三維建模技術(shù)在城市測(cè)量中的應(yīng)用

　　摘要：通過(guò)對(duì)城市三維建模技術(shù)的研究，總結(jié)出一套基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合的城市三維精確建模技術(shù)的實(shí)施方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建筑地形的精確三維模擬。以廣州市某地區(qū)實(shí)測(cè)平面數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地形和地表建筑的精確三維建模。

　　關(guān)鍵詞：三維城市,精確建模,建筑,地形

　　1引言

　　隨著三維建模技術(shù)的迅速發(fā)展，三維技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)生活的方方面面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1,2]。這其中包括了其在地質(zhì)，GIS等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用發(fā)展[3~5]。城市三維技術(shù)就是在這樣的大背景下應(yīng)運(yùn)而生。在過(guò)去的幾年里，很多同行業(yè)的專(zhuān)家學(xué)者對(duì)城市三維技術(shù)進(jìn)行了多方面的嘗試和研究，城市三維測(cè)繪領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也趨于激烈。目前市場(chǎng)上的城市三維技術(shù)，主要是追求整體視覺(jué)效果上的美觀和逼真，對(duì)于精度上的要求不多?，F(xiàn)代城市測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展迅速，傳統(tǒng)二維城市測(cè)繪已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足發(fā)展的需要，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)繪技術(shù)對(duì)三維模型的精度提出了更高要求，不僅需要外觀上的逼真美觀，更需要建筑和地形精度上達(dá)到精準(zhǔn)無(wú)誤?；谶@樣的原則指向，我們對(duì)三維城市建模的方法做了相關(guān)的實(shí)踐研究。

　　2精確城市三維模型

　　精確城市三維模型是指在形狀、紋理、比例大小都嚴(yán)格與實(shí)際保持嚴(yán)格一致的三維模型。在大多情況下，三維模型主要被用于效果演示、建筑方案確定等方面，在城市規(guī)劃、城市管理等方面起著重要的輔助作用。然而在有些時(shí)候，例如在三維建設(shè)工程測(cè)量方面，往往對(duì)坐標(biāo)和定位精度有著較高要求，這時(shí)模型的精度就成為人們關(guān)心的主要指標(biāo)。

　　對(duì)于普通三維城市建模來(lái)說(shuō)，已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的技術(shù)路線，可大致分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理三大模塊兒，精確三維城市建模沿用了這一技術(shù)流程的基本框架，所不同點(diǎn)在于在數(shù)據(jù)處理模塊的三維模型構(gòu)建，精確三維模型的構(gòu)建過(guò)程中始終嚴(yán)格以CAD圖紙和外業(yè)采集地形圖數(shù)據(jù)為依據(jù)。

　　城市三維模型按照要素分類(lèi)可以分為建筑模型和地形模型，按照時(shí)態(tài)可分為現(xiàn)狀模型和準(zhǔn)現(xiàn)狀模型，現(xiàn)狀模型是指建筑物或地形在當(dāng)前時(shí)態(tài)下的模型表現(xiàn)，準(zhǔn)現(xiàn)狀模型則是指建筑物或地形在未來(lái)時(shí)態(tài)下的模型表現(xiàn)。

　　3實(shí)例分析

　　3.1城市三維地形模型

　　基于上述技術(shù)路線，我們選擇了兩個(gè)實(shí)際區(qū)域進(jìn)行了精確三維建模。其中區(qū)域A是一個(gè)施工過(guò)程中的基坑，基坑屬于建筑施工過(guò)程中的一種特殊地形要素，其精度主要體現(xiàn)在基坑的范圍與高程信息要與實(shí)際情況一致。我們根據(jù)實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)(如圖1)，利用3Ds-Max建模工具進(jìn)行三維建模，建模步驟如下：

　　1) 將實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3Ds-Max軟件，根據(jù)地形數(shù)據(jù)描繪出基坑的輪廓，包括坡頂線和坡底線。

　　2) 對(duì)描繪出的二維圖形，按照地表材質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行分割，本實(shí)例中主要包括了：砼、草地、土地、道路等若干地表材質(zhì)。

　　3) 根據(jù)實(shí)測(cè)高程數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地形模型，高程信息嚴(yán)格參考實(shí)測(cè)高程點(diǎn)，之后根據(jù)實(shí)測(cè)高程點(diǎn)進(jìn)行重采樣，以得到三維DEM。由于建模過(guò)程中嚴(yán)格依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，故其高程精度得到保證。

　　4) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的紋理數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行紋理貼圖處理。

　　5) 對(duì)所建地形模型進(jìn)行整體修正加工和烘焙，使其外觀更加真實(shí)自然。

　　3.2城市三維建筑模型

　　區(qū)域B是對(duì)某學(xué)校的實(shí)例建模，該區(qū)域中包括了教學(xué)樓和辦公樓等教學(xué)建筑，具體建模步驟如下：

　　1) 將區(qū)域B實(shí)測(cè)二維地形數(shù)據(jù)和規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3Ds-Max軟件，根據(jù)導(dǎo)入的二維數(shù)據(jù)描繪建筑輪廓，描繪過(guò)程中保證每一個(gè)建筑特征點(diǎn)嚴(yán)格捕捉，從而保證模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)嚴(yán)格一致。

　　2) 根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，在模型構(gòu)建過(guò)程中，可根據(jù)要求對(duì)建筑細(xì)節(jié)進(jìn)行取舍，但基本參數(shù)如樓高、間距等必須嚴(yán)格與實(shí)測(cè)或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)保持一致。

　　3) 根據(jù)二維地形圖，構(gòu)建三維地形模型，模型與建筑相對(duì)位置吻合無(wú)偏差。

　　4) 對(duì)建筑模型進(jìn)行檢查，消除不合理的點(diǎn)線面，模型線條輪廓清晰，無(wú)閃面、斷面出現(xiàn)。

　　5) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行模型貼圖與烘焙，保證模型外觀的真實(shí)美觀。

　　4分析與小結(jié)

　　本文嘗試基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立高精度的三維城市模型，實(shí)踐了一種基于3Ds-Max平臺(tái)的實(shí)時(shí)精確建模技術(shù)路線，實(shí)例中所采用數(shù)據(jù)均真實(shí)可靠，通過(guò)對(duì)所建模型在3Ds-Max中進(jìn)行距離和高程量算，與實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高度吻合，證明模型精度可靠。三維城市精確建模在城市建設(shè)工程測(cè)量、地籍測(cè)量等領(lǐng)域有著不可估量的應(yīng)用前景，是數(shù)字城市現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)，本文的工作，對(duì)這些領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的前瞻意義和現(xiàn)實(shí)意義。

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《三維建模技術(shù)在城市測(cè)量中的應(yīng)用》

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