淺談汕頭市城市三維仿真系統的構建

■費小睿　陳玉娜

(汕頭市測繪研究院　廣東　汕頭　515041)

淺談汕頭市城市三維仿真系統的構建

■費小睿陳玉娜

(汕頭市測繪研究院廣東汕頭515041)

城市三維仿真系統是一個充分、直觀展示城市地形地貌和城市形態的三維數字化可視平臺。它可以為城鄉規劃工作提供輔助決策支持。本文以汕頭市三維仿真系統試點片區建設為例，介紹了汕頭市城市三維仿真系統建設中基礎資料獲取、紋理處理、三維建模、數據管理應用等方面的工作內容。

城市三維仿真系統三維建模紋理照片處理

1　引言

近年來隨著社會經濟的快速發展，城市建設步伐不斷加快。不斷加快的城市建設進程，對城鄉規劃管理工作的要求也越來越高。地形圖一直以來都是城鄉規劃管理工作的空間參考與定位依據，但是地形圖是二維平面的，無法直觀的表達城市地表構筑物與地形地貌情況，已難以滿足新時期規劃管理工作的要求。目前解決這一問題的有效方法，就是將地形圖三維化，建立城市三維仿真系統。城市三維仿真系統使原先二維對象從平面變為立體，從抽象變得直觀，更加準確的表達地形地貌與城市建設情況；并且通過豐富的應用分析功能，為城市規劃管理工作提供輔助決策支持。本文以汕頭市三維仿真系統試點片區建設工作為例，詳細介紹了構建城市三維仿真系統所進行的各項工作內容。

2　城市三維仿真系統建模基礎數據獲取

城市三維仿真系統建模所需的基礎數據主要包含地形圖數據、影像數據、模型紋理照片、建筑物樓高數據。項目建設時首先要做好基礎數據更新工作，以保證建立的模型與實景的一致性。

（1）地形圖數據：采用建模區域1：1000數字地形圖作為三維模型制作用圖。城市三維仿真系統的模型由地形圖數據拉伸后獲得。

（2）影像數據：由于外業采集模型紋理照片時，有些地物（建筑頂層構筑物，廣場大型圖案等）的照片是無法完全拍攝到的，所以我們選用建模區域的正射航空影像圖作為這類地物建模時的參考。

（3）模型紋理照片：為保證制作出來的模型與實景的高相似度，需要到實地拍攝照片。拍攝照片基于先整體，后局部的原則，首先拍攝被攝物的整體照片，然后分步拍攝被攝物細部的照片。

（4）建筑物樓高數據：建筑物建模時需要建筑物高度作為模型拉伸的依據，所以需要通過外業實地測量采集或航空攝影測量內業獲取樓高數據。

3　城市三維仿真系統建模

3.1紋理照片處理

紋理好壞決定了三維模型的真實度，紋理照片處理是城市三維仿真系統建模的重要一環。野外拍攝得到的紋理照片由于尺寸較大，無法直接提供模型貼圖使用，另外三維模型的紋理應該是正射的，而拍攝的照片，由于受拍攝角度、光線等條件的限制，大多是變形的，且顏色也與實際顏色有所不同。所以需要使用photoshop軟件對紋理照片進行處理。處理內容包括：

（1）相片裁剪：裁剪出相片中對建模有用的部分。

（2）圖像糾正：對因拍攝角度問題變形的照片進行正射糾正。

（3）消除雜物：消除照片中行人、樹木等無關信息。

（4）手工勾畫：紋理照片不清晰,應手工勾畫。

（5）色彩調整：對照片顏色與實際顏色不同的照片進行色彩調整。

（6）紋理拼接：將不同的紋理塊組合成一張紋理，紋理尺寸必須為2的N次方×2的N次方，尺寸不大于1024×1024。

3.2三維建模

我們使用3DMax作為城市三維仿真系統建模工具。城市三維仿真系統建模主要是建立交通設施、地形景觀、建筑物這三類模型。

3.2.1交通設施模型

提取地形圖的道路邊線要素制作道路交叉路口、道路面模型；按照地形圖上的高程點調整交叉路口、道路面模型的高程；根據實地情況進行道路標線貼圖；提取地形圖中的隔離帶要素,制作道路隔離帶模型并貼圖；根據實地情況放置已制作好的行樹與路燈模型。（模型如圖1所示）

