三維建模的技術方法特點研究及應用

郭 猛

（山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊，山東泰安 271000）

現階段，城市經濟快速發展，加快了建設規劃，朝著數字城市方向發展。在工程項目建設過程中，為了保證最終質量，應有效運用三維建模技術，取得良好成效。三維建模技術類型較多，特征明顯，適用范圍有所差異，為了提升應用水平，必須加強技術研究，保證建設活動順利開展，推動社會經濟的發展。

1 工程案例

敦煌路（蓮葑路-星塘街）改造工程涉及范圍較大，路線長和道路寬度分別是718 m和32 m。本工程包括道路、雨水管、墩頭橋、婁斜巷橋、交通標志標線、交通導改、交通監控及信號燈等。道路工程起點是一個交叉路口，對起點樁號進行設置，終點為星塘街交叉口西側，設置樁號，路線總長為696.284 m。

全線跨越兩處河道，墩頭橋位于K1+247.592處，新建（8+8+8）m簡支梁橋，婁斜巷橋位于K1+495.37處，新建（10+10+10）m簡支梁橋。本工程造價為2 918.040 4萬元，合同工期為550 d，質量要求為合格。該項工程改造涉及內容較多，存在一定難度，為了確保后期施工活動開展，應對工程進行全面分析，合理運用三維建模技術。

2 不同的三維建模技術方法特點

2.1 三維建模技術

目前數字城市建設速度加快，為了方便工程建設，需要對現實中的事物進行模擬和還原。利用三維空間系統中的三維建模技術，通過精確描繪再現真實事物，使相關人員能夠直觀查看項目。在建模過程中進行全面分析，根據建設的重點，加強對三維空間中形狀、色彩等屬性的研究，保證達到3D再現的目標。三維建模技術關鍵是全面掌握三維空間信息，在此基礎上構建相應的立體模型，借助相關軟件將圖形展現出來，再進行操作處理。在獲取研究對象三維空間信息時，運用有效算法建立三維空間特征點的空間位置和二維圖像對應點的坐標間的定量關系，最終明確任意點的坐標值。充分了解研究對象的幾何屬性，例如形狀、尺寸等，三維幾何模型可以分為線模型、面模型及體模型，復雜程度有所差異[1]。

2.2 傳統手工三維建模技術

傳統手工三維地形模型制作是在DEM的基礎上，利用DOM影響、地形軟件，生成三維地形模型。在制作三維灰體模型時，為了保證模型質量，需要對工程信息進行全面收集，主要包括高度、面積等方面，應使用專業三維模型軟件生成。三維精細模型比較精細，為了保證平面位置的精確性，應有效利用規定要求的比例尺，采用航測的方式獲取地物高度信息。

在收集地物紋理照片時，采用外業的方式，使用PS對照片進行處理，運用相關軟件制作模型。整合三維地形模型和三維精細模型，城市規劃需要對土地資源、建設工程等進行合理安排，制定完善的發展方案，根據城市情況進行三維建模，將效果直觀展現出來，真實度較高。但在城市規劃方面應用也存在問題，還需要進一步改進[2]。

2.3 三維激光掃描建模技術

我國部分地區受到經濟發展水平影響，地物比較復雜，為了確保全面、準確呈現出來，對三維可視化提出了更高要求。傳統手工三維模式存在明顯落后性，為了適應發展要運用三維激光掃描，可以有效改善建模效果，應用在建模難度較大的領域效果比較好。三維激光掃描建模包括兩種不同的方式，技術原理相同，載體方式不同，使得工作方式存在明顯區別。

（1）定點三維激光掃描技術。

在測量距離時使用激光技術，激光照射在被測物體表面上會產生大量密集點，為了準確獲取相關信息，應做好三維建模準備工作，對被測物體的其他情況有所了解。在傳統模式下，采用單點測量方式，三維激光掃描系統應用改善了工作效果，對信息獲取更快速，且準確性較高，因此三維激光掃描技術具有較強可行性，與實際發展相適應。合理運用三維激光掃描技術，有助于提升三維模型建設水平。

