淺析數(shù)字城市建設中三維模型數(shù)據(jù)的制作規(guī)范與建模方法

1、淺析數(shù)字城市建設中三維模型數(shù)據(jù)的制作規(guī)范與建模方法摘要:隨著三維可視化技術發(fā)展，三維仿真系統(tǒng)在城市規(guī)劃、城市管理輔助決策中得到越來越廣泛的應用, 但是三維模型數(shù)據(jù)卻缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，三維模型數(shù)據(jù)更新、維護和數(shù)據(jù)共享成為難點，在一定程度上制約三維仿真更加深入的應用，本文針對城市地籍三維建模中的模型數(shù)據(jù)展開研究，提出標準制定的目標，對標準主要內容進行分析闡述，并結合貴港、梧州三維數(shù)字建模應用實例，探討三維模型數(shù)據(jù)的制作標準和處理方法。關鍵詞：數(shù)字城市 三維建模 photoshop 3dsmax 制作規(guī)范 建模方法1模型的基礎數(shù)據(jù)來源和軟件環(huán)境 利用廣西全區(qū)14個地市和重點區(qū)域的1:500地籍圖，

2、結合通過lidar技術獲取的建筑物形狀及高度數(shù)據(jù)以及對建筑物實拍的紋理數(shù)據(jù)，通過計算機三維軟件建立全區(qū)14個地市和重點區(qū)域的重要建筑物的精細模型。1.1數(shù)學基礎采用1980西安坐標系，高斯-克呂格投影，1.5分帶；采用1985國家高程基準。 1.2 數(shù)據(jù)處理軟件gis軟件： supermap、mapgis、skyline；圖像處理軟件：photoshop cs；三維建模軟件：3dmax 9；圖形處理軟件：autocad 2004。1.3使用硬件高檔微機、圖形工作站、服務器、800萬像素以上數(shù)碼相機等。2三維模型的制作標準和規(guī)范2.1模型坐標系具有統(tǒng)一的三維地理坐標是建造大規(guī)模三維場景和應用系統(tǒng)

3、的基礎。武漢市三維數(shù)字地圖系統(tǒng)建設以國家1:2000和1:500地形圖為基礎，以使該系統(tǒng)能與其他gis和測量系統(tǒng)兼容。為使三維模型能夠順利、正確地導入數(shù)據(jù)庫，所有坐標都應基于統(tǒng)一的坐標系。2.2 模型的基本單位城市大比例尺地形圖通常采用采用平面坐標系，以米為單位，因此模型建造也應以米為基本單位，按實際地物的實際尺寸建模，尺寸精度根據(jù)該模型所處的lod級別而定。2.3模型的制作三維數(shù)字地圖主要用于表現(xiàn)城市外觀風貌，考慮到數(shù)據(jù)量的問題，應只對室外可見部分建模，在制作過程中，應在保持地物基本形狀和特征的基礎上，盡量減少面片數(shù)量, 避免無限制的表現(xiàn)，造成數(shù)據(jù)量快速膨脹，如一般模型控制在500面以內，重

4、要建筑控制在1500面以內。2.4模型定位參考點每個模型必須有用于定位的參考點。定位參考點是模型的局部坐標系的點，用于精確定位模型的空間位置，這對于引用三維場景中相同或類似的地物非常有用（如：電桿、路燈、交通燈等）。三維數(shù)字地圖建模規(guī)定：模型的定位點為地形圖上該地物外接矩形的中心，縱向為模型最低點,同樣，模型z軸最低點坐標要在0點以上，地面同理。在該項目建模中,我們會將1:500建筑施工圖導入autocad里,然后對底圖數(shù)據(jù)進行標高和厚度的歸零處理(這樣才能保證從3dmax里導入進來的cad圖形（*.dwg）z參照系高程為零)。2.5模型的高度模型的高度，尤其是建筑物高度，根據(jù)不同細節(jié)程度模型

