城市建筑物三维建模技术研究

厦门闽矿测绘院 郑艳文

城市建筑物三维建模技术研究

厦门闽矿测绘院 郑艳文

随着地理信息系统、虚拟城市等领域研究的迅速发展，城市三维模型越来越广泛地应用于城市的数据处理与管理中。城市三维建模技术是利用三维建模软件，根据采集到的数据所建立的各种实体（如建筑物、道路、树木）及其一些辅助性设施（如变电站、消防栓）的模型，是在虚拟三维空间建立的与现实地物、地貌相同的三维模型。本文，笔者主要队城市建筑物的三维建模技术进行了探讨。

一、城市建筑物三维建模研究现状

建筑物建模是城市模型中最关键的因素，它的建模对于城市三维模型可视化具有重要的意义。建筑物建模有几何形状建模和纹理映射建模2种方式，建筑物的三维几何形体的表达是三维数字城市建模研究的重要内容。目前，三维建模从技术上讲，主要有如下3三种实现技术。

1.在外业实测数据的基础上，使用三维模型制作软件。如利用3D-MAX等软件进行建模。这种方法能够逼真地表示城市的精细结构和材质特征，也被称为精细建模。

2.直接利用传统GIS的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模，在各建筑物表面还可以加上相应的纹理。这种方法仅局限于形状较规则建筑物的三维建模，其所建模型对城市的精细节点表达力度不够，视觉效果不是很好。

3.利用数字摄影测量技术进行三维建模。目前来说，这种方法成本相对较高。

从整体上讲，上述三维模型的构建方法因可视效果差或自动化程度低，已成为制约地理信息发展和数字城市建设的瓶颈。

二、建立城市建筑物三维模型的数据准备和技术路线

1. 数据源。

（1）实测1∶500 大样图（DWG格式）。

（2）建筑物近景数码照片。

2. 软件配置。应用的软件有4套，

（1）AutoCAD。用于建筑物轮廓提取及数据源处理。

（2）PhotoShop。用于纹理图像加工与处理。

（3）3DSMAX。用于建筑的三维建模。

（4）Skyline。用于成果的展示及应用。Skyline 系列软件是非常优秀的三维地理信息系统软件，它是由三个相互独立的子系统构成，即TerraBuilder、TerraExplorer Pro和TerraGate，通过这三个子系统可以把不同的地理数据联系起来，并且可以把它们快速地分发给各个用户。

3. 精细建模技术路线。精细建模技术路线主要涉及7个关键的步骤：外业取景拍摄获取纹理→PhotoShop处理纹理→以AutoCAD矢量底图为主，结合外业拍摄相片获得精确完整的建筑模型结构→3DSMAX建模→模型的优化压缩→生成单幢.max模型→数据集成等。

三、城市建筑物三维模型建立步骤

1. 建筑物的建模。在AutoCAD中对地形图进行处理，对不需要的线进行删减，减少数据量，剩下主要并清晰的建筑物轮廓，对没有闭合的建筑物轮廓线进行闭合处理，从而得到包括建筑物的平面轮廓数据。

2. 纹理的编辑。用图像来替代实体模型中的可模拟或不可模拟的细节，提高模拟逼真度和显示速度。建筑物纹理是建筑物三维模型的重要组成部分，它的质量决定了场景的整体效果与纹理细节，并最终决定场景的逼真程度。建筑物的纹理包括侧面和顶面两部分，拍摄大量的建筑近景数码照片，综合利用Photoshop中的裁剪、拼接、自由变换和拉伸等基本操作对近景照片进行处理，提取建筑物纹理。处理后的照片保存为JPG格式以减少数据量，同时图像的分辨率应调整为2的幂次方，使图像的大小尽量小于100 kB。

3. 模型的建立。在3D-MAX中对这些建筑进行单独建模，赋以精细的结构和材质。将建好的模型转为*.x或是*.f t格式，这是Skyline支持的两种3D文件格式，这两种格式的模型文件都比较小，利于图像的加载和显示。

4. 三维模型的展示。在加载地形数据集，添加矢量数据和相应的模型之后，即可在TerraExplorer Pro中进行城市三维模型的浏览漫游，也可以进行二次开发，定制界面和相应的功能。

城市建筑物三维模型建立步骤如图1所示。

四、结论

目前，基础测绘部门的地形数据格式大部分仍然是DWG 格式，采用这种格式来进行城市建筑物三维模型的构建能节省大量的人力和物力，既适合我国国情，又能满足多种需要，值得推广。