三维数字城市范文
时间：2023-04-02 03:22:10
导语：如何才能写好一篇三维数字城市，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：数字城市 三维建模
中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)03(a)-0000-00
1 引言
“数字城市”的概念来源于“数字地球”，它是“数字地球”的理念在城市的引用、延伸和拓展。由于在理解层面和切入角度上的差异，目前仍很难对“数字城市”内涵作确切的定义。但随着对“数字城市”理论与技术的研究及应用探索的不断深入，人们对它的认识将会逐渐趋向统一，并形成对它的标准定义。
三维模型能够真实、生动地表达三维空间信息，成为数字城市的研究重点。建筑物的三维建模作为主要的建模内容有着重要的地位，快速、逼真地建立建筑物的三维模型成为建模的研究重点。
三维地理信息系统的建立，可以和现有的二维地籍数据、规划数据、土地利用数据等结合，分别形成三维地籍系统、三维规划系统、三维土地利用系统等。这些三维系统具有快速的三维漫游、查询、定位、统计、分析、打印输出等功能，将更好地为“数字国土”服务。三维模型的快速建立与更新，对维护三维地理信息系统数据的现势性、直观性、更好地为国土资源利用提供更好的决策，具有十分重要的作用和意义。
2三维建模技术现状
三维城市模型(3DCityModel，3ocM)是地理信息系统、数字摄影测量及其相关学科的研究热点之一。尽管3DCM的研究历史非常短暂，但人们针对不同的应用目的，构建了各种具有不同功能的3DCM，具体分为以下几类：
2.1 遥感影像与DEM结合方式
即直接利用DEM生成地形三维透视图，遥感影像作为纹理映射到地形表面。这种方式只是一种地形景观，无法对地表实体对象进行三维显示、空间信息查询和分层管理。大多数成熟的商品化GIS系统(如ArcView、MapGuide)己经具有这种2.5维的地形显示功能。
2.2 基于2DGIS的构建方式
即利用现有2DGIS数据及其三维属性信息建立3DCM。该方式包括以下具有代表性的构建方法：
（1）在二维GIS的基础上，直接添加一些信息(如房屋高度、墙面纹理等)，使用假定高度和模拟纹理来构建建筑物对象。这种方法的缺点在于模型真实感差，对城市景观信息的表达少，另外没有考虑DEM。（2）DEM和二维GIS结合的方式，这种方式用DEM作为建筑物的承载体，表达地表的起伏，然后使用假定高度和模拟纹理来构建建筑物对象，比上一种方式更具真实感。（3）部分2DGIS系统(Arc/Info)发展了构建3DCM的功能模块，具有初步的量测功能，但缺乏对建筑物纹理的提取与处理，景观表达的真实感程度不够。
2.3 纯三维的构建方式
针对数据获取方式的差异，纯三维构建3DCM方式分以下不同方法：
（1）利用地面摄影影像与地面激光扫描仪来构建，这种方法每次采集数据范围受通视条件所限，在建筑群密集地区难以应用；（2）利用卫星影像与机载激光扫描仪来构建，该方法采集数据快，但获取的DEM精度不高；（3）利用航空立体像对的方法，利用目标提取技术，实现航空影像房屋三维数据的半自动量测，进而在地面与建筑物表面二维半不规则三角网和原始数字影像的基础上，实现建筑物可见表面纹理恢复，重建城市三维景观。
3 数字城市三维建模的关键内容
目前建筑物三维建模的一般流程如图1所示。三维空间数据的获取，实质是空间定位数据的采集。三维模型的建立与编辑，三维几何模型是纹理数据和属性数据的载体，也是数码城市GIS提供各种定量空间解析分析能力的基础。建筑物表面纹理数据主要用于提供逼真的视觉标识，增强对建筑物本身及其相互之间空间关系的感知和识别。可视化技术的运用，用于增强用户与数据模型之间的交互操作性能，尤其是与虚拟现实技术的结合，使得用户沉浸于三维的场景中与模型数据直接进行交互操作。
3.1 三维建模数据的获取
三维建模的首要任务就是要收集建模的数据。在城市中存在着众多的数据源,这些数据源包括：(1)规划建筑物的设计图纸及文档资料。(2)城市数字地图(地形图、地籍图等)和2DGIS数据库。(3)摄影测量数据。数字摄影测量不仅可以提供丰富的几何和纹理数据，而且还可以提供丰富的拓扑和语义信息。(4)遥感数据。
就当前的应用需求来说，场景三维建模需要的数据主要有：二维图形、地形数据、地表图像、三维观测数据和模型表面纹理等。
3.2 建模方式
目前在数字城市的三维建模中有很多种建立模型的方式。现介绍如下：
(1)使用CAD软件建模。AutoCAD软件具有强大的二维图形绘制功能及编辑功能，是当今二维图形绘制软件的主流工具，这是它的优点。但是它在三维图形建模、渲染处理及动画制作方面功能较弱，不适合于复杂三维模型的建造和动画的制作。AutoCAD模型表达精细、精确，有精确尺寸定义,但数据结构复杂、数据量大，不支持与地形的叠加，不支持属性定义,主要用于工业零部件建模和单独的桥梁等建筑物建模。(2)常用动画软件建模。如3D MAX等，模型表达精细，建模工具丰富，但是数据结构复杂，数据量大，不支持与地形叠加，且不能交互编辑查询，仅限于动画浏览。(3)专业软件建模。如MutiGen Creator软件功能强大，支持大面积地形建模，支持建筑物建模。模型数据结构简洁，可以在运行过程中进行交互操作，实时计算动画场景，通过开发，可以与影像、矢量数据、DEM数据等叠加。但表达不精细，数据交互编辑、查询能力较弱。(4)OpenGL开发。使用OpenGL＋VC模式，通过编程的方式建立模型。此方式能大量使用数学曲线、曲面表达三维模型、自定义数据结构、数据显示算法等。一般用于开发三维基础软件。
目前，在实际应用技术中，较为普遍和实际的模型制作是利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作。
3.省略技术，开发了一套能够实现对矢量数据、影像数据、DEM、三维模型等多源数据集中管理的三维地理信息系统，从而实现三维场景的显示、漫游、定位、查询等功能，为决策部门提供辅助决策。
4 应用
本次实验以“skyline”中的三维建模为例。采用3Dmax软件对建筑物进行三维建模，以及能够访问海量数据、具有强大二次开发功能的三维地理信息软件skyline作为开发平台开发演示系统。
