建筑模型批量快速构建技术探讨

郑涛 张慧鑫

摘要：指出了建筑模型批量快速构建技术能高效、快速地提供大范围建筑模型，多应用在城市规划、虚拟现实等领域。提出了在Cityengine软件平台上构建出建筑物模型数据库，参数式地提取功能建筑物的三维模型，以达到对区域内三维模型进行批量快速的构建目的，进而应用于满足时效性、应急性的真实工程领域。

关键词：Cityengine软件;CGA规则;批量快速建模

中圖分类号：P208

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）2-0140-03

1 引言

近年来，人类面临的突发性地质灾害愈来愈频繁，例如：地震、山体滑坡、洪灾等，给人们的生命财产安全造成严重威胁。在灾害后期的救援工作中，快速建模技术有利于救灾方案的部署，目前，无人机倾斜摄影[1]、三维激光点云扫描技术[2]在快速建模上有一定优势，但无法确切的满足时间维度上的及时需求。伴随着时代的步伐，构建量数据三维模型数据库与GIS信息数据交互的方法，对区域内的建筑物实现不同空间层次的三维模型[3]，进而更高效地解决其及时性问题。

2 数据采集和处理

2.1 简述

本文以成都师范学院温江校区为中心设计周围2km²范围的建筑物在开放式地图获取平台OpenStreet-Map上进行二维数据的采集[4]，如：DOM遥感影像、矢量地图等，在Cit yengine平台下，通过系统CGA规则数据模版、自行编译规则数据、收集网络共享CGA规则数据等渠道，形成CGA规则三维模型资源数据库，对其进行分类处理后，利用CGA规则驱动该地区的建筑物二维轮廓面，使其批量快速的构建功能建筑物的三维模型。

2.2 二维信息底图

本次实验在OSM平台上直接提取了研究区域的矢量地图如图1。

为了得到该地区建筑物的相应属性信息，需要在已下载的矢量地图提取建筑物的关键属性如：面积、楼层、楼高等，得出该地区的建筑物属性表，见图2。

2.3 数据分类

为实现批量快速构建三维模型，需将二维数据内建筑物依照该地区所属建筑的功能属性进行类别划分，随之将已划分的建筑物进行文件图层分类操作，即从建筑物属性表中甄别出功能建筑，并将其进行shape文件图层分类，将类别相同或相似的属性建筑分层到同一个shape文件中，使其作为导入Cityengine后的图层类单元。

2.4 数据汇总

使数据导人Cityenglne时能快速高效的被系统预处理程序识别，则需将已作处理后的道路、绿化、建筑物等shape文件汇总到已创建的GDB数据库中，使其能一次性导人Cityengine，且可以进行图层式隐藏和显示的操作，以便于系统内的二次修改和优化。

3 量三维模型

3.1 CGA规则数据库

CGA规则是一种参数化建模的建筑类计算机语言规则，参数化建模是通过细分和组合的方法完成[5]，首先分析建筑物结构特征，再对其进行建筑单位元（墙、柱等）和可视构件（装饰条、门、窗）的细分，最后利用规则语言将其组合形成不同类型的建筑物。

根据所需要表达的建筑模型的特征，编写相应的CGA规则文件，随着人工不断编译CGA规则文件，从而建立的建筑物三维模型规则数据库，该数据库可根据《房屋建筑学》[6]的分类标准，创建出具有独立功能特征的建筑物三维模型CGA规则文件夹。此类规则文件既可以进行移植和共享[7]，又可以进行二次编辑。

3.2 构建流程

传统三维模型构建首先靠获取建筑物外轮廓，其次通过Photoshop修图软件对提取的纹理进行修整，最后利用三维建模软件进行人工拉伸、贴图、赋予材质等处理，从而构建出建筑物三维模型;而Cityenglne将这系列步骤利用计算机语言的形式，将其定义在CGA规则文件中，并且可以被任意调用、随时调用，从而缩减了时间维度和简化了MBS（模型分解结构），使得构建模型变成了程序化输出形式和迭代化修饰数据形态，通过计算机系统的处理功能不断的对软件内置面驱动相应的规则[8]，短时间内导出大量的建筑物三维模型。该量三维模型构建图如图3。

3.3 “图层”式批量建模

为了批量快速的构建建筑三维模型，利用shape文件作为图层诱导概念，调用CGA规则数据库的应用属性建筑文件，直接赋予shape文件包含的所有相同功能属性的建筑二维信息面，即可生成相应模型，如图4。

3.4 模型调整

在不改变规则文件的参数情况下，可以调整其楼高、层高以及材质等参数;即可通过上述建筑物属性表，对已建立的模型进行属性调整，使其更加接近真实数据。

基于Cityenglne的兼容性能和交互性能，可对已建立的三维模型进行二次优化。为了满足可视化需求，可以将生成的模型转换到第三方建模软件进行优化操作，

4 结论与展望

4.1 结论

经过Cityengine系统自带附属绿化、道路等规则的简单处理后，可形成更直观的场景模型，得到图5所示实验不同区域的建筑物模型。

基于GIS数据和已建规则数据的交互，即可完成对建筑物三维模型的批量快速构建，所建立的三维模型是代表建筑理论的功能性数据，形成该理论数据的技术优点正是在于将大量的类似二维功能字段批量且快速的升级到了第三维度模型形态，其可以更高效的服务应急救灾、虚拟城市等事件和项目，但在真实世界中该技术存在的问题是与真实场景的真实建筑匹配度相对较差。

4.2 展望

当在实现了批量和快速两大建模优势的情况下，若对真实场景的建筑物匹配度加以研究，则更能有效地对真实世界中的建筑物三维模型进行管理，也能极大地减少对三维模型构建资金的投入。

参考文献：

[1]王丙涛，王继，基于倾斜摄影技术的三维建模生产与质量分析[J].城市勘测，2015（5）：80～82.

[2]夏希.基于三维激光点云数据和NURBS曲面的DEM构建[D].成都：成都理工大学，2016：1～58.

[3]刘磊，马劲松，刘凯，等.CityEngine三维建筑模型的简化算法研究[J].地理空间信息，2016，14（4）.

[4]刘强，林孝松.基于CityEngine的三维场景快速建模研究[J].绿色科技，2017（4）：116～117.

[5]张俊.参数化的精细三维建模技术研究与实现[D].上海：华东理工大学，2016：1～55.

[6]赵西平，霍小平，万杰，房屋建筑学[M].北京：中国建筑工业出版社，2006..

[7]谢年，向煜，许艇伟.基于规则的快速三维建模技术研究[J].城市勘测，2013（4）：6～8.

[8]梁世文，尹志永，李雪飞.CityEngine在三维城市建设中的应用[J].科技传播.2014（3）：168.