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基于skyline的城三维建模研究.DOC

发布:2018-08-13约5.06千字共8页下载文档
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基于skyline的城市三维建模研究 自从戈尔提出“数字地球”的概念后,用数字形式表示地理空间成为热点,数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略,成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。在构建数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分,是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。城市三维景观的建立,将以全新的方式表达和处理地理空间信息,在城市规划、房地产开发、交通管理、旅游等领域起着重要的作用。 随着信息化时代的迅速发展,人们对城市中各种三维信息的表达与处理日益迫切,不仅需要表达单个建筑物或建筑物群体,还需要建立整个城市景观模型,并希望利用这些模型进行有关城市的规划设计、应急指挥等工作。然而,由于快速构建大规模三维模型较困难,城市三维建模受到数据资源不足的困扰。一方面,规则、简单的建筑物难以真实表达现实的三维世界;另一方面,精细建模不但费时费力,数据量也给系统后期的可视化和空间分析带来很多难题。在数字区域研制中,城市虚拟建模往往面临着“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,笔者通过对比研究和实验,综合已有的方法,针对城市景观模型的特点,探索出一个相对经济快捷的解决方案,并以skyline系列软件为平台,以河南许昌市为试验区,完成城市三维景观的构建,为城市三维景观的建设提供了一个思路,相信对于推动我国城市三维建模将会有所帮助。 1三维建模研究现状 目前人们对城市三维景观建模作了很多研究,三维建模从技术本质上将,大致有如下三种实现技术:一是直接使用三维模型制作软件,如Sketch Up、3DMAX等软件进行建模; 二是直接利用传统GIS的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模,各建筑物表面还可以加上相应的纹理; 三是利用数字摄影测量技术进行三维建模。第一种方法能逼真地表示城市的精细结构和材质特征,但所建模型不能表示真实的地理位置,且制作需耗大量的人力和物力。第二种方法利局限于较规则建筑物的三维建模,对城市的精细节点表达力度不够,视觉效果不是很好。第三种方法目前来说成本还相对较高。 在进行城市三维建模的实际操作中,面对名目繁多的地物类型和大量的地表建筑,单纯使用以上的某一种技术方法很难做到快速而有效,所以往往是将不同的技术方法综合使用,即多源数据多种方法综合的三维建模。例如,早期人们将航空影像与DEM 叠加,用以构建城市的地形或建筑群景观模型。尽管这种方法方便、快捷,但所构建的建筑群缺少侧面纹理及几何信息。在此基础上,有学者提出基于2DGIS 与DEM 结合构建三维城市模型的方法,但该方法仅能在城市自然景观上建立较为规则的建筑物模型,难以构建城市中诸如河流、道路、绿化、市政设施等较为复杂的实体。目前许多学者借助成熟的三维建模成果,基于对象的平面底图数据、航空影像或地面摄影影像对其进行三维重建,这种建模方法虽然可以建立精细、逼真的三维模型,但整个建模流程需要手工操作,自动化程度低。而且这种方法建立的模型数据量非常大,不利于3DU GIS 的可视化和空间分析,而基于几何要素的三维建模方法(CSG方法)和基于程序的建模方法由于受几何要素的规则性限制,难以描述较为复杂和真实的三维建筑,多用于对现实真实性要求不强的三维游戏、军事仿真等领域。 从整体上讲,上述三维模型的构建方法因可视化效果差或自动化程度低,已成为制约地理信息发展和数字城市建设的瓶颈。 2数据准备和技术路线 2.1 实验区概况 实验所选样区为河南省许昌市老城区。片区面积为1.8平方公里,单体建筑上千栋,区内古老与现代建筑并存,且有大面积的水体和绿地,充分体现出一般城市应具有的复杂性与多样性,具有很强的代表性。 2.2 数据源 1) 许昌市老城区及其周边地区1∶500 地形图(DWG格式),地形图坐标系统采用1954 年北京坐标系,地形图内容包括道路、水体、等高线、建筑物和标注信息,地形图的信息采集时间为1998年。 2) 许昌市老城区及其周边地区QucikBird高分辨率卫星影像,影像成像时间为2005年,采用的坐标系统为UTM投影坐标系。 3) 许昌市老城区部分建筑物及其他物体的近景数码照片,数码照片拍摄时间为2007年。 2.3 软件配置 核心应用软件为Skyline系列软件,用于三维展示和应用开发,开发环境为Visual Studio2005。辅助软件有四套,名称及主要用途为:ArcGIS用于矢量数据的处理和转换;AutoCAD用于建筑物轮廓提取及数据源处理;PhotoShop用于纹理图像加工与处理; 3DSMAX用于特殊建筑的三维建模。 Skyline 系列软件是非常优秀的三维地理信息系统软件,它是由三个相互独立的子系统构成: TerraBuilder、Ter
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