5、的表現(xiàn)需要，可采用以下三種方式確定：體塊模型、基礎模型的建立，可根據(jù)現(xiàn)有二維gis數(shù)據(jù)（如：樓層數(shù)）確定建筑物及其他要素的高度；質量要求較高的模型，可采用航片立體相對、激光測高儀或lidar確定建筑物及其分段部位的高度；精細模型從建筑設計圖或施工圖獲得。2.6樣條曲線面的使用2.6.1 樣條曲線面能用較少的參數(shù)細膩地表現(xiàn)連續(xù)表面，但轉化為通用格式（如3ds）后會帶來巨大的數(shù)據(jù)量，因此模型的制作盡量不采用樣條曲線面，或者在使用后將其轉化為折線，而后進行曲線面優(yōu)化。2.6.2 對于模型的底部與地面接觸的面，也就是坐落在地面上的建筑底面都應該刪除。模型落搭時相對被包裹的小的面要刪除,嚴格禁止模型出現(xiàn)

6、兩面重疊的情況，要刪除模型中重合的面，不然會造成重疊面在場景中閃爍的情況。對于有重疊結構且邊緣不用貼圖細致表現(xiàn)的模型可以采取落搭的方式制作以節(jié)省數(shù)據(jù)量，如圖：2.6.3 對模型結構與貼圖坐標起不到作用的點和面要刪除以節(jié)省數(shù)據(jù)量, 創(chuàng)建模型時，利用捕捉使模型的點與點之間相互對齊，不要出現(xiàn)點之間有縫隙或錯位導致面出現(xiàn)交叉的情況，避免場景漫游時發(fā)現(xiàn)閃面或破面的情況影響效果。2.6.4 模型的網(wǎng)格分布要合理。模型中平直部分可以使用較少的分段數(shù)，曲線部分為了表現(xiàn)曲線的轉折可以適當?shù)亩喾峙湟恍ＤＰ推矫孢吘壿喞c分布盡量均勻，否則容易使模型破面或產(chǎn)生其他問題。2.6.5保持所有的模型中物體的編輯使用edi

7、t mesh或edit poly方式，為精簡數(shù)據(jù)量，特殊情況可使用surface建模， nurbs建模方式基本上不允許使用。如有平面物體表面有黑斑時，應取消這幾個面的光滑組。對于曲面要統(tǒng)一曲面的光滑組，避免烘焙的時候貼圖出現(xiàn)黑色接縫。2.7相片處理對于實地拍攝的相片，必須先進行透視矯正，然后進行色調的調整，對于標準級別以上的模型，還需要清楚遮擋物，以獲得良好的視覺效果，最后根據(jù)地物所在的分區(qū)編號、建筑編號規(guī)范紋理名稱。2.8紋理映射規(guī)范紋理圖片的單位尺寸和文件格式，盡可能的壓縮數(shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)調用效率，如必須采用2的n次方，紋理圖片的色彩模式應使用rgb，紋理格式應用jpg格式等。紋理映射只采

8、用散射貼圖（diffuse）和透明貼圖（opacity）。三維建模軟件通常都支持豐富的紋理映射方式，但通用交換文件格式通常只支持有限的幾種，因此，紋理映射應只采取最常用的貼圖方式。2.9模型的制作工具與成果提交形式采用建模工具制作的模型以兩種方式提交：一種為建模工具默認的格式（如：max文件），一種為轉換的3ds文件，并以文件夾的形式提供紋理，模型文件名、文件夾的名字應相同。3模型制作和貼圖渲染3.1photoshop與3ds max造型 3ds max具有非常靈活多樣的造型功能：既可對已有的多種三維模型進行各種編輯修改，又能利用二維圖形進行拉伸、旋轉、放樣等編輯方式創(chuàng)作出多種三維模型。有時對