4.1地形建模
地形建模的方法主要是采用在某地区的DEM数据的基础上叠加遥感影像来完成三维地形的显示。对DWG地形图进行处理，删除不必要的图层，仅保留建筑物、标注、绿地、道路树木以及等高线所在的图层，提取其中的等高线图层，然后对等高线数据进行内插处理，生成地形DEM。这一过程可以在AutoCAD和ArcGIS中完成。对快鸟影像进行纠正和投影变换，并使用Photoshop进行调色处理，使其符合美观自然的原则，作为地形纹理或者说是三维城市的“底图”。
4.2建筑物建模
对于大区域的建筑群进行三维建模时，需要对不同类型的建筑物进行分别建模，提高效率。对于城市片区内部的建筑以简单纹理的体块表示；沿街的主要建筑需要在体块的基础上添加照片纹理，增强真实感；对于结构复杂或者重要的标志性建筑可使用3DSMAX进行单独建模，赋以精细的结构和纹理。这样处理不仅会提高建模的效率，而且减少了数据量，有利于三维场景的显示和漫游。
4.2.1 普通建筑的建模
在Skyline 系列的TerraExplorer Pro软件中加载之前生成的地形数据集，导入建筑物矢量数据，按照高度属性进行拉伸处理，得到建筑物体块。由于数据源的时间差问题，可能会存在少量的建筑物与遥感底图中显示的建筑物不匹配的问题，需要使用TerraExplorer Pro中的3D-Building功能，在建筑物的位置上进行三维建模，使建筑物体块与遥感底图一致，并辅以简单统一的纹理。对于处于城市地块内部的大量建筑群可采用这种方式进行建模。
4.2.2纹理映射
建筑物的纹理包括侧面和顶面两部分，分别通过近景数码照片提取和影像提取的方式。试验区内拍摄有大量的建筑近景照片，需要在Photoshop中对近景照片进行处理,主要是综合利用裁剪、拼接、自由变换和拉伸等一些基本操作。根据试验可以得出：处理后的照片最好保存为JPG格式,以减少数据量,同时图像的分辨率应调整为2的幂次方,图像的大小也应该尽量小于100KB。而建筑模型的顶面纹理则是从遥感影像中采集的。对纹理图片进行处理之后，在TerraExplorer Pro软件中选择沿街建筑的相应立面，进行纹理映射，添加纹理，增强了城市三维表达的真实感。
5 结论
文章对数字城市中的三维建模关键环节进行探讨，总结了当前三维建模过程中的主要技术和方法，并以实例的方式实现了三维建筑物建模和，结果表明在数字城市建设中，主要把握数据获取、三维建模和模型的与应用三个环节，即能较好完成数字城市工作，使其满足实际应用。
参考文献
篇2
关键词：三维激光扫描仪 数字城市三维模型应用
Abstract: In this paper, through the use of three-dimensional laser scanner to obtain building geometry data, to build a the digital city three-dimensional model method research, preliminary tests showed that the method can be applied to the field of three-dimensional modeling of the Digital City, is a three-dimensional model to build a digital citymore advanced means of a technique.Keywords: three-dimensional laser scanner; digital city three-dimensional model; application;
中图分类号：O343.2 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
“数字城市”是以信息技术为基础，以宽带网络为纽带，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类三维描述的系统。数字城市以地理空间框架为基准，集成城市自然、社会、经济、人文、环境等综合信息，基于网络基础设施实现城市信息的广泛共享。数字城市代表了城市信息化的发展方向，是推动整个国家信息化的重要手段。国家测绘局于2006年启动了“数字城市建设示范工程”项目，在全国选择若干具备条件的城市作为试点，开展数字城市地理空间框架建设，并在最近几年内在市、县两级逐渐推广。在数字城市地理空间框架中构建三维模型，有助于提高城市的综合管理水平，提升城市的形象，在城建、规划、旅游、国土、消防等众多领域发挥了积极作用。如何快速准确的获取构建三维模型所需要的空间几何数据，一直是困扰人们的一个问题，也是国内外研究的重点和热点之一。三维激光扫描仪的出现和在工程领域的广泛应用,在这个方面实现了较大的突破和改进。三维激光扫描仪能够快速准确的获得建筑物的高程和立面数据，对于构建精准的三维模型发挥了重要的作用。
1 三维激光扫描仪测量原理
三维激光扫描仪的工作过程是一个不断重复的数据采集和处理过程，它采用仪器坐标系下的三维空间点组成的点云图来表达对目标物体采样的结果。三维激光扫描系统通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿横轴方向和纵轴方向快速扫描。通过测量扫描仪到目标点的距离值和激光束的水平方向值和竖直方向值计算激光脚点的三维坐标。同时，彩色CCD相机拍摄被测物体的彩色照片，记录物体的颜色信息，采用贴图技术将所摄取的物体的颜色信息匹配到各个被测点上，得到物体的彩色三维信息。
2 利用三维激光扫描仪构建三维模型的工作流程
利用三维激光扫描仪获取建筑物的空间几何数据，进行数字城市三维模型建设的工作流程主要包括：外业扫描、数据拼接、特征线提取、3D建模、格式转换几个部分。
2.1 外业扫描
首先根据扫描目标的位置、大小和复杂程度设计出各扫描站和控制标靶的位置，通常一个目标点需要多个测站才能完成。可以根据当地的GPS控制点的点位，通过全站仪进行测量定向，从而确定三维扫描仪扫描数据的坐标参考。一般采用连接点测量的方法进行扫描，连接点测量法具有高效和精确的特点，站与站的连接精度可达1毫米，适用于测量范围在300 米之内的区域。
