数字摄影测量与GIS在温州市虚拟城市建立中的应用

2011-10-26党军宏陆阳

中国科技信息 2011年13期

关键词：虚拟环境温州市虚拟现实

党军宏陆阳

1. 空军第四空防工程处，陕西宝鸡 721006；2. 淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005

数字摄影测量与GIS在温州市虚拟城市建立中的应用

党军宏1陆阳2

1. 空军第四空防工程处，陕西宝鸡 721006；2. 淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005

近年来，数字摄影测量、地理信息系统和虚拟城市建设领域取得了相当的进展，它们的发展主要得益于计算机性能的提高，功能的改善，图像匹配算法的改进以及实时数字图像处理设备价格的降低。本文主要阐述了数字摄影测量和GIS在温州市虚拟城市建设中的应用以及实现城市三维环境的仿真和模拟的方法。利用数字摄影测量的方法来进行数据的获取，然后通过GIS来对数据进行存储和管理，利用国家标准数据转换CNSDTF公共接口进行数据的转换，最后利用虚拟现实软件来进行虚拟城市的构建。

数字摄影测量；GIS；虚拟城市建设；虚拟现实技术

引言

虚拟现实（Virtual Reality，简称V R），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。

虚拟城市能够将现代城市的每个角落的信息都收集、整理、归纳，并按照地理坐标建立完善的信息模型，再利用网络连接起来，从而使每个人都能快速、完整、形象的了解城市的过去、现状和未来的宏观和微观的各种情况，并充分发挥这些数据的作用，从而实现跨行业综合基础数据共享。

温州地区是一座历史文化悠久、经济发达、人口稠密的沿海城市，经济发展水平在全国排在前列，人均收入水平远远高于全国平均水平，因此建立该地区的虚拟城市可以对城市的规划、管理、房地产开发、旅游、城市建设等发挥巨大的作用。

本文主要研究利用数字摄影测量技术生成建立虚拟城市的数据（4D产品），通过GIS进行管理与建库，并完成数据的互操作。将数据转换成虚拟现实系统的数据格式，完成温州市虚拟城市的建立。

1 数字摄影测量在虚拟城市建设中的应用

虚拟城市构建的思路就是根据建筑物的实际三维地理坐标，利用一定的软件构建城市三维景观模型，最后粘贴纹理即可。数字摄影测量是目前测绘部门获取数据源主要的方法之一，可利用各种比例尺航摄影像，精确测得结构物的空间三维坐标，所得数据精度高作业快捷，所以是目前获取数据源的方法之一。

其工作思路是数字影像定向、空中三角测量、形成按核线方向排列的立体影像、影像匹配、建立数字地形模型、制作正射影像、地物采集、三维景观重建。

1.1 数字摄影测量数据获取

（1）数据的来源

原始资料：温州市大比例尺航摄像片若干；相机检校参数文件；地面控制点刺点相片；地面控制点文件；温州市1：500电子地图（D W G格式）。

（2）数据的获取

将航摄负片经扫描数字化，然后将扫描得到的数字化图像转成数字摄影测量软件VirtuoZo的图像VZ格式。在其中进行数据采集工作，建立起温州市的数字高程模型D E M，获得正射影像图并测得这一地区的建筑模型数据以及道路、居民地等属性数据。

1.2 数字摄影测量工作流程

图1 数字摄影测量流程图

2 系统的实现

2.1 系统的软、硬件环境

（1）软件平台

操作系统平台：Windows NT4.0、Windows 2000或Windows XP。

虚拟现实系统平台：MultiGen、Vega。

全数字摄影测量系统平台:VirtuoZo。

地理信息系统平台：Mapinfo。

遥感数字图像处理平台：ENVI、PCI、ER-Mapper 。

系统集成环境Delphi。

（2）系统硬件要求

SGI Octane 工作站：两台，2CPU 175MHZ，硬盘＞50GB，内存128M，纹理内存4M，网卡100M以太网。

其他硬件设备：多台PC机，IBM服务器，多种数据采集、输入、输出设备，全球定位系统等。

2.2 系统实现流程

工作安排主要分为三个阶段完成：

（1）首先利用全数字摄影测量技术，GIS技术等快速获取所研究区域的基础地理数据、建筑外表结构与纹理数据等，建立研究区域的地理数据库。

（2 ）研究开发虚拟现实系统与Virtuozo及国家空间数据转换标准的接口程序，实现包括DEM数据、矢量数据的转换。研究国家空间数据标准转换转入虚拟现实系统的格式及其逆向转换。

（3）研究利用采集到的数据及智能化实时建模技术，对研究区域进行快速建模。在此基础上建立虚拟城市的仿真环境，实现城市的真实环境再现以及规划环境的预见。

图2 虚拟温州仿真建模结构图

2.3 虚拟三维地形建模

本系统三维建模MultiGen来完成，思路如下：将VZ格式转成MultiGen内部格式的地形数据DED，输入到MultiGen中，选择合适的算法建立三维地表模型，按照与地表模型相对应的经纬度坐标。温州地区可采用分快处理的方法，将地形分成很多大小相等的矩形地块，分别生成三维地形，然后再拼接成整个大的区域。

将温州地区的正射影像图作为地表纹理，以Geo-specific纹理映射的方式映射到地形表面，形成温州地区的真实三维地貌景观。

2.4 温州地区虚拟环境建模

将转成MultiGen内部格式的文化（属性）数据，如道路、湖泊、建筑物等，按照不同的地物属性层输入MultiGen，选择或重新建立对应的特征码和表面材质码。

DFD提供了一个preference文件，其中包括了所有特征数据的各种属性特征：DFD feature中提供了几百种特征类型，如住房、厂房、桥梁等。我们还可以根据自己特征数据的特点，定制添加自己的根据不同的建筑物属性，然后保存在自己的preference文件，以便随时修改和调用。对于复杂的建筑，可以根据建筑结构图，利用MultiGen的建模功能进行模型的构建，然后进行纹理映射，生成真实的建筑三维模型。对于在建或规划的建筑和项目，则可以单独建模，然后融入到城市虚拟环境中去。

2.5 温州地区虚拟环境生成

温州地区虚拟环境的创建是运用V E G A来完成的。V E G A是M P I公司开发实时视觉和听觉仿真、虚拟现实应用的软件环境。它把先进的仿真功能和易用的工具结合到一起，创建了一种使用最简单，但最具创造力的体系结构，来创建、编辑和运行高性能的实时应用。