三維數(shù)字城市建模技術(shù)

三維數(shù)字城市建模技術(shù)摘要：數(shù)字理念應(yīng)用于城市規(guī)劃，工程檢測(cè)，交通服務(wù)，政策決定等方面，并在應(yīng)用中進(jìn)一步推廣了數(shù)字應(yīng)用的縱深發(fā)展。使用較為先進(jìn)的信息化手段，能夠?yàn)槌鞘械囊?guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)以及一些應(yīng)急措施的應(yīng)用發(fā)揮良好作用。三維數(shù)字城市的建模，能夠在很大程度上有效提高政府的實(shí)際服務(wù)和管理水平，從而有效增強(qiáng)城市的管理效率，為有效節(jié)約城市資源發(fā)揮重要的作用。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字；城市建模；建模技術(shù)

1引言

城市三維空間信息則具有直觀性強(qiáng)、信息量大、內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)。三維GIS作為一種能夠綜合地處理各種空間和屬性信息的工具在城市規(guī)劃、國(guó)土監(jiān)測(cè)、交通管理、輔助決策等方面都有廣泛的應(yīng)用，隨著人們對(duì)三維GIS的認(rèn)識(shí)的不斷深入，對(duì)城市三維信息需求的不斷增加進(jìn)而提出了三維城市模型的概念。通過(guò)對(duì)三維GIS中三維城市模型理論及相關(guān)的技術(shù)方法的探討，對(duì)今后三維城市模型的研究有更為深刻的認(rèn)識(shí)，為今后的工作提供指導(dǎo)。

1.1數(shù)字城市概述

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，美國(guó)率先提出了國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施和全球信息基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃，隨之越來(lái)越多的國(guó)家加入到全球信息化的行列，從而演變出了數(shù)字城市的基本概念。數(shù)字城市主要是通過(guò)對(duì)空間信息的應(yīng)用，構(gòu)筑一個(gè)虛擬的平臺(tái)，其中，關(guān)于一些社會(huì)資源、基礎(chǔ)設(shè)施、自然資源、人文以及經(jīng)濟(jì)方面的信息和內(nèi)容，能夠通過(guò)數(shù)字形式進(jìn)行有效獲取，從而為社會(huì)和政府提供眾多的服務(wù)。通過(guò)數(shù)字城市的建設(shè)，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)城市信息的綜合應(yīng)用，提供良好的效果?？沙掷m(xù)發(fā)展是當(dāng)前社會(huì)的重要發(fā)展原則之一，對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)生活具有重要影響。建設(shè)數(shù)字化的城市，能夠有效促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，增強(qiáng)城市的發(fā)展效力。

1.2數(shù)字城市是數(shù)字地球建設(shè)中的重要節(jié)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球計(jì)劃中占有舉足輕重的地位。數(shù)字城市建設(shè)隨著計(jì)算機(jī)水平的提高，目前正向三維數(shù)字城市方向快速發(fā)展。自“數(shù)字地球”的概念提出以來(lái)，在國(guó)際國(guó)內(nèi)已引起廣泛的關(guān)注。數(shù)字城市作為數(shù)字地球的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是數(shù)字地球中一個(gè)不可缺少的重要組成部分。數(shù)字城市的建設(shè)不僅僅是城市地圖的數(shù)字化和大比例尺地圖測(cè)繪、計(jì)算機(jī)化，它有自身的技術(shù)體系。因此，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究和理論的探討對(duì)數(shù)字城市的建設(shè)不僅是必要的，而且是必須的。數(shù)字城市的建成將為城市各行各業(yè)提供權(quán)威的、唯一的、通用的空間信息平臺(tái)，有力促進(jìn)各部門(mén)地理信息資源共享與應(yīng)用，充分發(fā)揮地理信息在政府宏觀決策、應(yīng)急管理、社會(huì)公益服務(wù)、人民生活改善等方面的作用。

2三維技術(shù)構(gòu)建及建模方法

數(shù)字城市需要一個(gè)逼真的模擬，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，考慮到硬件限制和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。數(shù)字城市建模和模擬的動(dòng)畫(huà)要求建模方法有一個(gè)顯著不同的數(shù)字城市建模模型分割和紋理映射技術(shù)。目前眾多世界城市虛擬場(chǎng)景結(jié)構(gòu)在以下方面：基于模型和BR這兩種方法可以實(shí)現(xiàn)在3DSMAX中驗(yàn)證。多邊形模式是第一次使用的建模技術(shù)，用一個(gè)小平面來(lái)模擬表面，從而形成各種形狀的三維對(duì)象的一個(gè)小的平面可以是三角形，矩形或其它多邊形，但在實(shí)踐中更多的使用三角形或矩形。多邊形建模的，直接創(chuàng)建基本幾何體，根據(jù)要求修改調(diào)整對(duì)象的形狀，或使用放樣面片建模，組合對(duì)象創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實(shí)工程，多邊形建模的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、快捷，但它產(chǎn)生一個(gè)光滑的表面，因此適于構(gòu)建規(guī)則形狀的對(duì)象，如大多數(shù)的人造物體的多邊形建模技術(shù)是困難的，同時(shí)可根據(jù)要求，只可通過(guò)調(diào)整的參數(shù)建立的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)該模型可以得到不同的分辨率的模型的虛擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)顯示的需要和適應(yīng)。