外业测量过程中，待测对象和标靶是分开进行扫描和测量的。首选在一个测站位置上选定测量区域，指定测量距离与间距，进行自动扫描。然后选择测量标靶命令，照准标靶位置，记录点位。要保证三个标靶点位在下一测站中可见，从而保证可将扫描数据依次拼接。在扫描过程中，启用三维扫描仪的自动拍照功能，在形成点云数据的同时，采集到扫描目标的纹理照片。
2.2 数据拼接
将外业的扫描数据导入到电脑的Cyclone软件中，软件可自动识别点云、图像和标靶点，并分站放置在对应的目录树下。采用连接点拼接，只需依次选中对应的两站中的三个标靶点，软件系统可自动进行拼接。选择全部点云数据，合并到一个工作场景中。在此基础上进行删除噪声点、非测量区域点，并把导入的图像的颜色分别赋予对应的点云等处理。
2.3 特征线提取
为了方便特征线的提取，通常需要将建筑物的坐标改成正南正北状态。首先框选楼房正立面墙体上一块点云，将框内的点云拟合成mesh网格平面，在生成的mesh面片上任意选择一点，点取更改坐标命令，就可将建筑物纠正为正南正北方向。将点云数据统一化后导入到AutoCAD软件中，利用Cyclone软件的cloudworx插件打开点云数据，根据点云的形状，描绘出特征线。在提取特征线的过程中，为了避免背面的点云对描线产生影响，可以使用点云切片的功能。在描线的过程中还可以使用刷新点云的功能使点云的轮廓更加清晰。
图1 坐标纠正之前状态 图2坐标纠正之后状态
图3根据点云提取模型的特征线
2.4 3D建模
将特征线文件导入3DMAX软件中，作为底图或立面高程数据的参考，进行三维建模和纹理贴图工作。利用3DMAX软件的拉伸、挤出、旋转、变形等命令进行模型，将数码相机实地采集的纹理照片或三维扫描仪拍摄的照片修饰成贴图纹理，并将纹理指定给选定对象上，完成三维建模工作。构建模型时应遵循真实性、美观性、代表性三个原则。
图4 特征线导入到3DMAX中建模图5 建成的三维模型
2.5 格式转换
现在的数字城市地理空间框架建设多是以NEWMAP软件作为平台的。该软件对导入的三维模型的格式是有要求的。一般要求数据格式为*.x格式(DirectX的压缩格式) ，模型能用微软的Directx viewer工具打开，且不缺失纹理，模型的面应尽量少。模型中用到的纹理图片应为dds(DXT3)格式，纹理尺寸采用MIP MAP 模式 (即2的n次幂 ×2的m次幂)。所以要将3D模型通过转换工具转换成上述要求的标准格式，才能导入到数字城市地理空间框架平台中。
3 结束语
本文通过对利用三维激光扫描仪扫描构建三维模型方法的研究，分析了三维激光扫描仪的工作原理，探索了构建三维模型的基本的工作流程，初步试验表明了该方法可以应用于城市建筑物的三维建模，是构建数字城市三维模型的较为先进的技术手段。另外，庞大的点云数据，如何管理和处理海量数据，并保证数据在处理过程中精度不受损失是需要进一步解决的问题。获取的三维点云数据如何能够自动拟合形成实体模型或自动提取出特征线，是三维扫描仪在软件处理方面亟待解决的内容，也是下一步研究的重点和难点问题。
参考参考文献
[1]范海英，杨伦．三维激光扫描系统的工程应用研究[J]．矿山测量，2004，(3)．
[2]张立明．AutoCAD2002精彩创意实例讲解[M]．海洋出版社，2002年．
[3]范海英，李畅．Cyra三维激光扫描点云数据在AutoCAD中的处理方法研究[J]．辽宁科技学院学报，2007，(3)
[4]王彬华．AutoCAD2002中文版实例教程[M]．电子科技大学出版社，2002年文献
篇3
关键词：三维 测量基准 数字城市
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0255-01
1 高精度三维大地测量基准建立的内容
目前新疆已有部分城市已建立“连续运行参考站网络系统”（Continuously OperatingReference Stations，简称CORS系统），各政府部门对基础设施的建设说明了该测量基准的建立对于数字城市建立的意义，即通过对城市基础地理信息的采集、处理、分析和供应为数字城市建设提供基础信息服务。“三维大地测量基准”是基于网络的、动态地、连续地，同时也是快速、高精度地获取空间数据和地理特征的现代信息基础。
1.1 高精度GPS网控制建立
GPS网控制建立是指利用现代计算机、数据通信和互联网组成网络，及时向用户提供动态的经过检测的不同观测值以及有关信息。GPS定位技术应用于城市测量，根本变革了传统测量技术的布网方法、作业途径和程序。GPS控制网系统具有覆盖面广、定位精度高、可靠性强、费用低廉等优点，并结合厘米级大地水准面的建立，为城市规划提供全方位、全天候的数字信息服务。由基准站（参考站）、系统中心、呼叫中心、数据通信、用户应用等子系统组成建立GPS控制网需要的硬件设施有：基站配备电脑及调制解调器、基站固定电话线、手机及手机卡；软件设施有：数据库管理模块、基站状态监控模块、无线数据模块数据通讯管理模块；最后还有接受GPS信息的RTK机。
1.2 厘米似大地水准面建立
确定厘米似大地水准面需要建立在GPS大地高、水准高、DTM（数字地形模型）、重力数据这四个数据基础之上，采用移去回复法计算重力似大地水准面，然后将重力似大地水准面拟合于GPS水准得到实测似大地水准面。其精度指标也根据地形变化，平底似大地水准面精度一般在1厘米上下波动，而山地似大地水准面精度在1～3 cm精度范围内皆可。由于我国多丘陵山地，地面高度起伏较大，重力资料获取困难，为了精确似大地水准面就只能从严控GPS和隋准测量的数据着手，整体考虑C级GPS网和水准网的技术方案和施测方法，确保GPS网和水准网技术方案、点位密度、观测方法和似水准面精化的目标一致。
1.3 连续运行参考系统的建立
GPS连续运行参考系统是指在一定的区域内布设一定密度的能不间断运行的GPS卫星定位跟踪站，其基本构成为基准站网子系统、监控分析中心、数据传输子系统、数据发播子系统、用户应用子系统。
（1）基准网站子系统。该系统包括若干永久性GPS卫星连续观测站跟踪站和与之配套的数据预处理和传输设备，基准网站子系统采集GPS卫星观测数据并将数据输送至监控分析中心，同时提供系统运行状态和可靠程度的完好性检测数据，通过通信网络和广播网络向用户提供服务。
