基于Skyline的数字城市三维建模方法研究

来源：职称驿站所属分类：智能科学技术论文发布时间：2011-06-05 06:14:31浏览：次

　　摘要：作者针对城市景观模型特点，通过对既往三维建模方法的对比研究和实验,提出一个相对经济快捷的解决方案，并以Skyline系列软件为平台，以抚顺市浑河景观带为项目区，完成城市三维地理信息系统的构建，为城市三维景观模型的建设提供了一个解决思路。
　　关键词：Skyline;SketchUp；地形数据集
　　0、引言
　　近年来随着“数字城市”战略的实施,城市三维景观已从理论模型的研究阶段过渡到软件产品的开发应用阶段，地理信息系统技术发展也十分迅速，已成功应用到社会经济建设的许多领域。然而,由于迅速构建城市大规模的三维模型存在较大困难,城市的三维建模一直受到数据资源不足的困扰：一方面,规则而简单的建筑物难以真实表达现实三维世界；另一方面,精细建模不但费时费力,庞大的数据量也给系统后期的空间分析及可视化带来很多难题。因此数字城市建模往往面临着“数据量大,任务繁重,硬件要求高,开发周期长”的难题,从而大大限制了该领域的发展。为此,作者针对城市景观模型的特点，通过既有的建模方法的对比研究和实验，提出一个相对经济快捷的解决方案，并以Skyline系列软件为平台，以抚顺市浑河景观带为项目区，完成了抚顺市城市三维景观的构建。
　　1项目区概况及技术路线
　　1.1项目区概况
　　该项目区覆盖范围为沿抚顺市浑河中心线南北各500米，总面积20平方公里，单体建筑上千栋，且有大面积的水体和绿地，充分体现出一般城市所具有的复杂性与多样性，具有很强的代表性。
　　1.2技术路线
　　整体技术路线是将项目区的分幅1:500数字正射影像数据以及数字高程模型数据加载到Skyline系统的TerraBuilder软件中，并对这些数据的格式进行转换，然后进一步生成MPT格式的文件，形成Skyline系统的TerraExplorerPro软件所需要的地表数据集。接下来在TerraExplorerPro中，加载地表数据集，导入矢量数据集及相关数据，进行二维、三维模型的建立，进而生成真实的三维城市景观。

　　图1城市三维建模技术路线图
　　2城市三维模型的建立
　　2.1地形建模
　　地形建模的方法主要是采用在某地区的DEM数据的基础上叠加遥感影像来完成三维地形的显示。对正射影像图进行投影变换，并使用Photoshop进行调色处理，作为地形纹理或者说是三维城市的“底图”。
　　将坐标系统一的地形DEM和正射影像图加载到TerraBuilder软件中，生成*.mpt格式的文件。
　　2.2建筑物建模
　　对于较大区域的建筑群进行三维建模时，需要对不同类型的建筑物进行分别建模，提高效率。对于城市片区内部的建筑以简单纹理的体块表示；沿街的主要建筑需要在体块的基础上添加照片纹理。
　　2.2.1普通建筑的建模
　　在AutoCAD中对地形图进行处理，对不需要的线进行删减，减少数据量，只剩下主要并清晰的建筑物轮廓，将数据导入到ArcGIS中进行拓扑检查，对那些没有闭合的建筑物轮廓线进行闭合处理，以保证后面的建模可以顺利进行，将处理好的建筑物数据与楼层标注信息进行空间关联，给建筑物赋以楼层属性，并按照每层3米来推算建筑高度，从而得到包括建筑物的平面位置及高程信息的矢量数据。在Skyline系列的TerraExplorerPro软件中加载之前生成的地形数据集，导入建筑物矢量数据，按照高度属性进行拉伸处理，得到建筑物体块。由于数据源的时间差问题，可能会存在少量的建筑物与遥感底图中显示的建筑物不匹配的问题，需要使用TerraExplorerPro中的3D-Building功能，在建筑物的位置上进行三维建模，使建筑物体块与正射影像底图一致，并辅以简单统一的纹理。对于处于城市地块内部的大量建筑群可采用这种方式进行建模。
　　2.2.2特殊建筑
　　对于城市内一些结构复杂的建筑或是标志性建筑，在3DMAX中进行单独建模，赋以精细的结构和材质。将建好的模型转为xpl格式。转换格式之后的模型文件可直接加载到TerraExplorerPro中，调整好位置和相关属性，从而完成特殊建筑的建模。
　　2.2.3其它建模部分
　　对树木的处理，采用透明纹理的方法，而不是立体模型。对道路和绿地的处理，可以相对灵活，可以采用真实纹理的方式，也可以用单一颜色表示，
　　3城市三维景观的展示
　　在加载地形数据集，添加矢量数据和相应的模型之后，即可在TerraExplorerPro中进行城市三维景观的浏览漫游，也可以进行二次开发，定制界面和相应的功能。
　　
　　（数字城市系统界面）
　　
　　4总结
　　本文提出了一套完整的城市三维建模的解决方案。首先介绍了三维建模的研究现状，然后以AutoCAD地形图和遥感影像为数据源，以Skyline系列软件为平台，完成了抚顺市浑河景观带的三维建模，最后利用Skyline提供的开发包实现了项目区的三维展示系统。结果表明这种三维建模方式是切实可行的,能够高效快速的建立大场景的城市三维景观，直观快速地显示和浏览三维信息，满足城市三维建模的需求。
　　参考文献
　　1.朱庆，林珲.数码城市地理信息系统-虚拟城市环境的三维城市模型初探。武汉：武汉大学出版社，2004.2.胡鹏，黄杏元，花一新.地理信息系统教程。武汉大学出版社，2007
　　3.成遣，宋伟东，徐爱功，等.基于MAPGIS的城市三维可视化系统的建立。矿山测量，2005（3）