陳傳河

摘 要：文章針對(duì)建設(shè)數(shù)字城市，對(duì)多種三維建模方法進(jìn)行對(duì)比分析，并且介紹了三維建模的內(nèi)容以及三維建模展示過程，通過分析了解到不同三維建模方法之間的差異性與優(yōu)缺點(diǎn)，從而推動(dòng)我國城市建設(shè)的發(fā)展，也希望為今后城市建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維建模；方法對(duì)比

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0036-01

信息化技術(shù)的普及，也為城市建設(shè)帶來了新的方向，例如“數(shù)字城市”“天地圖”等，為此，相關(guān)部門也相繼出臺(tái)了一些政策，通過技術(shù)規(guī)范的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市建設(shè)。建設(shè)數(shù)字城市也為各個(gè)行業(yè)創(chuàng)建了更具權(quán)威性的空間信息平臺(tái)，使各個(gè)部門的地理信息資源能夠?qū)崿F(xiàn)共享。并且將地理信息的優(yōu)勢發(fā)揮出來，使其能夠?yàn)檎暧^決策、社會(huì)公益服務(wù)等提供支持。三維模型本身具有真實(shí)性與生動(dòng)性特點(diǎn)，能夠?qū)⑷S空間信息更加直觀的體現(xiàn)出來，這也成為建設(shè)數(shù)字城市非常必要的環(huán)節(jié)。三維建模在建筑領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)了非常重要的地位，并且得到了廣泛的關(guān)注，對(duì)于建設(shè)數(shù)字城市有非常重要的意義。

1 三維建模內(nèi)容

在建筑行業(yè)，三維建模是一種現(xiàn)代化信息技術(shù)的體現(xiàn)，在建設(shè)數(shù)字城市過程中運(yùn)用三維建模，主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）以數(shù)字立體航空攝影為前提的三維建模；（2）以大比例尺地形圖為前提的三維建模；（3）以三維激光掃描儀為前提的三維建模；（4）以車載移動(dòng)測量系統(tǒng)為前提的三維建模；（5）以傾斜攝影為前提的三維建模。

2 三維建模展示

三維建模一般需要通過ArcGIS軟件來實(shí)現(xiàn)，該軟件中主要提供了新的三維元素模型，例如多面體這種三維顯示模型。所謂多面體，其實(shí)是一種與點(diǎn)、線、面相似的數(shù)據(jù)類型，可以被儲(chǔ)存于shp文件內(nèi)，或者Geodatabase。ArcGIS軟件可以創(chuàng)建主流三維模型，例如SketchUp、3DMAX、VRML等，為數(shù)據(jù)導(dǎo)入提供了便捷的工具，尤其是復(fù)雜模型的導(dǎo)入。

2.1 ArcGIS、SketchUp

SketchUp直接關(guān)系到設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作，在創(chuàng)建、修改以及共享模型三個(gè)方面體現(xiàn)了非常強(qiáng)的優(yōu)勢，可以進(jìn)行3D設(shè)計(jì)的軟件，在三維建筑設(shè)計(jì)中是應(yīng)用非常廣泛的工具[1]。通過SketchUp創(chuàng)建的城市三維模型，在操作方面體現(xiàn)了非常高的效率，而且場景也非常真實(shí)，能夠支持共享。

ArcGIS中還包含了SketchUp插件工具，在SketchUp內(nèi)導(dǎo)入建模區(qū)域以及幾何形狀，從而完成精細(xì)建模。此外，ArcGIS也可以應(yīng)用Collada文件實(shí)現(xiàn)交互，將ArcGIS和SketchUp涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換[2]。第一，在ArcGlobe內(nèi)加載二維矢量數(shù)據(jù)，即居民地以及建筑物的面狀數(shù)據(jù)，按照建筑物實(shí)際高度屬性將其擠成三維體；第二，將三維體保存為Multipatch格式，再轉(zhuǎn)換成為允許Google打開的Collada文件；第三，將Collada文件導(dǎo)入到SketchUp內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)建模以及紋理映射；第四，完成建模，將模型導(dǎo)出到Collada文件中。

2.2 ArcGIS、3DS MAX

ArcGIS、3DS MAX在實(shí)際使用的過程中，是將二維CAD底圖，在整理之后導(dǎo)入之3DS MAX內(nèi)，再將CAD底圖作為前提繪制模型。通過Photoshop軟件，采集現(xiàn)場照片，制作貼圖。將已經(jīng)貼好材質(zhì)的三維樓體，導(dǎo)入至ArcGIS軟件，并且進(jìn)行調(diào)整，以此形成三維數(shù)字城市模型。

3 數(shù)字城市三維建模方法對(duì)比

3.1 以數(shù)字立體航空攝影為前提的三維建模

外業(yè)在航空攝影測量獲知重疊度高、原始分辨率高的影像，在內(nèi)業(yè)操作期間，與人工地面像控測量相結(jié)合，對(duì)空中三角進(jìn)行加密處理，針對(duì)完成加密的成果，在立體環(huán)境中提取建筑物平面幾何高程數(shù)據(jù)，按照收集的矢量數(shù)據(jù)，使用軟件形成三維模型數(shù)據(jù)，提取模型頂部的紋理，按照外業(yè)搜集的建筑物側(cè)面紋理，通過軟件編輯側(cè)面紋理貼圖[3]。

