数字城市建设中三维模型的构建方法研究

王春波

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳 110122）

数字城市建设中三维模型的构建方法研究

王春波

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳 110122）

数字城市建设的主要瓶颈是如何快速有效地获取三维数字城市模型数据，并且提高其自动化水平。基于此，综合目前三维数据获取的现有方法，并根据数字城市三维建模的要求，以3Ds Max等软件为平台进行建筑物三维模型的构建，探索出一个相对经济快捷的技术方案。

数字城市；数字摄影测量；三维建模

数字城市是基于计算机技术、多媒体技术和大规模存储等基础技术，运用3S技术，即RS（遥感）、GPS（全球定位系统）、GIS（地理信息系统）等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空、多种类和多维描述，使之最大限度地为人类生存、生产、生活及社会发展提供服务。随着地理空间信息技术的发展与应用不断进步，数字城市建设已经从二维向三维发展，且数字城市可视化模型的构建是数字城市建设的重要工作。数字城市建设的主要瓶颈就是如何快速有效地获取三维数字城市模型数据，并且提高其自动化水平。本文综合目前三维数据获取的现有方法，并根据数字城市三维建模的要求，以3DsMax等软件为平台进行建筑物三维模型的构建，探索出一个相对经济快捷的技术方案［1］。

1 三维城市建模数据获取方法

针对三维城市建模来说，首先要解决的问题是数据获取问题。不同类型的数据有其各自的特征，故其在三维城市建模中的作用也不相同。数字城市建设中三维模型的数据源主要包括远距离获取的数据、近距离获取的数据和导出数据3种。其中，远距离获取的数据主要包括空载激光扫描、卫星影像和航片；近距离获取的数据主要包括近距离激光扫描、近景摄影测量等。目前，用于三维城市建模最主要、最可靠技术手段是“数字摄影测量”与“激光雷达”。

2 城市三维模型构建的方法

2.1 基于二维GIS的建模方法

二维地理信息系统数据库为三维城市的建设提供了丰富数据源。基于二维GIS建立城市三维模型的主要方式是：采用二维GIS和DEM相结合方式，用DEM对地形表面的地表起伏状态进行描述和表达，然后系统再根据建筑物的相对高度数据建立真实地理分布的三维城市景观。从二维GIS数据到数字城市中的三维模型，除了真实的表面纹理数据需人工交互完成外，根据地物的二维底面的边界数据即可自动生成建筑物盒装的三维模型。

2.2 基于激光扫描的建模方法

三维激光扫描技术是目前迅猛发展的测绘新技术之一，其采集数据速度快且精度高。近年来，随着三维激光

扫描技术日益成熟和仪器成本的不断下降，运用三维激光扫描仪获取点云数据，并且对点云数据进行处理和分析，已成为三维景观重建中的重要手段之一。基于三维激光扫描数据的三维模型重建技术主要是对三维激光扫描仪所获取的点云数据进行一系列后续处理完成的。后续处理过程主要包括点云数据的预处理、数据配准、点云滤波、模型构建和纹理渲染等。

2.3 基于CAD的建模方法

基于CAD的建模方法主要是采用现有成熟的商业软件如AutoCAD、3Ds MAX等建立三维CAD城市模型。目前，由于CAD在图形图像处理和三维数据建模方面有一定的技术优势，因而在三维空间的数据处理和应用等方面，CAD系统的应用已比较成熟。该种建模方法的主要优点是：对于规划设计成果的精细结构和材质特征，可进行逼真表示，细节程度水平较高，但其存在建模时间耗时长、建模成本高、人机交互过程复杂、手工操作工作较多的缺点。

2.4 基于数字摄影测量的建模方法

数字摄影测量技术的飞速发展与高分辨率卫星影像的出现，使三维数据大批量地快速获取已成为可能。这种建模方法主要的原理是基于遥感影像数据，根据遥感影像之间的相互关系，利用数字摄影测量的基本原理，建立相应的交会模型，进而得到实际地物点的三维坐标，并且建立数字地表模型（DTM），再通过相应的纹理映射关系，实现三维景观模型的建立。因此，数字摄影测量技术在三维建模中具有十分重要的作用。针对上述分析，结合现有的实际情况，本文主要采用基于数字摄影测量技术的三维模型构建方法。

3 三维数据生产流程设计

本文采用的三维数据获取方法主要为：利用航空摄影测量获取高分辨率航空影像，并制作数字高程模型DEM和数字正射影像DOM；采用影像立体相对方法，获取城市高精度数字表面模型数据；建筑物表面纹理图像通过地面采集车和人工拍摄相结合的方法获取。

具体生产工艺流程如图1所示：①采用数码航摄仪获取影像，并利用航摄仪后处理服务器进行辐射校正与几何校正；②采用全数字摄影测量工作站SSK、自动空三和遥感影像处理软件进行数据的相关处理，DMC获取的影像直接进入自动空三，经过自动内定向、相对定向、自动提取连接点，然后根据像控片再加入相应的控制点进行自动解算，首先对所有的粗差像点在立体模式下进行调节与改正，然后再对所有像控点进行检查与改正，直到所有的各项精度满足要求后自动生成加密点文件；③使用VirtuoZo生成相对，采取自动匹配高程点、人工采集地形特征线相结合的方式采集建筑底部的轮廓线、地面特征点和特征线，并检查相对定向和绝对定向精度，生成模型的核线、自动匹配生成数字高程模型数据；④根据采集的数字高程模型数据DEM的特征点线与空三成果，对影像进行重采样并将中心投影转换为正射投影，生成DOM数据；⑤将采集的底部与顶部的建筑线导入3Ds MAX中，根据外业提供的建筑物侧面照片进行模型结构拓扑与纹理侧面贴图，分别如图2和图3所示。

图1 城市三维模型流程图

图2 自动生成三维模型

图3 模型纹理贴图

目前城市三维建模方法正在全速的发展中，三维城市模型的数据生产具有更为复杂的生产工艺和流程。本文主要阐述了三维城市数据获取方式和城市三维建模方法，并将摄影测量技术与3Ds Max软件相结合，进行建筑物三维模型的构建，实现了数字城市的三维建模和显示，可广泛地应用于城市规划、城市旅游及城市交通等领域，为城市的发展规划和社会经济的发展提供空间数据的决策支持与服务。

［1］王春波.数字城市中三维模型的建立技术与应用研究［J］.黑龙江科技信息，2016（1）：136.

Research on the Construction Method of Three Dimensional Model in the Construction of Digital City

Wang Chunbo
（Liaoning Provincial College of Communications，Shenyang Liaoning 110122）

The main bottleneck of the construction of digital city is how to quickly and effectively get the data of the 3D digital city model,and improve the level of automation.Based on this,based on the existing methods of 3D data acquisition,and according to the requirements of the 3D modeling of the digital city,3D model of building was build⁃ed with 3Ds Max and other software as platform,to find a relatively fast economic technical scheme.

digital city；digital photogrammetry；3D modeling

P208

A

1003-5168（2016）10-0052-02

2016-09-15

王春波（1978-），女，副教授，研究方向：遥感与地理信息系统应用。