基于攝影測(cè)量的三維城市建模課件

1、基于攝影測(cè)量的三維城市建模主要內(nèi)容三維城市模型數(shù)據(jù)內(nèi)容三維城市模型數(shù)據(jù)的獲取與建模方法基于攝影測(cè)量的三維城市模型數(shù)據(jù)的獲取與建模方法三維城市模型數(shù)據(jù)內(nèi)容 數(shù)碼城市(CyberCity)是城市信息化發(fā)展的一個(gè)主要方向，數(shù)碼城市的基本內(nèi)容是三維城市模型（3D City Model, 簡(jiǎn)稱(chēng)3DCM）。 三維城市模型不僅以三維的形式表示城市景觀，而且還能逼真地描述表面特性。因此，表面特征和材質(zhì)參數(shù)的描述如幾何形狀、相片紋理與屬性等都將是三維城市模型的數(shù)據(jù)內(nèi)容。 三維城市模型作為數(shù)碼城市的骨架，不僅僅包括地形、地物（建筑物、交通網(wǎng)絡(luò)，植被等）的三維空間幾何表達(dá)，而且還包括這些地物的紋理特征（對(duì)地形來(lái)說(shuō)，

2、其紋理特征就是相對(duì)應(yīng)的DOM）以及其他的相關(guān)屬性信息。 三維城市模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)的內(nèi)容包括數(shù)字地面模型（Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱(chēng)DEM）、數(shù)字正射影像（Digital Orthoimage Map，簡(jiǎn)稱(chēng)DOM）、城市固定地物的三維模型數(shù)據(jù)（3D City Model Data，簡(jiǎn)稱(chēng)CMD）、材質(zhì)、紋理和相關(guān)的多媒體屬性數(shù)據(jù)。 三維城市模型DEMDOM地物三維模型數(shù)據(jù)多媒體屬性數(shù)據(jù)三維城市模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)的內(nèi)容三維城市模型數(shù)據(jù)的獲取與建模方法 在城市環(huán)境中盡管很多建筑物具有相似的外形，但往往不同的建筑物具有不同的幾何外形特征。在 2D GIS中一般只用建筑物的地面輪廓線來(lái)表達(dá)

3、建筑物，這種表達(dá)只反映了建筑物本身很少部分的信息。在三維城市模型中除了建筑物的基本平面位置及高度信息外，還需表達(dá)建筑物的色彩紋理與幾何外形特征，這些幾何外形特征往往體現(xiàn)三維對(duì)象特別是建筑物對(duì)象的獨(dú)特風(fēng)格。由于城市環(huán)境中建筑物成百上千，如果采用傳統(tǒng)測(cè)量方法，其工作量之大令人難以忍受。因而有許多學(xué)者在如何獲取建筑物的幾何外形特征（或要素方面）進(jìn)行了深入研究，具代表性的工作有如下幾種：將 2D GIS中的建筑物輪廓線與建筑物高度（由層數(shù)計(jì)算或其他方式得到）結(jié)合，用簡(jiǎn)單幾何體表達(dá)建筑物外形特征。這種方法最簡(jiǎn)便，同時(shí)三維數(shù)據(jù)量最少，但也與實(shí)際相差最大。使用航空影像進(jìn)行交互式獲取。由于航空影像真實(shí)地反映了

4、城市建筑的所有頂部信息，同時(shí)也反映了建筑物的部分側(cè)面信息以及大部分建筑物附屬信息，因而可以運(yùn)用數(shù)字化結(jié)合人工交互的方式獲取建筑物的外形特征。這種方法能較真實(shí)地獲取所需要的信息，但由于需要人工干預(yù)，工作量也是相當(dāng)大的。使用航空影像以及地面攝影對(duì)建筑物特征線進(jìn)行自動(dòng)提取。這種方式獲取速度最快，但獲取幾何信息不夠完整，需要人工做大量后續(xù)處理，目前還難以達(dá)到實(shí)用。在地面使用激光掃描儀與GPS，通過(guò)測(cè)距求算獲取。這種方式獲取速度也較快，且所獲取幾何信息相當(dāng)精確，但工作量相當(dāng)大，是一種具有發(fā)展前景的方法。使用高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行建筑物的自動(dòng)提取。高分辨率影像衛(wèi)星的出現(xiàn)，使得人們很容易快速獲取一個(gè)實(shí)時(shí)的，不