使用這種三維建模方法，建模面積比較廣泛，可以用于面積比較大的數(shù)據(jù)采集與建模，并且三維建模規(guī)模非常大，這種建模方式體現(xiàn)出非常大的優(yōu)越性。此外，建模效率非常高，可以實(shí)現(xiàn)批量建模，將建模周期縮短；模型數(shù)據(jù)體現(xiàn)出非常高的精準(zhǔn)性，平面、高程是以航測立體搜集獲取，高程誤差僅為0.4m左右[4]。對(duì)航攝比例尺進(jìn)行調(diào)整，形成的模型精度具有靈活性；模型級(jí)別也非常靈活，可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求個(gè)模型重要程度劃分等級(jí)，并且建模，成果類型非常豐富，除了三維模型以外，也會(huì)生成數(shù)字正射影像以及數(shù)字高程模型等。但是，這種建模所花費(fèi)的成本比較高，空域申請(qǐng)程序也非常繁瑣，并不適合用于小范圍內(nèi)的模型制作。

3.2 以大比例尺地形圖為前提的三維建模

這種建模方式是通過現(xiàn)有的大比例尺地形圖，將其作為外形輪廓線，并且通過3DMAX軟件建立白模，以外業(yè)所采集紋理照片、模型作為對(duì)比，分別構(gòu)建各個(gè)等級(jí)的模型與側(cè)面紋理貼圖。在使用該三維建模方式時(shí)，平面精度主要是受大比例尺地形圖這一因素影響，建筑物高度是以項(xiàng)目實(shí)際要求，根據(jù)外業(yè)照片樓層數(shù)進(jìn)行預(yù)估，或者通過外業(yè)量測獲取。例如，項(xiàng)目對(duì)于高度的要求高，這時(shí)可以使用外業(yè)量測的方式獲取高度，但是這會(huì)增加外業(yè)工作量。

使用該方式消耗的建模成本比較低，體現(xiàn)出非常高的模型平面精度，數(shù)據(jù)更新速度快，一方面更新地形圖，另一方面可以同時(shí)采集外業(yè)數(shù)據(jù)。

3.3 以三維激光掃描儀為前提的三維建模

該建模方式是以三維激光掃描儀為主要設(shè)備，外業(yè)通過設(shè)置站點(diǎn)的形式采集三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)則是利用數(shù)據(jù)處理軟件配準(zhǔn)數(shù)據(jù)、建立網(wǎng)格、精簡與分割數(shù)據(jù)等。使用該建模方法，優(yōu)點(diǎn)在于掃描迅速，并且有非常高的精度和實(shí)時(shí)性，支持全自動(dòng)化操作，體現(xiàn)了非常強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下完成測量工作。

3.4 以車載移動(dòng)測量系統(tǒng)為前提的三維建模

在車載移動(dòng)測量系統(tǒng)基礎(chǔ)上的全景相機(jī)、多重激光掃描設(shè)備，所提供的多元數(shù)據(jù)流精準(zhǔn)度高、傳播速度快，能夠快速掃描信息密集的地區(qū)，也可以在行車期間采集空間信息以及視頻影像，通過軟件將信息集成至GIS數(shù)據(jù)庫內(nèi)，可以在可量測全景影像的基礎(chǔ)上提取模型，采集紋理信息，獲取建筑高度，針對(duì)所有可見物體，直接通過影像便能夠完成建模，展開量測解析、資產(chǎn)盤點(diǎn)等工作，并且為其增添3DCG標(biāo)識(shí)。此外，也可以在虛擬的環(huán)境下實(shí)施景觀模擬，將存在的沖突提前處理。該建模方式的速度比較快，能夠減少外業(yè)工作量，建模精度也比較高，按照點(diǎn)云建模平面，可以確定誤差<0.2m，高程誤差在0.2m～0.3m之間。然而這種建模方式也存在一些缺點(diǎn)，采集到的紋理分辨率比較低，非常容易受遮擋。

3.5 以傾斜攝影為前提的三維建模

傾斜攝影技術(shù)是一種新型測繪技術(shù)，利用處于相同飛行平臺(tái)中搭載的多臺(tái)傳感器，可以在多個(gè)角度完成影響的采集，其中也集合和以前的航空攝影、近景測量兩種技術(shù)。該建模方式能夠通過軟件建立白模的，完成建模之后在傾斜影像中形成紋理信息，以自動(dòng)的方式重新建立建筑物三維模型紋理，這樣一來將數(shù)字城市三維建模周期縮短期。該建模方式的覆蓋范圍比較大，信息冗余度非常高，并且體現(xiàn)了多重分辨率這些特征。

4 結(jié)語

綜上所述，通過三維數(shù)字建模的方式建立數(shù)字城市，一方面可以提高數(shù)字城市模型精準(zhǔn)性，另一方面也可以滿足不同需求。通過以上幾種方式的對(duì)比了解到各種建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為今后建立數(shù)字城市提供可行的建議。

參考文獻(xiàn)

[1]張彤蘊(yùn).數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)處理方法研究[J].價(jià)值工程，2017，36（15）：59-61.

[2]朱恒.關(guān)于數(shù)字城市三維建?？梢暬夹g(shù)分析[J].西部資源，2017，（01）：113-114.

[3]關(guān)麗，丁燕杰，張輝，馮學(xué)兵，譚向農(nóng)，趙金玲.面向數(shù)字城市建設(shè)的三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2017，（02）：90-94.