（2）車載激光掃描技術。

車載激光掃描技術將激光掃描儀放置在移動平臺上進行作業，移動平臺最常見的就是汽車，為實際測量工作開展提供便利。車載激光掃描測量系統由三大部分組成，最常見的是短距離內作業，可以有效完成掃描。以車輛作為載體，在平穩行駛中進行掃描，可以全面獲取的掃描物體的信息，是獲取城市空間信息的主要方式。對于較為復雜的地物，車載激光掃描技術可以獲取相應信息，在實際應用中技術趨于成熟，對于城市建設具有重要意義。采用三維激光掃描的方式建設三維模型，優缺點共同存在，因此應加強技術研究，在創新中不斷改進，應用中可以取得更好的成效。部分地區社會環境比較復雜，增加了工程建設的難度，應采用三維激光掃描的方法[3]。

2.4 基于傾斜攝影測量的半自動建模技術

城市建設速度加快，需要快速獲取城市空間信息，為了滿足這一要求，應運用傾斜攝影測量技術，傾斜攝影測量技術是機載三維激光掃描的一種。基于傾斜攝影測量的半自動建模技術主要包括低空傾斜攝影測量建模和中高空傾斜攝影測量建模技術，這兩種技術原理一樣，技術應用存在差異，為了保證技術應用質量，應與實際情況相結合，確保發揮出最大作用。

在獲取建筑頂部和側部的激光點云時，使用專業設備收集、整理數據信息，作為制作建筑體框模型的參考依據。運用傾斜和垂直相機來采集地物影像，制作建筑精細模型，關鍵技術較多，應進行合理選擇，確保技術作用的發揮。

在低空的傾斜攝影測量建模工作中常使用旋翼機，工作水平較高，應將航高控制在一定高度內，避免過高或過低。使用大飛機開展中高空傾斜攝影測量建模工作，相較于低空的傾斜攝影測量，高度有所上升。

在城市發展過程中，出現了較多違建情況，對整體規劃產生不利影響，應進行拆除。運用六旋翼低空傾斜攝影測量技術對于拆除工作的開展可以起到輔助作用，特別是較難發現的建筑，具有直觀、高效的優勢。運用A3相機開展三維建模，可以準確記錄城市變化[4]。

3 應用范圍

3.1 歷史文化保護

每座城市都有悠久的歷史文化，在經濟發展過程中，應充分重視對歷史文化的保護，由于古建筑構造和現代建筑又存在較大區別，不能使用常規方法。有效運用傳統手工三維建模和三維激光掃描對城市中的保護區進行建模，建設三維模型可以用來瀏覽數據，再和二維數據結合起來，制定有效保護策略，為實際工作開展提供指導。

西安、南京等都是我國的文化名城，在歷史發展過程中留下很多古建筑，以城墻為例，受到自然環境和人為因素影響，出現了不同程度損壞，應進行修復和保護。在歷史文化保護中應當有效運用三維建模技術，深入分析建筑特點，采取有效措施，為實際保護工作開展做好準備，實現預期制定目標[5]。

3.2 教育領域

運用傳統手工三維建模方式，利用Unity3D平臺，開展室內三維建模工作，形成全新學習環境，提升教學工作科技水平。三維建模在教育領域應用具有廣闊的發展前景，應加強研究，不斷提升應用水平，創新教學方式。目前教育內容發生了較大改變，根據其特點合理進行三維建模，為提升學習水平提供幫助。

3.3 經濟發展

目前經濟處于快速發展中，較多地區都建設了工廠、科技園等，考慮工程建設的復雜性，應進行合理布局，科學使用三維建模技術。將經濟業務數據加入三維模型數據，可以將數據和位置信息直觀呈現出來。在經濟發展背景下，建筑建設規模不斷擴大，為保證建設質量，應充分發揮三維建模技術的優勢，確保滿足發展需求。

3.4 城市規劃

我國城市化進程不斷加快，建筑建設面積擴大，為了保證城市健康發展，在建設前需要進行規劃，制定科學合理方案。三維建模改善了城市規劃效果，大幅度提升了效率，并且可以及時發現問題來進行改進。數字城市、智慧城市建設是未來發展的重要方向之一，整體規劃時應和三維建模技術緊接結合，對規劃方案進行優化，確保具有執行力，落實具體效果，實現城市的經濟發展目標[6]。

4 結語

綜上所述，本文對三維建模不同技術特點及具體應用進行了探討。三維建模技術是建筑工程建設、改造的重要手段，應合理運用，保證滿足實際需求。加強對三維建模技術的研究，通過創新實現技術突破，優化工程建設模式，保證實際活動有序開展，促進城市穩定發展。