9、簡單的二維造型，可以在3ds max某一視窗內借助于現(xiàn)成的二維造型或直接采取手工繪制的方法來實現(xiàn)，但對于比較復雜的造型(如地圖的外形)其不規(guī)則曲線比較多，對造型的比例要求又高。若采用photoshop對相應圖像進行精確選取、輸出矢量路徑，再回到3ds max中輸入使用就簡便易行多了。 3.1.1 photoshop中準確選取地圖邊線 在photoshop中要精確地選擇或制作不規(guī)則曲線通常都要使用到路徑。路徑是一種通過矢量畫圖的方法進行圖像區(qū)域選擇的手段，它通常由節(jié)點和方向線組成，通過對節(jié)點和方向線的調整、修改而達到對不規(guī)則圖形精確選取和繪制的目的。 3.1.2在photoshop中建立及編輯路

10、徑將選區(qū)轉化為路徑：在photoshop中打開一幅含有地圖的圖像，根據(jù)圖像的具體情況利用“磁性套索”或“魔棒”等選擇工具，將中國地圖的外形框架選擇出來。然后，在選區(qū)上點擊鼠標右鍵，選取“建立工作路徑”命令，就將所在的選區(qū)轉化成路徑，然后可以選擇工具欄中“直接選擇工具”對路徑上的節(jié)點和方向線進行調整、修改，直到滿意為止。 photoshop軟件還提供矢量繪制工具供你進行各種路徑的創(chuàng)建，主要有：a、鋼筆工具：它是photoshop中最基本的矢量繪畫工具，包括“鋼筆工具”、“自由鋼筆工具”兩種工具，通過它們可以在photoshop中繪制出各種直線路徑和曲線路徑。路徑建立后，還可以利用“添加錨點工具”

11、和“刪除錨點工具”對節(jié)點進行增加、刪除。 b、多邊形工具： 在photoshop6.0中還增加了“多邊形工具”矢量建造工具，多邊形工具中包括有“矩形、圓角矩形、橢圓、多邊形、直線、自定義”等矢量建造工具，這些工具的提供使得矢量圖形的創(chuàng)作更加便利。 3.1.3 在photoshop中輸出路徑選擇photoshop“文件”菜單下的“文件輸出輸出路徑到illustrator”命令，出現(xiàn)文件保存對話框，設定保存的路徑和文件名，將文件保存為“*.ai”(如map.ai)文件，其目的是在3ds max中方便地調用。3.1.4 在3ds max中導入路徑文件并制作成三維造型 1) 在3ds max中導入路徑

12、：進人3ds max，選擇“fileimport”命令，在“文件類型”中選擇“adobe illustrator”即后綴為.ai的文件格式，在相應的文件夾中調出前面制作并保存的“*.ai”(如map.ai)文件，這時你會發(fā)現(xiàn)前面在photoshop中創(chuàng)建的路徑在這里已經(jīng)成為了二維圖形。 2) 對二維圖形進行修改加工：由于導入的圖形屬于可編輯的樣條曲線，因此可充分利用3ds max中強大的修改工具對其進行更加精細的點線加工，既可以對整個曲線進行修改，又可以對子物體(如“點”)進行修改，直到你感到滿意為止。 3) 生成三維造型：二維圖形產(chǎn)生并滿意后，再生成三維造型就相當容易了。我們可以通過“ext

13、rude”即“擠出/拉伸”命令使地圖產(chǎn)生一定的厚度，如果是其他標志還可以施加“bevel”命令以產(chǎn)生一定的倒角造型，或是旋轉、放樣等命令從而完成較為復雜的各種三維造型。如下是梧州麗港商貿城效果圖:4結語三維“數(shù)字城市”建設是一項龐大的的系統(tǒng)工程，在設計時就要依據(jù)項目應用需求和信息共享需要，確定好三維模型的精度和制作技術標準，保證成果滿足設計要求和應用要求。應該看到，目前三維“數(shù)字城市”建設還沒有一個針對城市多尺度復雜三維對象的統(tǒng)一的三維數(shù)學模型，對三維真實對象的模擬還依賴人的經(jīng)驗和技巧；同時，幾何lod(levels of detail)模型還不能利用體塊模型和精細模型自動離散生成中間層次模型，需要手工制作離散的多級模型，影