（2）监控分析中心。该中心接收各种跟踪站传输回来的数据，通过计算机局域网进行数据分流、分发、存贮、分析，按照国际通用的标准格式或自定义专用格式向不同的用户发送供不同需求的数据库提供多种信息服务和监控服务。
（3）数据传输子系统。是指基准站数据通过有线或无线通信网络传输至监控分析中心。其中，随不同的条件可采用数字数据网、因特网、vast等，该系统运作的最大特色是信息容量打、传输速率高，能有效满足跟踪站网与监控分析中心间的海量数据传输。
（4）数据发播子系统。该系统是向用户发送发播定位、导航、定时等多种数据，开展数据服务的主要途径。主要的数据发送手段有：因特网、HUF/VHF/FM/MW等无线电台或广播电台、GSM/CDPD等移动通信终端。
（5）用户应用子系统。包括用户GPS接收机，连续运行参考框架网的数据服务信号接收机，数据处理软件和多种科学和工程应用软件。
2 建立城市高精度三维大地测量基准的必要性
数字化、网络化、信息化是我国现在城市化发展的重要特征，各级规划、国土和测绘部门急需提高其提供基础地理信息的能力。建立三维测量基准能帮助数字城市规划获得更精准的测绘数字信息，具有传统测量技术不可比拟的优越性。首先，建立城市高精度三维大地测量基准是城市发展的必然。根据联合国人居中心预测，全球城市化水平在2025年将达到65%，而我国目前城市化水平仅达30%，我国今后十年的发展取向必然是城市化进行加快。其次，建立城市高精度三维大地测量基准是完善基础测绘的需要。测绘是城市化发展的支持和保障，建立城市高精度三维大地测量基准能提供城市平面坐标系统和高程系统的统一性和精确性，并及时更新和保存测量成果，为经济建设提供可靠服务保障。再次，建立城市高精度三维大地测量基准是建立“数字城市”的需要。“数字城市的建立必须建立在高精度三维大地测量成果之上，高精度三维大地测量基准能为“数字城市”建立提供精准、动态的地理空间基础框架数据。最后，以GPS为代表的定位技术的发展和高精度大地似水准面的实现也说明了高精度三维大地测量基准的建设是现代测绘行业发展的必然趋势。
3 建立高精度三维大地测量基准对于数字城市建设的意义
建立高精度三维大地测量基准是建设数字城市的基础工程。建立城市高精度三维大地测量基准的主要目标是运用网络、GNSS、现代大地测量、地球动力学等技术和方法，提供移动定位、动态连续的空间参考框架和地球动力学参数等服务，建立平面、高程、重力场信息于一体的综合性高精度城市三维基准。数据是数字化城市建立的物质基础，随着城市建设规模的扩大，传统的城市平面控制系统难以满足城市空间地理信息的采集和工程建设的需要，只有建立高精度三维大地测量基准才能为数字城市建设提供精度高且均匀的测绘数据服务。
4 结语
建立高精度三维大地测量基准是城市建设测绘工作的需要，也是测绘行业发展的标志。我国许多城市已建立了三维大地测量基准，但从理论上来说，我国目前尚未对该系统得出一致的研究意见，城市空间数据的分类、集成、更新、共享与标准化还不够成熟与完善，需要相关理论与实践部门加强研究，以促进测绘行业的发展，进而惠及数字城市建设与国家经济发展。
参考文献
[1] 史慧珍.数字城市规划的技术方法研究[D].清华大学，2004.
篇4
【关键词】 三维数字模型施工工程 三维动画 吊装作业 三维数字模型
一、引言
目前三维动画一直在以迅猛的速度发展，其制作功能也在不断完善。三维动画以其独特的制作方式，逼真的质感，绚丽的色彩，迷人的光效，奇异的变形，强烈的动感令人叹为观止[1]。
近十几年的时间，从影视片头开始向电视、电影、军事、航天、机械、医疗、交通、建筑、园林、教学、网络、游戏等行业渗透，并在其中扮演越来越重要的角色。三维动画正在快速地成为计算机图形革命不可忽视的力量[2]。
笔者长期从事三维动画的制作与教学工作，2005年底参与了贵州电建二公司三维数字模型施工工程的系统管理项目，负责三维数字模型的建模和三维动画的制作。下面就以一个吊装动画和一个锅炉房管道建模为例阐述三维数字模型与三维动画在其中所起到的作用和效果。
二、设计总体目标
基于三维数字模型施工工程的系统管理总体目标是：创新管理技术手段、优化管理流程、提高管理效益和效率。
三、三维吊装动画
三维数字模型应用系统最直接的应用效果是它给人们提供了一个直观的、完整的、高度集成的项目设计信息平台，在这个平台上，工程管理人员可以直接获取原设计信息和将设计信息再加工获得的施工管理信息，对原设计信息的再加工是工程管理人员对设计信息的深度需求和利用，是施工技术管理工作的重要体现。
三维模型的动画模拟在实际工程运用中可以反映出复杂的工程结构及物体的运动，例如在吊装作业中能够直观反映出整个吊装过程吊物所要行走的路径、吊物的形态以及可能出现的问题，由此可以发现吊装施工方案的不足之处，起到优化吊装方案的效果。
（上图为锅炉钢结构大板梁吊装动态模拟）
以 1#锅炉钢结构大板梁吊装为例：在锅炉大板梁吊装中，现场在锅炉左布置一台FZQ1380塔机，最大起吊能力为63t，在锅炉右布置一台7300履带吊，最大起吊能力为47t，由于大板梁单件最重达78.6t，大板梁的吊装作业只能采用双机抬吊的方式，而处于弱式的7300履带吊起升高度有限，在参与双机抬吊时，其副臂将与钢结构发生干涉。
通过对 1#炉大板梁吊装三维模型动画模拟，我们发现了整个吊装过程中最危险的干涉点，吊物运行的路径上需要缓装的钢结构梁也一目了然，由此确定了缓装的钢结构数量、吊车的布置位置以及行走运动路线，检验了吊装方案的可行性。
通过对三维数字模型的综合运用，专业施工人员在编制施工方案前期就对施工结果和在同一区域内各专业交叉施工的真实情况有了直观的了解，提高了编制施工方案的效率和准确性，在组织施工时就可以避免由于施工方案的不准确性和由于交叉作业影响而出现的返工、安装缺陷、安全隐患等问题，从而使我们缩短了施工周期、减少了施工返工率、提高施工质量和安全。
在实际施工中技术交底是必不可少的，使用三维数字模型系统在施工前进行技术交底可以更直观、更清楚、更准确的表达交底内容，帮助施工人员理解设计意图和施工方案要求，被交底人可以减少因信息传达错误而给安装工作带来的种种问题，减少施工返工率、提高施工质量和安全。
四、三维数字模型