目前實(shí)現(xiàn)三維建模的方法大致有以下幾種：一是直接利用三維建模軟件，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（AutoCAD）、三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件（3DStudioMax）等工具人機(jī)交互式三維建模；二是直接利用GIS的二維數(shù)據(jù)和高度信息建立三維模型，但這種方法只局限于規(guī)則對(duì)象的建模；三是基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量原理對(duì)物體快速建模。隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展和自動(dòng)化，根據(jù)三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)構(gòu)建三維模型正成為研究的熱點(diǎn)。

3三維數(shù)字城市建模技術(shù)

3.1數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展與高分辨率衛(wèi)星影像的出現(xiàn)，使三維數(shù)據(jù)大批量地快速獲取已成為可能。這種建模方法主要的原理是基于遙感影像數(shù)據(jù)，根據(jù)遙感影像之間的相互關(guān)系，利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的基本原理，建立相應(yīng)的交會(huì)模型，進(jìn)而得到實(shí)際地物點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且建立數(shù)字地表模型，再通過(guò)相應(yīng)的紋理映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)三維景觀模型的建立。該技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行目標(biāo)建筑物的幾何空間與高程數(shù)據(jù)的快速構(gòu)建，并且精度高、快速成像。因此，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在三維建模中具有十分重要的作用。

3.2航空攝影測(cè)量技術(shù)

在三維建模領(lǐng)域，航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用較早，在多年來(lái)的發(fā)展中，已經(jīng)非常成熟。使用該技術(shù)，能夠創(chuàng)建立體環(huán)境，實(shí)現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的位置、高度、形狀信息的快速與準(zhǔn)確獲取。然后結(jié)合外業(yè)紋理采集與正射影響屋頂信息能夠進(jìn)行精細(xì)三維模型的構(gòu)建。然而該技術(shù)對(duì)建筑物紋理進(jìn)行提取的過(guò)程中，側(cè)面紋理無(wú)法被有效獲取，因此，同新時(shí)期我國(guó)的精細(xì)化城市三維建模的要求不符。

3.3機(jī)載/車載激光掃描技術(shù)

在對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，所構(gòu)建而成的模型在細(xì)節(jié)方面可以被充分的表現(xiàn)出來(lái)，因此能夠形成較高的精度，不需要進(jìn)行大量的外業(yè)就能夠完成建模。然而，在應(yīng)用該技術(shù)提取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，需要經(jīng)歷復(fù)雜的算法過(guò)程，可供操作的軟硬件短缺，在構(gòu)建三維模型的時(shí)候，應(yīng)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，如果三維場(chǎng)景模型范圍較大，那么在后期傳輸、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及瀏覽的時(shí)候，難度較高。

3.4傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

在對(duì)近景測(cè)量技術(shù)和航空攝影技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用的過(guò)程中，就產(chǎn)生了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。使用傾斜攝影技術(shù)時(shí)，能夠有效及時(shí)地獲取到較為豐富的空間影像情況，還能夠?qū)⑵浞旨?jí)別地進(jìn)行應(yīng)用，這對(duì)于三維建模工作的有效進(jìn)行，具有較為明顯突出的作用。傾斜攝影技術(shù)主要是通過(guò)傾斜的角度進(jìn)行成像的，因而，相較于傳統(tǒng)的直觀角度，這種技術(shù)能夠讓用戶們從多個(gè)角度進(jìn)行觀察，對(duì)于形象、直觀地展示地理實(shí)際形態(tài)具有重要作用，有效改善了正射影像的不足之處。該技術(shù)可以從多個(gè)層面對(duì)建筑物進(jìn)行觀察，同時(shí)也能夠?qū)N圖紋理進(jìn)行批量提取，擁有較快的建模速度，也能夠更加真實(shí)的對(duì)地物周邊環(huán)境進(jìn)行反映，同時(shí)僅需要應(yīng)用少量的數(shù)據(jù)就能夠完成建模。該技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)數(shù)字城市精細(xì)化三維建模技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向。

結(jié)語(yǔ)

不斷發(fā)展的城市環(huán)境建設(shè)過(guò)程中，人工、地形和資源共享等原因造成的耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大等問(wèn)題會(huì)影響建設(shè)效率，而應(yīng)用三維數(shù)字城市建模技術(shù)可以有效解決這些問(wèn)題。三維模型能夠真實(shí)、生動(dòng)的表達(dá)三維空間信息，成為數(shù)字城市建設(shè)過(guò)程中一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛鵬濤.基于傾斜攝影測(cè)量技