5、低于1m分辨率的城區(qū)影像圖，對(duì)于高分辨率衛(wèi)星影像目前可用要素法非常有效地判別建筑物，因而是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N方法。 三維建模有很多，而且相關(guān)的新軟件不斷出現(xiàn)，目前比較通用的建模軟件有國(guó)外的AutoCAD、3DMAX、MultiGen等。 國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了類(lèi)似的產(chǎn)品，如靈圖公司的VRMap、適普公司的IMAGIS等。AutoCAD致力于模型的精細(xì)和機(jī)械的完整，它做出的數(shù)據(jù)是目前的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有精確的材質(zhì)定義和大量的屬性數(shù)據(jù)。AutoCAD繪圖的目的是通過(guò)模擬復(fù)雜的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)生成工程圖，廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)制造行業(yè)。3DMAX目前的主要用途在制作動(dòng)畫(huà)方面，由于它的交換格式3ds文件能有效的描述大多數(shù)三維

6、模型，所以已經(jīng)很多軟件都支持這種格式，有的還把3DMAX模型作為自己的主要數(shù)據(jù)源。但3DMAX模型沒(méi)有屬性信息，也不支持自動(dòng)建模。 MultiGen建模主要是為了做視覺(jué)仿真，對(duì)于建筑物的屋頂?shù)葟?fù)雜對(duì)象，提供了豐富的模型庫(kù)供選擇。它做出的模型可以根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)簡(jiǎn)化，并且可以將任意的多邊形數(shù)據(jù)以一種高效率的結(jié)構(gòu)組織，還能保存視覺(jué)仿真的控制元素。它的缺點(diǎn)是建模周期大，成本高。MultiGen-Paradigm公司和ESRI公司聯(lián)合推出的產(chǎn)品SITEBUILDER 3D，可以根據(jù)Arc/Info二維數(shù)據(jù)以及建筑物的高度屬性自動(dòng)的重建三維模型，不過(guò)目前SITEBUILDER 3D自動(dòng)建立的模型還只是平

7、頂?shù)牧⒎襟w式的模型，不能有效的表達(dá)屋頂?shù)母鞣N復(fù)雜形態(tài)。 靈圖公司的VRMap主要目的是三維景觀的再現(xiàn)，注重場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游速度和仿真效果，但建模手段比較簡(jiǎn)單，目前只能生成一些立方體式的模型，比較復(fù)雜的模型要通過(guò)3DMAX和AutoCAD制作，只有一些很簡(jiǎn)單的模型編輯功能。適普公司的IMAGIS 可以自動(dòng)建立比較簡(jiǎn)單的模型，也有一些編輯功能，可以做出比較復(fù)雜的模型，并有100多種建筑物的屋頂模型?；跀z影測(cè)量的三維城市建模 利用解析測(cè)圖儀或全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站可以非常便利地從高分辨率航空影像上獲取三維城市模型數(shù)據(jù)包括數(shù)字地面模型、數(shù)字正射影像、城市固定地物的三維模型數(shù)據(jù)，所以目前攝影測(cè)量方法是獲取三