二次设计是工程施工单位重要的施工技术工作之一，设计依据主要是设计单位设计的系统图以及设计手册、规程、规范等。以 600MW机组工程为例，φ76以下的热力系统管道、电气热控桥架和热控管路设计是二次设计的主要内容，施工技术人员根据设计依据结合施工现场的实际情况进行二次设计，并在三维数字模型系统平台上将设计结果进行反复校验和修改。
（上图为二次设计三维数字模型）
例如锅炉紧急放水与定期排污二次设计管路在校验时发现在16.5m层上方与送粉管道干涉；锅炉房辅助蒸汽管道在K4排柱7.4m层与热工二次设计的电缆桥架干涉；汽机油系统二次设计管道布置不合理等等，都在三维模型系统中被及时发现，并对原设计进行了相应的修改，直到设计合理为止。此项目工程在三维数字模型系统平台上共设计出三个专业120册图纸。三维数字模型系统的使用不仅提高了二次设计的合理性及安装工艺性，也为管道标准化定置提供了保障，减少了制造、安装成本和管理费用。
五、结束语
三维数字模型系统，由于其众多的优点，在贵州电建二公司所承建的工程中得到广泛的推广和应用。贵州电建二公司各个层次的管理人员从三维数字模型系统推广和应用中，看到的不仅仅是它在工程建设过程中发现了多少干涉点、解决了多少实际技术问题，更大的收获是让管理人员们发现了新技术应用的管理思维，拓展了企业的管理思路。新技术的应用需要利用系统的管理手段和方法来管理，新技术的应用也必然带来管理的变革，没有对基于三维数字模型施工工程的系统管理，新技术的应用深度和广度远远不够。
通过这一过程，大家更深刻的认识到，提高施工工程管理水平、降低企业经营成本、经营风险、提高企业竞争力和创造经济效益的途径不是唯一的，只要不断的努力探索，就能找到更多、最好的途径。三维数字模型系统应用对企业发展将产生深远的影响，使企业信息化带动工业化的进程大大加快。
参 考 文 献
篇5
关键词：三维模型;数字摄影测量;三维地理信息系统;数字城市;城市规划 文献标识码：A
中图分类号：P232 文章编号：1009-2374（2015）02-0019-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0108
1 概述
“数字城市”是随着“数字地球”战略的提出应运而生的，是解决城市问题的综合性工程。在“数字城市”建设过程中，二维空间数据一直作为空间信息基础设施框架重要的数据内容，其在城市规划、交通、市政等各领域应用广泛，但传统的二维数据很难表现城市三维空间形态的多样性和复杂性以及相互之间的关系。城市三维空间信息则具有直观性强、信息量大、内容丰富等优点。三维地理信息系统已成为数字城市的重要组成部分，而三维模型的建立是三维地理信息系统建立基础。本文对基于数字摄影测量技术的三维建模方法进行探讨。
2 构建三维模型的方法
三维模型数据生产是建设数字城市三维地理信息系统的核心，三维模型的精度和建模效率直接影响着三维地理信息系统的实用性和建设周期。现将有代表性的四种建模方式列出：
第一，基于航空摄影测量的三维建模技术。通过航空摄影测量技术，在立体环境下，能快速准确获取建筑物等三维模型数据的位置、形状及高度信息，再加以外业纹理采集及正射影像屋顶信息即可构建精细三维模型。成熟的DEM数据及DOM数据生产技术路线能快速重建三维场景中的地形数据，真实展现城市风貌。
第二，采用机载激光雷达扫描，快速获取城市建筑模型及地表模型，但是这种方式获取的数据量非常庞大，若需提取有用信息必须加上很多人工干预，此种方法建立的三维立体模型没有建筑物的色彩纹理。
第四，基于规划图纸等二维数据资料的城市三维建模方法，利用AutoCAD、3DS Max等软件建立三维模型数据，但是此方法需要大量的工作来收集数据，且数据的时效性存在不确定性，对于建筑物顶部纹理存在盲区，高程数据的获取工作量亦较大。同样此种方法建立的三维立体模型没有建筑物的色彩纹理。
第五，SWDC-5倾斜摄影系统及SSW-2车载建模测量系统这两个系统是刘先林院士在第六届中国数字城市建设技术研讨会数字城市高峰论坛上提出的，目前正在推广应用阶段。
3 基于数字摄影测量技术的三维建模方法
基于数字摄影测量技术的三维数据制作工艺，其具体优势如下：
第一，数据的获取、处理、分发等都是以数字的形式，摄影测量所有工序都可以在计算机上实现，并且涵盖整个传统摄影测量的各个工序。
第二，数字摄影测量技术能够协助设计人员快速建立地面建筑的空间几何、高程数据，具有几何精度高、成像速度快等特点;地面建筑空间几何精度可以达到厘米级，数据更新较容易，且可应用于大的工程项目和国家范围内的数据采集，为数字城市乃至数字地球提供基础数据框架。
第三，基于数字摄影测量技术的城市三维模型数据，与通常的计算机动画制作和仿真模拟景观的不同之处在于，它是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。在此三维景观模型数据中，建筑物之间的空间位置关系与实地是完全对应的，而且任意点的空间三维坐标是可以量测的，具备测绘级别的数据精度。
采用数字摄影测量技术的数字沈阳三维建模技术路线如下图1所示：
图1 技术路线
3.1 航空摄影测量
本项目航空摄影采用DMC全数字航摄仪，获得航摄比例尺为1∶5000、影像地面分辨率0.06m的影像资料。利用获得的影像资料和外业像控资料通过航天远景的DATMatrix软件进行空三加密，获取内业测量所需要的外方位元素和加密点坐标。
3.2 建立数字高程模型（DEM）
DEM是建立数字城市的基础信息之一。本项目利用空三加密后的数据在航天远景的MapMatrix软件中自动创建立体模型，并检查相对定向、绝对定向精度，生成模型的大地核线、自动匹配，生成5m格网的DEM文件。在匹配编辑窗口中依作业指导书进行等视差曲线或等高线的编辑使所有曲线均贴紧地面，最后生成DEM并进行DEM接边检查与处理。
3.3 生成数字正射影像图（DOM）
数字摄影测量系统可以进行正射影像纠正和镶嵌、裁切等。将DOM与DEM叠加，可生成城市的三维景观。本项目用经过接边处理后的DEM进行正摄纠正，纠正后的航片在航天远景的EPT中进行，匀色、匀光、调整编辑拼接线镶嵌影像。最后按图幅坐标裁切。
3.4 真正射影像图生产（TDOM）
三维建模区背景图是DOM产品的一种，本项目建模范围内地面进行真正射生产。与普通数字正射影像产品的区别是：三维建模区所用的背景图对所有建筑物都进行了中心投影纠正，从而保证建筑物无投影差。利用全数字摄影测量系统，在立体环境下采集建筑物几何特征信息。摄影测量系统所采集的建筑物矢量数据，是制作三维建模区背景图的数学基础，利用此数据对正射影像数据进行再次精纠正，即可消除建筑物投影差。
