數字攝影測量與GIS在溫州市虛擬城市建立中的應用

黨軍宏 陸陽

1. 空軍第四空防工程處，陜西 寶雞 721006；2. 淮海工學院 測繪工程學院，江蘇 連云港 222005

數字攝影測量與GIS在溫州市虛擬城市建立中的應用

黨軍宏1陸陽2

1. 空軍第四空防工程處，陜西 寶雞 721006；2. 淮海工學院 測繪工程學院，江蘇 連云港 222005

近年來，數字攝影測量、地理信息系統和虛擬城市建設領域取得了相當的進展，它們的發展主要得益于計算機性能的提高，功能的改善，圖像匹配算法的改進以及實時數字圖像處理設備價格的降低。本文主要闡述了數字攝影測量和GIS在溫州市虛擬城市建設中的應用以及實現城市三維環境的仿真和模擬的方法。利用數字攝影測量的方法來進行數據的獲取，然后通過GIS來對數據進行存儲和管理，利用國家標準數據轉換CNSDTF公共接口進行數據的轉換，最后利用虛擬現實軟件來進行虛擬城市的構建。

數字攝影測量；GIS；虛擬城市建設；虛擬現實技術

引言

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱V R），是一種基于可計算信息的沉浸式交互環境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。

虛擬城市能夠將現代城市的每個角落的信息都收集、整理、歸納，并按照地理坐標建立完善的信息模型，再利用網絡連接起來，從而使每個人都能快速、完整、形象的了解城市的過去、現狀和未來的宏觀和微觀的各種情況，并充分發揮這些數據的作用，從而實現跨行業綜合基礎數據共享。

溫州地區是一座歷史文化悠久、經濟發達、人口稠密的沿海城市，經濟發展水平在全國排在前列，人均收入水平遠遠高于全國平均水平，因此建立該地區的虛擬城市可以對城市的規劃、管理、房地產開發、旅游、城市建設等發揮巨大的作用。

本文主要研究利用數字攝影測量技術生成建立虛擬城市的數據（4D產品），通過GIS進行管理與建庫，并完成數據的互操作。將數據轉換成虛擬現實系統的數據格式，完成溫州市虛擬城市的建立。

1 數字攝影測量在虛擬城市建設中的應用

虛擬城市構建的思路就是根據建筑物的實際三維地理坐標，利用一定的軟件構建城市三維景觀模型，最后粘貼紋理即可。數字攝影測量是目前測繪部門獲取數據源主要的方法之一，可利用各種比例尺航攝影像，精確測得結構物的空間三維坐標，所得數據精度高作業快捷，所以是目前獲取數據源的方法之一。

其工作思路是數字影像定向、空中三角測量、形成按核線方向排列的立體影像、影像匹配、建立數字地形模型、制作正射影像、地物采集、三維景觀重建。

1.1 數字攝影測量數據獲取

（1）數據的來源

原始資料：溫州市大比例尺航攝像片若干；相機檢校參數文件；地面控制點刺點相片；地面控制點文件；溫州市1：500電子地圖（D W G格式）。

（2）數據的獲取

將航攝負片經掃描數字化，然后將掃描得到的數字化圖像轉成數字攝影測量軟件VirtuoZo的圖像VZ格式。在其中進行數據采集工作，建立起溫州市的數字高程模型D E M，獲得正射影像圖并測得這一地區的建筑模型數據以及道路、居民地等屬性數據。

1.2 數字攝影測量工作流程

圖1 數字攝影測量流程圖

2 系統的實現

2.1 系統的軟、硬件環境

（1）軟件平臺

操作系統平臺：Windows NT4.0、Windows 2000或Windows XP。

虛擬現實系統平臺：MultiGen、Vega。

全數字攝影測量系統平臺:VirtuoZo。

地理信息系統平臺：Mapinfo。

遙感數字圖像處理平臺：ENVI、PCI、ER-Mapper 。

系統集成環境Delphi。

（2）系統硬件要求

SGI Octane 工作站：兩臺，2CPU 175MHZ，硬盤＞50GB，內存128M，紋理內存4M，網卡100M以太網。

其他硬件設備：多臺PC機，IBM服務器，多種數據采集、輸入、輸出設備，全球定位系統等。

2.2 系統實現流程

工作安排主要分為三個階段完成：

（1） 首先利用全數字攝影測量技術，GIS技術等快速獲取所研究區域的基礎地理數據、建筑外表結構與紋理數據等，建立研究區域的地理數據庫。

（2 ）研究開發虛擬現實系統與Virtuozo及國家空間數據轉換標準的接口程序，實現包括DEM數據、矢量數據的轉換。研究國家空間數據標準轉換轉入虛擬現實系統的格式及其逆向轉換。

（3） 研究利用采集到的數據及智能化實時建模技術，對研究區域進行快速建模。在此基礎上建立虛擬城市的仿真環境，實現城市的真實環境再現以及規劃環境的預見。

圖2 虛擬溫州仿真建模結構圖

2.3 虛擬三維地形建模

本系統三維建模MultiGen來完成，思路如下：將VZ格式轉成MultiGen內部格式的地形數據DED，輸入到MultiGen中，選擇合適的算法建立三維地表模型，按照與地表模型相對應的經緯度坐標。溫州地區可采用分快處理的方法，將地形分成很多大小相等的矩形地塊，分別生成三維地形，然后再拼接成整個大的區域。

將溫州地區的正射影像圖作為地表紋理，以Geo-specific紋理映射的方式映射到地形表面，形成溫州地區的真實三維地貌景觀。

2.4 溫州地區虛擬環境建模

將轉成MultiGen內部格式的文化（屬性）數據，如道路、湖泊、建筑物等，按照不同的地物屬性層輸入MultiGen，選擇或重新建立對應的特征碼和表面材質碼。

DFD提供了一個preference文件，其中包括了所有特征數據的各種屬性特征：DFD feature中提供了幾百種特征類型，如住房、廠房、橋梁等。我們還可以根據自己特征數據的特點，定制添加自己的根據不同的建筑物屬性，然后保存在自己的preference文件，以便隨時修改和調用。對于復雜的建筑，可以根據建筑結構圖，利用MultiGen的建模功能進行模型的構建，然后進行紋理映射，生成真實的建筑三維模型。對于在建或規劃的建筑和項目，則可以單獨建模，然后融入到城市虛擬環境中去。

2.5 溫州地區虛擬環境生成

溫州地區虛擬環境的創建是運用V E G A來完成的。V E G A是M P I公司開發實時視覺和聽覺仿真、虛擬現實應用的軟件環境。它把先進的仿真功能和易用的工具結合到一起，創建了一種使用最簡單，但最具創造力的體系結構，來創建、編輯和運行高性能的實時應用。

3 GIS系統實現

虛擬城市建立后，可以利用GIS進行數據的管理，實現常用的GIS空間查詢和空間分析功能，本系統由于時間的關系，空間分析功能還有待完善。

圖3 為溫州市GIS管理系統的功能菜單界面設計

4 結論

本文主要是研究了利用數字攝影測量技術、GIS技術和虛擬現實軟件來構建虛擬城市的方法和主要的過程，在這個過程中，數字攝影測量系統所生成的數字高程模型，GIS所生成的矢量數據和虛擬現實系統所需要的數據格式（DED和DFD）互操作來轉換。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.048

黨軍宏，學士，空軍第四空防工程處，陜西 寶雞 721006。