8、維城市模型數(shù)據(jù)主要方法在建模時(shí)候，利用建模軟件根據(jù)三維編碼數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型建立起每一個(gè)城市目標(biāo)的三維幾何模型，并在此基礎(chǔ)上整合表面真實(shí)紋理和其他多媒體屬性數(shù)據(jù)或者直接插入其他已有的三維設(shè)計(jì)模型，從而形成逼真的三維城市景觀模型。攝影負(fù)片像片掃描控制點(diǎn)數(shù)據(jù)像對(duì)定向或方位元素安置自動(dòng)相關(guān)獲取DEMDEM編輯多模型DEM鑲嵌存盤(pán)或建庫(kù)質(zhì)量檢查與元數(shù)據(jù)文件記錄全數(shù)字化攝影測(cè)量生產(chǎn)DEM的工作流程 攝影負(fù)片像片掃描控制點(diǎn)數(shù)據(jù)像對(duì)定向或方位元素安置DEM采集與編輯數(shù)字微分糾正數(shù)字正射影像鑲嵌存盤(pán)或建庫(kù)質(zhì)量檢查與元數(shù)據(jù)文件記錄全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法生產(chǎn)數(shù)字正射影像遙感數(shù)據(jù)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字影像幾何糾正數(shù)字影像處理與

9、融合DEM數(shù)字影像鑲嵌圖幅裁切與整飾數(shù)字正射影像輸出或存盤(pán)質(zhì)量檢測(cè)與元數(shù)據(jù)文件記錄遙感影像處理制作DOM的生產(chǎn)流程控制點(diǎn)坐標(biāo)影像定向參數(shù)質(zhì)量檢測(cè)與元數(shù)據(jù)文件記錄導(dǎo)出ASC文本格式數(shù)據(jù)檢查 編輯 修改人工測(cè)量建筑物頂部輪廓特征點(diǎn)/線人工選擇地物類(lèi)和用戶碼建立立體模型數(shù)字影像圖紙數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站交互式數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量采集城市三維數(shù)據(jù)流程圖 特征編碼數(shù)據(jù)3DS/MAX 三維設(shè)計(jì)模型三維建模與編輯平臺(tái)實(shí)地拍攝紋理影像三維城市景觀模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、模型編輯、紋理映射、屬性定義多媒體屬性數(shù)據(jù)正射影像數(shù)字高程模型貼面紋理影像圖象處理三維城市建模流程圖 建筑物的測(cè)量基本房：平頂房：平頂房是指房屋邊界點(diǎn)具有相同的高度

10、屋脊房：屋脊房是指房屋邊界點(diǎn)具有不同的高度，但沒(méi)有內(nèi)部點(diǎn)的房屋有內(nèi)部點(diǎn)的屋脊房：指房屋邊界點(diǎn)具有相同或不同的高度，但有內(nèi)部點(diǎn)的房屋 弧頂房：弧頂房是指房頂象一個(gè)平放的圓柱 球頂房：球頂房是指房頂象一個(gè)半圓球 橢球頂房：橢球頂房是指房頂象一個(gè)半橢球 曲面頂房： 曲面頂房是指房頂象一個(gè)任意曲面 其它屋脊房：指房屋邊界點(diǎn)具有不同的高度，但沒(méi)有內(nèi)部點(diǎn)，并且邊界有弧狀的房屋 其它有內(nèi)部點(diǎn)的屋脊房：指房屋邊界點(diǎn)具有不同的高度，有內(nèi)部點(diǎn)，并且邊界有弧狀的房屋房上房平頂：指水平或者傾斜的平面屋頂 單屋脊頂 雙屋脊頂 弧頂：指房頂象一個(gè)平放的圓柱 球頂房：球頂房是指房頂象一個(gè)半圓球 橢球頂房：橢球頂房是指房頂象一個(gè)半橢球 曲面頂房： 曲面頂房是指房頂象一個(gè)任意曲面 其它無(wú)內(nèi)部點(diǎn)的房 其它有內(nèi)部點(diǎn)的房在測(cè)量房屋時(shí)，不同類(lèi)型的房子要用不同的測(cè)量碼。下屬表格定義了不同類(lèi)型的房子在工作站VirtuoZo 和 建模軟件CCModeler 中的編碼：類(lèi)型VirtuoZoCCModeler基本房 1211044，或54基本房 22361144，或154基本房 33490 (邊界點(diǎn)) 248130(內(nèi)部點(diǎn)) 34房上房 13230511，或512房上房 23300521，或522數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換建立模型模型編輯建筑物的建模移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