchUp目錄下安裝前者，在GIS軟件目錄下安裝后者。在SketchUp中創(chuàng)建好的三維模型，利用SketchUp ESRI插件可以快速地導入GIS平臺中[5]。

4 結語

虛擬現(xiàn)實技術平臺建立的三維模型及動態(tài)模擬場景，給人一種身臨其境的感覺，實現(xiàn)了景觀展示及后續(xù)場地規(guī)劃設計分析，將三維可視化技術運用到公園管理中，提高規(guī)劃科學性和管理的高效性。試驗證明，采用SketchUP軟件與ArcGIS平臺相結合的方式實現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)庫的技術方案是可行的，同時為三維空間數(shù)據(jù)庫的建設提供了技術參考。

參考文獻：

[1]陸童，丁靜.GIS三維模型在城市規(guī)劃中的應用[J].山西建筑，2010（9）：30-31.

[2]張春鵬，東小楠.基于3S技術的丹東市帽盔山三維地形可視化[J].遼東學院學報（自然科學版），2009（4）：325-326.

[3]張春鵬，李富祥.鴨綠江口濕地灘涂表層沉積物重金屬空間分布特征及生態(tài)風險評價[J].應用生態(tài)學報，2016（9）：2884-2890.

[4]朱慶，高玉榮，危擁軍，等.GIS中三維模型的設計[J].武漢大學學報（信息科學版），2003（3）：33-37.

[5]張春鵬，劉敬偉，鄭存德，等.基于遙感的鴨綠江河口濕地結構演變分析[J].海洋湖沼通報，2014（4）：160-167.