基于車載導航的三維地圖制作研究與實現

扶彥 侯岳 王俊

摘 要：三維地圖是當前車載導航地圖制作中的熱點區域，由于三維地圖具備直觀性、交互性等特性，是導航地圖的重要發展方向。本文首先主要介紹制作三維地圖的大體步驟，然后對制作過程中應該注意的幾個問題加以闡述。

關鍵詞：三維建模；地形圖；材質貼圖

中圖分類號：P285.9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）03-0053-02

Abstract： Three dimensional map is a hot spot in the field of vehicle navigation map making， because of its intuitive and interactive features， 3D map is an important development direction of navigation map. This paper introduced the general steps of making 3D maps， then elaborated some problems that should be paid attention to in the process of making.

Keywords： 3D modeling；topographic map；texture mapping

目前車載導航數據可以分為三大類；矢量地圖、影像地圖、三維地圖[1]。相比于傳統的矢量地圖，三維地圖具有可以模擬真實景觀，視覺更直觀，方位感更清晰，更能使人在虛擬三維環境中實現人機交互操作等特點[2，3]。這種利用計算機信息技術來進行城市規劃、管理的技術手段，是地理信息和虛擬現實相結合來實現地理信息產品深加工，在導航數據發展中具有重要意義[4]。下面針對三維地圖前期制作的大體步驟及其應注意的幾個問題進行闡述。

1 地形圖數據信息提取

地形圖數據處理是只提取制作三維數字地圖所需要的數據信息，主要有以下幾類要素：①道路設施、道路附屬物、道路名稱注記、公交站牌等；②河流、坑塘、溝渠及其兩側的堤坎；③建筑物及附屬設施數據信息[5]。

2 三維建模

2.1 二維線處理

①用樣條線將不同紋理貼圖的建筑構件重新描繪作為外墻線（視野范圍內看不見的墻體可以省略），節點全部為角點。弧形的建筑物表面結點修改為平滑。

②重新描繪房屋范圍線作為房頂，將房頂線復制輪廓30cm（有房檐向外輪廓，無房檐向內輪廓），擠出30cm作為女兒墻。

③側墻有窗戶的先用角點樣條線描繪側墻邊線，將邊線根據窗戶所在位置拆分成多個線段，選中窗戶以外的線段刪除，重新用多段線描繪窗戶以外的墻體。

④沒有道牙的綠地用樣條線重新描繪綠地范圍，直接給予UWV貼圖；帶道牙的綠地用樣條線重新描繪綠地范圍，復制樣條線向外輪廓20cm，擠出40cm作為道牙，選中內輪廓線復制式分離后給予UVW貼圖[6]。

2.2 三維模型處理

2.2.1 轉化樣條線成三維平面和立體。閉合樣條線給予UVW貼圖轉為三維平面；擠出相應高度轉化為封閉的三維立體。不閉合樣條線擠出相應高度成為三維平面（由于3DS MAX默認單面顯示，在所需視角不顯示表面時給予法線修改）。

2.2.2 瓦房頂處理。復制房屋范圍線，樣條線所有結點改為角點，拆分樣條線兩個側面線段，拆分為1。選中拆分出的頂點，沿Z軸向上平移150cm，如側面有傾角還需將屋檐所在頂點沿平面方向平移，然后給予UVW貼圖。最后用樣條線連接房頂兩側頂點，給予UVW貼圖。

2.3 復雜三維建模。對于某些特殊結構形狀、具有代表意義的建筑物需要分別對建筑物各個細節進行詳細建模，以求達到更出色的效果[7]（比較有代表性的建筑、重點單位企業政府機關的主體樓等）。

復雜三維模型建模需要先用AutoCAD制作建筑物各個平面的立面圖，然后刪除掉不必要的尺寸標注和輔助線保存為.dwg文件。用3DS MAX導入各個立面圖和一層平面圖.dwg文件，并調整好各個立面的位置，旋轉立面圖使之垂直于底面。凍結.dwg，用樣條線配合矩形工具勾勒出建筑物的各個墻面、窗框、玻璃等構件。根據構件之間的相對位置在頂視圖平移構件線條，使其層次符合線狀。利用擠出和給予UVW貼圖等方式將勾勒出的二維線條轉化為平面或三維物體。利用二維線條在頂視圖參考平面dwg圖形勾勒出樓頂和各層樓板，轉化為面。根據現實情況調出每個建筑物構件的材質球分別將模型附予材質，解凍DWG工作底圖并刪除[8]。

3 材質貼圖

由于三維地圖模型量大，不可能實現現場逐個采集材質，需要對照DOM根據實地情況用Photoshop軟件對將在3DS MAX中使用的材質進行調節，要求最大可能地接近現實情況，達到實際效果。貼圖大小可根據所反映現實的詳細程度自行調整，但為了減少數據量，每個貼圖長寬不大于1 000像素[9]。

對于簡單基本的三維模型只需將各個面給予相應貼圖即可，而對于精細建模的模型則需要根據實地效果，調節各個部件的材質，力求達到最逼真效果。

4 圖形成果處理

利用圖形處理軟件將渲染出的成果進行無縫拼接，然后增加植被、樹木、小品等附屬紋理豐富和美化三維效果（注意對加入的附屬品加入陰影使其真實），在各個道路上加入道路名稱。保存1份JEPG文件和1份PSD文件（便于發現不足進行更改）。把圖形成果進行合并，裁切與各種地圖要件信息一起導入地圖交互界面。地圖交互界面可結合實際情況，運用計算機語言自行編寫。

參考文獻：

[1]崔巍，楊開林，謝省宗，等.基于Terra Vista的調水工程大規模三維地形建模技術[J].水力發電學報，2009（4）：154-158.

[2]黃羅軍.虛擬視景系統中的關鍵技術研究[D].西安：西北工業大學，2007.

[3]楊宇.基于手勢SEMG信號控制的虛擬人機交互系統[D].合肥：中國科學技術大學，2009.

[4]謝秀琴.三維景觀地圖的開發技術[J].江西測繪，2012（1）：39-40，43.

[5]高軒.基于大比例尺地形圖的城郊道路DEM構建研究[D].青島：山東科技大學，2011.

[6]鄭燕玲.景觀電子地圖的研究與制作[D].青島：中國海洋大學，2008.

[7]高世海，趙韶平，王曉劍.基于PC機的三維地圖制作[A]//全國多媒體技術學術會議，1998.

[8]徐均.嵌入式三維電子地圖海量數據外存組織與檢索方法研究[D].杭州：浙江工業大學，2012.

[9]潘軍.三維地圖動畫生成中的粗粒度分布式并行計算[J].福州大學學報，2000（3）：43-45.