3.5 建立城市真实三维景观模型
城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得物体目标的空间三维坐标及获取建筑物的部分纹理，由相应软件自动生成建筑物的结构模型。
3.5.1 基础模型的制作。利用空三加密后的数据在MapMatrix的立体环境下按照《沈阳三维地理信息系统建设设计书》对建筑物分类及模型合并标准的要求，对建筑物房顶及桥梁进行对应的平面几何和高程数据的采集，并达到平面位置精度
3.5.2 屋顶纹理的提取。按要求对原始影像进行色调处理后，在相应的软件下进行影像与基础模型的同名点的匹配，并达到合格精度，软件自动提取建筑物顶部纹理。
3.5.3 外业纹理采集。利用手持数码相机，根据外业纹理采集规范，采集测区范围内所有建筑物侧面纹理信息。在外业采集纹理相片时，需要将每个建筑物的外部轮廓用相机清楚地记录下来，并保证相邻毗连建筑的纹理接边。在采集过程中，必须有建筑物整体纹理效果及建筑物局部放大纹理效果，对于特征建筑物及建筑物的局部特征细节需要详细记录。
3.5.4 三维模型制作。沈阳三维地理信息系统中，三维模型主要分为地形模型、建筑模型、道路模型、植被模型、市政设施模型等五大类和精细模型、标准模型两个级别。
要求在较短的时间内完成沈阳市区大规模的三维建模，这对建模效率及数据质量都有很高要求。因为地形、道路和植被模型一般结构比较简单，建筑和市政设施模型相对复杂，所以我们采用3DS Max与MultiGen Creator两种软件结合起来进行建模，即：用MultiGen Creator制作地形模型、植被模型和道路模型，用3DS Max制作建筑模型和市政设施模型。
3.6 城市三维场景整合
采用高德的TerrainBuilder、ModelBuilder等工具软件，对DOM、DEM、模型、精细场景等进行优化、，整合生成数字城市三维场景。
4 结语
本文通过对数字沈阳三维建模项目的阐述，认为基于数字摄影测量技术的三维建模是一种非常行之有效的建模方法，但同时也存在着一些问题，如批量建模的自动化等还有待于广大测绘人员进一步研究和探讨。
参考文献
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[4] 刘晓艳，林珲，张宏.虚拟城市建设原理与方法
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关键词：数字德令哈；三维模型；数据质量检查
引言
随着科技的不断进步，城市的信息化成为了必然的趋势，数字城市的不断完善已经成为城市发展的新契机，成为城市信息化建设的目标。数字三维城市已成为城市规划和管理中重要的手段。三维模型能够真实、生动地表达三维空间信息，成为数字城市的研究重点。
德令哈市是青海省海西蒙古族藏族自治州州府所在地，是全州政治、教育、科技、文化中心，也是海西东部经济区中心。作为青海省重要的工业城市，德令哈市在青海省经济发展中具有重要地位。随着德令哈市经济的迅猛发展，对城市规划和城市管理提出了更高的要求，政府部门对信息化建设有着迫切的需求，“数字德令哈”的建设为各部门信息化系统提供了一个统一的定位基础和信息共享平台，加快了城市信息化进程。
目前，有关数字三维模型的相关文件有《中华人民共和国测绘行业标准：三维地理信息模型生产规范CH/T 9016-2012》《中华人民共和国测绘行业标准： 三维地理信息模型数据产品规范CH＼T9015-2012》《中华人民共和国测绘行业标准：三维地理信息模型数据库规范CH＼T9017-2012》，这些标准对三维模型的制作进行了定义和要求，但对三维模型质量评定没有明确的要求， 也没有形成一套有效的质量检查方法与质量评价体系。
文章针对“数字德令哈”项目中已经产生的大量三维模型成果，参照《中华人民共和国测绘行业标准：三维地理信息模型生产规范 CH/T 9016-2012》《中华人民共和国测绘行业标准： 三维地理信息模型数据产品规范CH＼T9015-2012》标准的相关内容并结合工作中进行三维模型质量控制的实践， 探讨了如何对三维模型进行质量检查。
1 模型的生产流程
“数字德令哈”中三维模型数据的制作流程主要如图1所示。
1.1 矢量数据采集
立体采集使用MapMatrix全数字摄影测量工作站完成，模型定向采用空三自动恢复模型进行立体测图，采集道路、水系、屋顶、基础设施等数据。
1.2 纹理照片采集及处理
用符合要求的相机实地采集房屋、道路、植被、基础设施等要素的照片以及兴趣点。将采集的实地照片在Photoshop软件下处理成纹理数据。
1.3 建筑模型制作情况
利用立体量测的方式，将建筑物屋顶结构全部表示出来，再将该结构结合地面dem，提取成立体模型。后期贴图时参照外业实拍的照片形状进行核实、修改，将处理好的纹理数据赋在建筑面上，保证模型与实际相符。
1.4 道路模型制作情况
人行道、行车路面按照大比例尺地形图精确制作；地形图上未表示的较窄的道路按航片或照片制作；全区域范围内同材质路面使用了同一纹理表示；跨河桥梁等全部按照实际建模。
1.5 植被模型制作情况
城市中植被种类繁多，数量巨大，因此植被利用十字交叉面片双面贴图的方式进行建模。
1.6 基础设施模型制作情况
交通信号灯、路牌、路标、交通指示标志牌等按实际形状建模，按实际位置表示，方向指示正确；道路中间、两侧的栅栏及栅栏两头的圆柱形墩子按实际表示，使用透明纹理表现。包围绿地或隔离带的围栏按实际建模，并使用透明纹理表现；道路附属设施上作为设施主体的广告牌按实际照片制作纹理贴图。
2 质量控制内容
三维模型数据是“数字德令哈”地理空间框架中的重要内容。
2.1 质量检查内容
2.1.1数据命名、格式的检查：包括模型的命名，纹理的命名，纹理尺寸和格式的正确性。
2.1.2 空间数据的检查：包括平面位置精度、高程精度和坐标精度。平面位置精度主要检查与地形图中基底轮廓线的套合情况；高程精度主要检查模型与实际高度是否一致；坐标精度检查是否符合项目设计书中的坐标系统要求。
