浅析城市建模与三维景观制作

摘 要：文章通过笔者在实际工作中总结，采用航空摄影测量方法采集DEM、DOM进行地形地貌重建，生成城市三维地形模型。

关键词：城市建模；三维景观；制作流程

一、城市建模與三维景观概念及应用

城市建模与三维景观是构建数字城市的重要组成部分。城市三维景观，与虚拟的三维动画完全不同，是以实际的航摄影像为基础，通过数字地形模型的提取，数字正射影像的制作，建筑物实际结构的建立和墙面纹理的粘贴等处理，从而构成动态的真实三维立体景观。

城市建模与三维景观可广泛用于城市规划，房地产开发，交通管理，国土资源管理，电力，电信，公安，给排水，旅游等领域，对于大中小城市的深度开发建设，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

二、制作流程

（一）准备工作。包括航空摄影，内业空三加密，外业控测和调绘等。

（二）模型定向。进行向量测图、获取DEM或正射影像，都要首先建立立体模型。系统可对数字影像单个象对或整体批处理进行内定向、相对定向、核线重采样和绝对定，建立象对数字立体模型。建立测区象对内定向文件、相对定向文件、核线影像文件和绝对定向文件等。（1）内定向：定建模型的第一步是内定向，确定扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数，解求影像可能存在的仿射变形参数。设定相机参数：焦距、框标坐标、象主点坐标、镜头畸变值等，通过模板对框标自动识别与定位，或通过观察系统分别量测左右像片框标人工辅助完成。（2）相对定向：通过影像的二维相关对自动寻找同名点进行影像匹配，解算出象对相对定向参数，建立没有视差的象对立体模型。相对定向一般采用自动方式，特殊情况下才采用人工方式完成。（3）核线重采样：核线影像是立体量测的基础，绝对定向、向量测图、获取DEM或正射影像都要在核线影像上进行。自动完成同名核线将影像的灰度预以重新排列，形成按核线方向排列的立体影像。（4）绝对定向：在核线影像对上，通过立体观察系统采用人工方式对左（右）影像切准控制点，再由影像匹配确定同名点，计算绝对定向参数或通过网络导入“空三”成果完成绝对定向参数的解求。

（三）DEM提取与拼接。（1）预处理。在自动影象匹配之前，可以在立体模型中量测一部分特征线（山脊线、山谷线、陡坎、断裂线等），特征点（山顶、鞍部点、变坡点等），特征面（湖面、阴影区、林区边界等），作为自动影象匹配的控制。经过上述的预处理，可以明显改善影象匹配的效果，使得生成的DEM能更真实地反映实际地表形态。对于大比例尺测图，预处理是很重要的。（2）数字地面模型的建立。①特征地物的量测。立体影像有两种显示方式：分屏显示和立体显示。基于立体模型的同名点可由人工进行量测，也可由系统自动匹配进行量测。主要有：量测特征点、量测特征线、量测特征面。特征点线采集完后，生成每个模型的DEM。并对DEM点进行匹配编辑。匹配编辑完成后，由系统自动内插生成物方DEM。然后逐块查物方DEM的准确性。②DEM的拼接。首先建立每个模型的DEM。在生成单个模型的DEM后，再将单个模型的DEM拼接起来，建立图幅或区域的DEM。

（四）正射影像生成与镶嵌。当DEM建立后，可进行正射影象的生成。并对生成的正射影像进行修补，并将等高线与正射影像叠合进行DOM点位平面精度检测。DOM影像应清晰，无明显的拼接痕迹，片与片之间应保持色调均匀、反差适中，DOM接边重叠带不出现明显的模糊或重影。最后进行任意影像的无缝镶嵌。镶嵌前应保证片与片之间、图幅与图幅之间的影像色调基本一致，影像镶嵌后不能造成影像重影和有明显的拼接痕迹。

（五）地形地貌重建。根据已生成的DEM、DOM，进行地形地貌重建。在DEM数据基础上叠加遥感影像来完成三维地形显示。

（六）自动提取和粘贴纹理。软件可以自动从航摄影像上提取原始纹理，并自动粘贴于构建的建筑物框架顶面和墙面。对于结构复杂或者重要的标志性建筑可单独建模，赋以精细的结构和纹理。这是一种全自动的作业过程，不仅会提高建模效率，而且减少数据量，有利于三维场景的显示和漫游，可以满足一般的城市规划需要。

（七）纹理映射。纹理映射主要是用图像来替代实体模型中的可模拟或不可模拟细节，提高模拟逼真度和显示速度。对于城市具有标志性的建筑物，或特征建筑物，需要利用数字相机采集建筑物的侧面及顶部纹理，通过Photoshop对照片进行处理，利用裁切、拼接、自由变换和拉伸等一些基本操作将地面摄取的建筑物墙面纹理逐个地填充于建筑物相应的面上，以达到真实反映城市的目的，增强城市三维表达的真实感。

（八）模型拼接。在三维环境中检查三维地形地貌的地理编码及数据精度。以建好的地形及道路模型为基础，对建筑和小品及附属设施的起点高程作细微的调整，使整个规划地块内模型的空间关系更加精确、真实。地形及道路模型的相交处也作相应的调整，将异型及标志性的建筑物按地理位置及正确的比例集成到地形地貌上。

（九）所有模型数据建库及管理。进行相应的属性录入，从而进行真正的三维GIS建库及管理。

（十）制作动态飞行的播放文件。在设置了三维景观参数和漫游方式后，软件可直接利用图像生成连续的动画场景，完成全部工作。

（十一）提供成果。上交成果的内容、格式，应根据合同条款的规定执行。对于数字测绘成果，其数据文件的内容及格式，通常包括如下项目：DEM（数字地形模型）：DXF，TEXT（文本）等格式文件。DOM（数字正射影像图）：Tiff格式文件。城市建模及三维景观：3DV，avi，flc等格式。

（十二）播放文件。城市三维模型数据（3DV格式）。

参考文献

[1] 徐青.地形三维可视化技术[M].测绘出版社，2000.

[2] 刘浩.数字城市三维景观再现系统的研究[D].天津大学博士论文，2006.

[3] 陈良超，向泽君，谢征海.三维模型数据标准技术研究与应用[J].测绘科学，2009（S1）.

作者简介：李敏，郑州飞燕信息技术服务有限公司。