圖1　交通設施模型

3.2.2地形景觀模型

利用已建好的道路面模型，獲得初始的地塊面,確保道路面與地塊面銜接無縫隙；根據地形圖等高線、高程點、陡坎等要素，調整地塊高低起伏特征；在地塊內部按照區域類型（如植被、居民地）分別生成區域模型面；根據地形圖制作圍墻、柵欄等區域類型分割標志；根據地形圖在地塊面內制作花圃、內部道路、噴水池、路燈等模型。（模型如圖2所示）

圖2　地形景觀模型

3.2.3建筑物模型

根據建筑物的重要程度將建筑物模型分為精細模型,標準模型,框架模型;提取1:1000地形圖的房屋面，對房屋面根據樓高進行拉伸制作初始建筑模型；按建筑物所屬類別分類制作,確保模型底部與地面無縫銜接；根據正射航空影像對建筑頂部進行人工修飾；根據拍攝的建筑物外觀照片制作建筑物的紋理貼圖，再對建筑物進行人工貼圖，形成最終模型。（模型如圖3所示）

圖3　建筑物模型

4　城市三維仿真系統管理與應用

城市三維仿真系統建設過程中生產了海量的三維模型數據。3DMax軟件是一個三維模型生產軟件，無法作為海量三維模型的管理應用軟件。因此需要有一個三維GIS平臺軟件來管理，展示，應用這些模型數據。

我們選擇了偉景行三維GIS平臺來承載、展示、應用汕頭市城市三維仿真系統的海量三維模型。我們使用偉景行的CityMaker Builder來整合、管理海量三維模型數據；使用CityMaker Explorer來展示，應用三維模型數據。

4.1三維模型數據整合管理：CityMaker Builder是一個三維GIS數據生產與維護軟件。首先在CityMaker Builder軟件中新建數據源，按模型類別創建各種要素類；然后在3DMax中利用插件，將模型導出為OSG格式，在CityMaker Builder中將OSG格式模型分別導入到相應的要素類中；最后在CityMaker Builder添加地名、路名標注等信息，完成數據整合。

4.2三維模型數據展示應用：CityMaker Explorer是一個通用的三維GIS應用軟件。三維模型數據在CityMaker Buidler里經過整合后，可以在CityMaker Explorer使用。目前，我們使用CityMaker Explorer做為汕頭市城市三維仿真系統模型數據的展示應用軟件。我們利用CityMaker Explorer軟件實現了海量模型的漫游，設計方案與現實景觀的對比,通視分析等規劃輔助應用。

5　結語

汕頭市城市三維仿真系統試點片區建設工作，為接下來繼續開展汕頭市城市三維仿真系統建設打下了堅實的基礎，提供了重要的經驗。接下來，我們將分片逐步完成對汕頭市地面城市三維模型的建模工作，同時開發汕頭城市三維仿真系統的專用軟件，進一步增強城鄉規劃的輔助應用功能，拓展汕頭城市三維仿真系統在公安消防、三防指揮、旅游宣傳、招商引資等社會各行各業的應用。

[1]陳引川.三維城市模型紋理的研究與應用[J].北京測繪，2009(2):4-6.

[2]李成名，趙珂，趙占杰，等 .CH/T 9015-2012三維地理信息模型數據產品規范[S].測繪出版社，2012.

[3]李成名，李宗華，趙占杰，等 .CH/T 9016-2012三維地理信息模型數據生產規范[S].測繪出版社，2012.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-248-1

費小睿(1982～)，男，工程師，研究方向為地理信息系統開發應用。