2.1.3 场景中模型的检查：（1）检查模型结构是否完整、正确；模型有无缺漏、穿插；有无多余面或丢失面。（2）检查纹理是否与实地相符；纹理是否清晰，有无扭曲、变形、炫光等；纹理间衔接是否合理。（3）平台场景中检查地形模型、建筑模型、道路模型、植被模型、基础设施模型以及各类型模型之间相互位置关系。（4）附件的质量控制主要指文档的完整性。
2.2 检查平台
德令哈市的三维模型是使用3ds max软件进行原始模型的制作、光照烘培效果和格式转换的，利用Photoshop软件进行纹理处理，利用City Maker Building平台进行大场景整合。所以质检人员也是在上述软件下进行检查。
3 检查方法
3.1 原始模型数据检查
3.1.1 平面检查
对于制作好的模型，首先检查模型的平面坐标，将德令哈1：500的CAD图导入3ds max软件作为依据，在顶视图中检查建筑的基地边线是否与CAD数据套合，对于复杂结构的建筑应多角度进行检查。
3.1.2 模型检查
坐标检查完后要检查模型文件中存在空物体，打开摘要信息命令（Summary info）检查文件中物体数量、面片数量等信息，查找到统计数据中点与线都为0的模型即为空物体，记录后需在max场景中删除。接下来打开模型列表，检查模型的命名是否与设计方案一致，如有问题需要记录，若没有就可进行下一步检查。“数字德令哈”项目设计要求模型需100%检查，所以检查时是按照模型的名称进行顺序检查，主要检查模型结构与实地是否一致，是否符合设计方案的精度要求，贴图是否完整；整个max场景中模型是否有重叠、穿插、漏缝等情况；最后需检查模型轴心位置。如检查有上述问题需记录后返还给作业人员进行修改。
3.1.3 纹理检查
模型的纹理首先需在photoshop软件中打开后检查纹理的命名与格式是否符合软件要求，尺寸是否是2的N次幂，并小于2048像素；其次需要检查场景中纹理图像的清晰度与真实度，交界面纹理应合理衔接，保证所有的模型纹理必须赋予UV，利用反转法线制作的两个透明面要避免闪烁，制作的透明贴图不能出现明显的白边。如检查有上述问题需记录后返还给作业人员进行修改。
3.2 平台数据检查
原始模型检查修改完成后，将模型转换成City Maker平台所需的.Osg格式数据，在平台中整合好的数据还需检查建筑模型、地面模型、道路模型、植物模型、基础设施模型之间的相互关系，检查各类模型底面与地面的衔接是否在设计书要求精度范围内，检查各类模型互相之间衔接是否合理。
4 结束语
随着数字城市的不断发展建设，我省的数字项目会越来越多，对三维模型的需求也会越来越大，但目前对三维模型的质量检查还没确切的标准，影响三维模型质量的因素很多，不同的项目需求对三维模型的质量起着决定的作用。文章通过“数字德令哈”项目对三维模型的质量检查设定了一套方法与流程，希望可以对其他数字城市项目中三维模型的质量检查提供一些参考。
参考文献
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关键词：3D建模；三维数字校园；EAVR软件平台
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）34-0241-03
三维数字技术的迅速发展为人们提供了多层次、高质量、高效率的信息服务及决策支持，应用研究主要表现为基于现有EAVR平台进行二次开发，通过三维软件进行模型建立并加载数据及功能模块。本文以秦皇岛职业技术学院校园为研究对象，借助南方数码GIS 软件的开发平台，利用3ds Max进行三维数字校园建模，并初步实现GIS分析功能。三维数字校园为大学校园的规划管理、资源利用、教学实施提供了支持。
1 建模技术标准和基本原则
1.1 技术标准
平面坐标系采用1980西安坐标系，任意分带；高斯克吕格正形投影，投影面为参考椭球面。高程基准采用1985国家高程基准。
技术依据：
1）《数字测绘产品检查验收规定和质量评定》GB/T 18316-2008；
2）《数字城市地理空间信息公共平台技术规范》CH/Z 9001-2007；
3）《三维地理信息模型数据产品规范》CH/T 9015-2012；
4）《三维地理信息模型数据生产规范》CH/T 9016-2012；
5）《三维地理信息模型数据库规范》CH/T 9017-2012。
1.2 基本原则
1）数据采集原则
几何数据选用的已有测绘资料应满足建模现势性和精度要求，不能满足要求时，应按有关技术规定进行重新测量；平面和高程数据的采集，应符合现行相关技术规定；应以能够准确表达对象几何形态特征为原则，必要时可通过图像或视频等方式辅助描述几何形态的细节特征。
纹理数据采集遵循纹理的单一最小化原则。应拍摄地物所有部位的表面影像。有重复单元的表面，宜拍摄局部；无重复单元的表面，应拍摄完整表面。对结构复杂或无法正视拍摄的表面，应进行多角度拍摄，并利用图像处理软件进行纠正和拼接处理。应根据不同细节层次的模型以及相应的精度及表现要求，确定拍照需要表现的细节。应拍摄有代表性的表面影像制作通用纹理或示意纹理。
2）三维模型完整性原则。三维模型数据要素应全面完整，不应有遗漏和冗余。不同类型、不同细节层次数据的拓扑关系应完整、正确。
3）三维模型位置精度原则。三维模型数据的平面坐标值（X，Y）应符合《三维地理信息模型数据产品规范》CH/T 9015-2012 的要求；三维模型数据的高度（Z），根据不同模型类别和细节层次，应符合《三维地理信息模型数据产品规范》CH/T 9015-2012 的要求；三维模型数据各组成部分的位置精度应符合《三维地理信息模型数据产品规范》CH/T 9015-2012 的要求。
4）三维模型表现精度原则。三维模型的可视化表达包括平面精度、高程精度、地形精度、DOM精度、模型精细度、纹理精细度6个指标。三维模型数据的表现精度应符合《三维地理信息模型数据产品规范》CH/T 9015-2012的要求。
2 整体设计及技术路线
南方EAVR平台是广州南方数码科技有限公司依托公司深厚的测绘背景和技术优势，独立开发出的具有完全自主知识产权的数字城市建设平台，它可以综合多源地理数据（栅格、矢量）与实体模型对地理环境中的自然和人工实体进行建模，管理与可视化。本项目根据秦皇岛职业技术学院的实际情况，在认真进行资料分析和实地踏勘的基础上，通过新技术、新方法的应用，建立科学的技术路线和生产工艺。基于EAVR软件平台，利用数字高程模型和其他2D或3D信息源，包括GIS数据集、层等创建一个交互式三维地形场景环境，实现基于三维地形场景的交互式鸟瞰、飞行等任意角度和方位旋转显示、无级缩放、快速无缝浏览、查询、定位功能。
