城市三維建模技術標準與應用研究

羅霖

摘 要：運用城市三維建模技術，對城市地物、地形等進行數字化三維模擬，直觀的反應出城市建筑物、地面、地物等要素，為城市的管理與規劃提供有價值的參考，促進城市健康發展，因此，城市三維建模受到政府職能部了的高度重視。本文對城市三維建模技術與標準進行探討，為城市二維建模技術更好的應用提供參考。

關鍵詞：城市三維；建模技術；標準研究

1 前言

城市三維建模技術專業性強，不僅需要專業儀器設備，而且還需應用圖像處理軟件，對儀器采集的數據進行處理，對建模人員的專業技能要求較高，因此，為保證城市三維建模質量，不斷提升城市三維建模水平，有必要對城市三維建模技術進行深入探討。

2 城市三維建模技術

2.1 據源分類

數據源是城市三維建模的依據，數據是否準確、精度是否滿足要求，直接影響建模質量。當前城市三維建模數據來源方式較多，包括人工測量數據、激光掃描數據、航空影像、衛星影像等，無論采用何種方式獲取數據源，均應保證數據源質量，確保其準確、完整，精度滿足要求。

2.2 建模方法

根據應用的建模技術以及表現方式，可將建模方法分為測量建模、半模擬建模、模擬建模，不同的建模方法建模流程、建模要求以及應注意的問題有所不同，選擇時應做好充分的論證分析。

2.3 測量類型

根據測量方式，可將城市三維建模進一步細分為三維激光掃描、直接依圖而建、數字攝影測量等，不同的測量類型獲得的數據量、數據精度并不相同，實際工作中應做好合理規劃，選擇合適的測量手段，保證測量數據的準確性與全面性。

3 城市三維建模流程

城市三維建模中為保證建模質量與效率，明確建模流程尤為重要。首先，明確建模對象。確定建模對象時，一方面，明確建模對象尺度。如一個對象中的長、寬、高參數，至少有兩個指標超過某-閥值，表明其給城市空間的影響較大，建模時應加以體現。另一方面，明確對象的重要程度。城市三維建模時，不同職能部門關注的內容不同， 例如，市政會考慮路燈、道路，園林單位關注樹木分布、長勢，交管部門關注交通信號等，因此，建模作業前應做好充分的研究，明確城市三維建模中的重點對象，避免遺漏。

其次，掌握建模尺度。城市三維建模時，應確定同一尺度，即，在同一視角范圍內各城市元素需按照一定的比例呈現，確保其協調，真實體現各元素之間的關系。另外，針對某特定元素，還應做好深入研究，需體現元素的哪些細節，如何體現等，均應心中有數，例如，對建筑物而言，是否顯示出標牌、步入建筑的臺階、飄窗凸出等。

最后，選擇合適建模方法。在確定城市三維建模細節之后，應選擇合適的建模方法，以保證建模質量與效率。當前城市三維建模多依賴專業軟件，包括sketchup、3Dmax、AutoCAD以及國內適普公司的IMAGIS、超圖、CityMaker等。建模時依據數字高程模型、三維編碼數據使用專業的建模軟件，構建出城市的三維幾何模型，并將表面真實紋理以及其他多媒體屬性插入到三維設計模型中，便可形成較為真實的城市三維模型。

4 城市建模精度與標準

城市三維建模中保證建模精度，滿足建模標準要求較為重要，因三維模型數據包括幾何、紋理、屬性三方面內容，建筑模型制作分為精細模型、普通模型和素模建筑三種級別，根據相關地形圖、影像圖進行制作，地形圖、影像圖未表達出的重點建筑，需另外依據整理的設計資料，或規劃核實、實景照片等資料進行制作。接下來逐一探討這三方面內容。

4.1 城市建模標準要求

城市三維建模時應遵守以下標準：保證坐標系正確性，即，使用和城市基礎測繪相同的坐標系：同時，統一模型軸點，確保建模對象和模型、模型屬性與模型一一對應。命名時保證模型對象與紋理名稱全局唯一性。另外，保證數據質量。屬性數據應完整、正確，模型精度應滿足規范要求：模型數據應全面、正確，且能將對象基本特征反應出來。

4.2 城市建模精度分析

精細模型為重點路段沿街、重點江段沿岸、商業區及開發區塊第一排建筑精細制作，背面以及兩側紋理無法采集的部分可以用相似紋理制作。普通模型制作范圍主要為重點路段沿街、重點江段沿岸、商業區及開發區塊范圍內未被第一排遮擋的第二排建筑和高樓后排建筑，結構可直接用樓塊，貼圖可用平鋪方式處理，只表達沿街面現狀貼圖，其他面可用相似紋理貼圖。

首先，幾何精度。研究相關問題時，可參考國家大比例尺地形圖規范及標準。城市三維表達時，為提高數據傳輸效率及繪制效率，三維GIS中一般通過建立不同細節層次實現。CityCML中 將模型分為LOD1～LOD4共五個級別，需要注意的是： CityGML劃分的LOD是面向所有對象的，其中點位精度是不同級別間的主要差別所在。該種方式適合應用在建筑物的表示上，但如表示城市其他對象需結合實際情況進行調整。

其次，紋理精度。城市三維模型中有關紋理精度的表述較為含糊，常用較高分辨率、清晰可辨等詞語描述。分析不難得知，用戶對三維場景的感知有：對城市空間形態的辨識、對建筑立面，城市景觀的認知，尤其后者對模型紋理依賴程度較大，因此，紋理在城市三維建模中發揮舉足輕重的作用。

城市三維建模時應保證各級LOD匹配對應的幾何精度，即，幾何精度越高，對應的紋理分別率也越高。當前紋理分辨率多由建模人員根據自身經驗加以控制。研究發現，城市三維模型數據量中紋理數據量占80%左右的比例，如紋理精度控制不當，給整個模型質量造成的影響非常之大。

需要注意的是：對精細模型而言，其粒度非常小，常常使用幾何建模表現對象細節。其他級別的LOD使用紋理的機率較低，但如進行貼圖應注重使用分辨率較高的紋理。

最后，屬性精度。幾何與紋理呈現對象的外部特征，而屬性則呈現對象內部特征，是分析、統計、GIS查詢等操作的重要依據，因此，對象的屬性信息是否準確、全面，直接影響建模效率以及應用領域。對象屬性由專題屬性、基本屬性之分，顧名思義基本屬性主要反映對象的基本信息，包括建筑結構、用途、高度等。專題屬性主要描述對象的一些特殊用途，例如，城市規劃中還應了解建筑的停車面積、建筑面積等。城市三維模型精度要求，可參考GIS標準中的相關內容，在保證屬性數據唯一性的基礎上，可參考維GIS數據庫中的信息。

5 結論

城市三維模型能真實的呈現出城市的道路、建筑物、綠地等信息，應用于城市管理與規劃工作中效果顯著，因此，國家職能部門在城市三維模型建設中不斷增加投入，取得卓越成效。本文通過研究得出以下結論：城市三維模型技術專業性強、設計的知識點多，為保證模型建設質量，應采取合適的方法獲取城市地物信息，保證信息精度與全面性，綜合分析人工測量數據、激光掃描數據、航空影像、衛星影像等信息。城市三維建模中，幾何、紋理、屬性是建模對象的重要數據，嚴格按照規范要求，保證這些數據精度意義重大，因此，開展城市二維建模作業前座結合建模要求，明確這些數據精度要求，加強建模各環節細節管理，做好建模精度控制。

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