基于车载导航的三维地图制作研究与实现

扶彦 侯岳 王俊

摘 要：三维地图是当前车载导航地图制作中的热点区域，由于三维地图具备直观性、交互性等特性，是导航地图的重要发展方向。本文首先主要介绍制作三维地图的大体步骤，然后对制作过程中应该注意的几个问题加以阐述。

关键词：三维建模；地形图；材质贴图

中图分类号：P285.9 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）03-0053-02

Abstract： Three dimensional map is a hot spot in the field of vehicle navigation map making， because of its intuitive and interactive features， 3D map is an important development direction of navigation map. This paper introduced the general steps of making 3D maps， then elaborated some problems that should be paid attention to in the process of making.

Keywords： 3D modeling；topographic map；texture mapping

目前车载导航数据可以分为三大类；矢量地图、影像地图、三维地图[1]。相比于传统的矢量地图，三维地图具有可以模拟真实景观，视觉更直观，方位感更清晰，更能使人在虚拟三维环境中实现人机交互操作等特点[2，3]。这种利用计算机信息技术来进行城市规划、管理的技术手段，是地理信息和虚拟现实相结合来实现地理信息产品深加工，在导航数据发展中具有重要意义[4]。下面针对三维地图前期制作的大体步骤及其应注意的几个问题进行阐述。

1 地形图数据信息提取

地形图数据处理是只提取制作三维数字地图所需要的数据信息，主要有以下几类要素：①道路设施、道路附属物、道路名称注记、公交站牌等；②河流、坑塘、沟渠及其两侧的堤坎；③建筑物及附属设施数据信息[5]。

2 三维建模

2.1 二维线处理

①用样条线将不同纹理贴图的建筑构件重新描绘作为外墙线（视野范围内看不见的墙体可以省略），节点全部为角点。弧形的建筑物表面结点修改为平滑。

②重新描绘房屋范围线作为房顶，将房顶线复制轮廓30cm（有房檐向外轮廓，无房檐向内轮廓），挤出30cm作为女儿墙。

③侧墙有窗户的先用角点样条线描绘侧墙边线，将边线根据窗户所在位置拆分成多个线段，选中窗户以外的线段删除，重新用多段线描绘窗户以外的墙体。

④没有道牙的绿地用样条线重新描绘绿地范围，直接给予UWV贴图；带道牙的绿地用样条线重新描绘绿地范围，复制样条线向外轮廓20cm，挤出40cm作为道牙，选中内轮廓线复制式分离后给予UVW贴图[6]。

2.2 三维模型处理

2.2.1 转化样条线成三维平面和立体。闭合样条线给予UVW贴图转为三维平面；挤出相应高度转化为封闭的三维立体。不闭合样条线挤出相应高度成为三维平面（由于3DS MAX默认单面显示，在所需视角不显示表面时给予法线修改）。

2.2.2 瓦房顶处理。复制房屋范围线，样条线所有结点改为角点，拆分样条线两个侧面线段，拆分为1。选中拆分出的顶点，沿Z轴向上平移150cm，如侧面有倾角还需将屋檐所在顶点沿平面方向平移，然后给予UVW贴图。最后用樣条线连接房顶两侧顶点，给予UVW贴图。

2.3 复杂三维建模。对于某些特殊结构形状、具有代表意义的建筑物需要分别对建筑物各个细节进行详细建模，以求达到更出色的效果[7]（比较有代表性的建筑、重点单位企业政府机关的主体楼等）。

复杂三维模型建模需要先用AutoCAD制作建筑物各个平面的立面图，然后删除掉不必要的尺寸标注和辅助线保存为.dwg文件。用3DS MAX导入各个立面图和一层平面图.dwg文件，并调整好各个立面的位置，旋转立面图使之垂直于底面。冻结.dwg，用样条线配合矩形工具勾勒出建筑物的各个墙面、窗框、玻璃等构件。根据构件之间的相对位置在顶视图平移构件线条，使其层次符合线状。利用挤出和给予UVW贴图等方式将勾勒出的二维线条转化为平面或三维物体。利用二维线条在顶视图参考平面dwg图形勾勒出楼顶和各层楼板，转化为面。根据现实情况调出每个建筑物构件的材质球分别将模型附予材质，解冻DWG工作底图并删除[8]。

3 材质贴图

由于三维地图模型量大，不可能实现现场逐个采集材质，需要对照DOM根据实地情况用Photoshop软件对将在3DS MAX中使用的材质进行调节，要求最大可能地接近现实情况，达到实际效果。贴图大小可根据所反映现实的详细程度自行调整，但为了减少数据量，每个贴图长宽不大于1 000像素[9]。

对于简单基本的三维模型只需将各个面给予相应贴图即可，而对于精细建模的模型则需要根据实地效果，调节各个部件的材质，力求达到最逼真效果。

4 图形成果处理

利用图形处理软件将渲染出的成果进行无缝拼接，然后增加植被、树木、小品等附属纹理丰富和美化三维效果（注意对加入的附属品加入阴影使其真实），在各个道路上加入道路名称。保存1份JEPG文件和1份PSD文件（便于发现不足进行更改）。把图形成果进行合并，裁切与各种地图要件信息一起导入地图交互界面。地图交互界面可结合实际情况，运用计算机语言自行编写。

参考文献：

[1]崔巍，杨开林，谢省宗，等.基于Terra Vista的调水工程大规模三维地形建模技术[J].水力发电学报，2009（4）：154-158.

[2]黄罗军.虚拟视景系统中的关键技术研究[D].西安：西北工业大学，2007.

[3]杨宇.基于手势SEMG信号控制的虚拟人机交互系统[D].合肥：中国科学技术大学，2009.

[4]谢秀琴.三维景观地图的开发技术[J].江西测绘，2012（1）：39-40，43.

[5]高轩.基于大比例尺地形图的城郊道路DEM构建研究[D].青岛：山东科技大学，2011.

[6]郑燕玲.景观电子地图的研究与制作[D].青岛：中国海洋大学，2008.

[7]高世海，赵韶平，王晓剑.基于PC机的三维地图制作[A]//全国多媒体技术学术会议，1998.

[8]徐均.嵌入式三维电子地图海量数据外存组织与检索方法研究[D].杭州：浙江工业大学，2012.

[9]潘军.三维地图动画生成中的粗粒度分布式并行计算[J].福州大学学报，2000（3）：43-45.