建模设计是三维展示系统中的三维模型数据生产的部分，本项目建模区建筑和地形均采用模型主体表现或符号表现的方式生产，不通过DEM、DOM来生成地形。通过地形数据和卫星影像出图，在实地地毯式采集测区建筑和场景纹理，内业依据秦皇岛职业技术学院的地形测量数据和实地采集的纹理照片，参考卫星影像数据，结合通用纹理库，生产测区的建筑和地形三维模型成果，导入专门开发的三维数字城市系统，进而生成较真实的三维校园立体景观，如图1所示。
3 三维模型制作
3.1 实施流程
数据生产流程主要包括前期数据收集分析（包括地形图资料、交通资料等，通过试验、检测与认真分析，合理、充分利用各种已有资料）、中期数据采集、后期数据处理三大部分。
项目区域内所有模型分为精细建模模型、标准建模模型和基础模型三类。统一采用3ds Max建模，最终建模的模型导出成三维数字地球平台支持的格式模型文件，通过三维数字地球平台导入，实现模型和场景的融合。
之后添加属性：根据外业拍摄时的记录和现有资料的参考，对项目区域内重点建筑设施赋予名称及信息提示等属性，方便系统进行检索和查询。
3.2 模型制作
本项目三维建模包括建筑模型、道路模型、植被模型、地面模型以及其他模型的制作。首先采用航测法采集建筑的空间三维信息，并编辑成合格的白模型数据，最后进行优化处理和纹理贴图。
校园的建筑对比普通的城市建筑有很大区别。首先校园类建筑的密度低，平均算下来每平方千米的建筑数量可能连城市建筑的1/4都不到。但是，校园建筑的难度相对来说是较大的，因为建筑本身各具特色，重复性低，外部结构较多，贴图的重复利用率也低。所以需要在建模前进行仔细的分析和脑中推演。
以秦皇岛职业技术学院的图书馆为例，此建筑适用于分体建模的形式，把整个建筑分成4个部分，后方的矩形结构，左侧的正方形结构和右侧的扇形结构，以及正面的装饰性结构，如图2所示。在建模过程中，使用CAD建筑地线作为参照，配合使用Poly级别下的“D出”“倒角”“桥接”等命令。
具体实施步骤如下。
1）在Auto CAD中将建筑地线提取出来，并做好封口、焊接等处理，确定CAD当中的坐标和单位的正确。
2）使用CAD的导出命令，将建筑地线单独存储成一个DWG格式的文件。
3）将先前保存好的DWG格式文件导入3ds Max当中，并在导入时注意选择导入单位为“米”。然后这个DWG格式文件当中的线段，会在3ds Max中以二维线的形式显示，这就是建模的依据。参照这些二维线，并使用3ds Max中的二维线，可借助“点捕捉”命令进行再次描绘。
4）根据重新描绘的二维线，开始创建模型。首先保证线段闭合，然后将线段转换成Poly模式，并依据先前采集回来的高程数据，以实际高度，使用“挤出”命令，来创建建筑的外轮廓。在形成的过程中，要确定建筑的实际层数、高度和结构，进行有意识的线位预留，比如窗户的位置和门口的位置，以及一些附属结构的位置，都要在过程中预留出来，为后续的建筑工作增加便利。
5）基本的建模工作完成，开始制作建模的附属结构，如遮雨棚、电梯房等结构，有些需要单独制作的，要在制作完成后，放到先前预留的位置当中去。
6）进入模型贴图阶段。创建材质库，然后按照建筑的实际颜色、纹理来进行贴图制作。在制作的过程中，要保证贴图与实际的相对一致性。并在贴图的时候，使用3ds Max中的“UVW”命令进行一系列的调整，如位移、重复、镜像等。通过贴图的制作，可以增加模型的真实度与质感，使创建的三维模型更加真实，如图3所示。
3.3 交互设计与集成
将3DMAX数据导入南方数码研发的易维数字城市软件平台， 优化场景数据及材质，设置场景参数，设置行走模式、飞行模式、车行模式，检测场景的重力效应和碰撞，对透明材质设施进行穿透检测，以达到场景浏览顺畅。接着设置场景特效，根据时间设定场景的光照效果，设置各种天气特效，添加辅助的情景动画。编写脚本控制，根据用户的需求浏览校园场景， 实现查询定位、功能属性查询等交互性操作。最后，将三维模型数据通过EAVR平台的网络模块进行，实现三维系统建立在B/S结构的体系上。
把虚拟场景打包成可独立执行的EXE文件供用户下载， 并用网上三维互动制作软件（VRPIE）打包输出为可网络的 VRPIE 网络三维文件。同时把之前收集的高分辨率Quickbird遥感影像地图进行影像配准， 并以此为基础结合校区简化图， 制作电子地图， 同步到网络。
三维数字校园建成后，可以实现部分三维交互功能，用户在三维场景中通过操作鼠标或键盘进行漫游，可以对其中的三维物体信息进行管理和查询操作，使三维的空间感更逼真地显示在用户面前。主要系统功能如下：
1）数据管理和编辑的功能。用户可以根据自身的需求加载自己所需的数据，如：栅格数据与矢量数据的叠加，多种数据的复合叠加等。可以方便地在三维环境中浏览二维数据。
2）三维信息交互查询功能。在三维数字校园平台中可以方便快捷地在三维场景中进行目标定位，并对三维场景中的三维模型实体相关属性信息进行即时的调阅与动态查询，如图4所示。
3）路径漫游功能。三维数字校园平台提供空间量测工具、三维路径分析功能，可以选择路径进行漫游，还可以实现通过鼠标键盘进行旋转飞行等功能，满足各种三维场景观察与浏览需求，如图5所示。
4 结束语
秦皇岛职业技术学院三维数字校园是依托EAVR平台，将校园数字化、可视化的体现。本文根据秦皇岛职业技术学院校园实际情况，进行了数字校园整体建模设计及技术路线，根据设计规范实施建模流程，通过3ds Max完成三维数字校园建模。
通过三维数字校园的建设，管理者能很方便、直观地了解学校布局及景观，使学校未来的规划设计方案在虚拟的数字校园场景中直观体现，规避了设计中可能的风险，对校园的建设规划等起到辅助决策的作用。同时数字校园可以直观有效地促进学校的招生宣传及校区资源的展示，对学校大型活动规划安排及制定应急疏散方案等提供帮助。
参考文献：
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关键词：Skyline平台 数字城市 多维展示与决策 三维GIS
1 概述
伴随着城市信息化建设的快速发展，数字城市的构建已愈来愈成为关注的热点。数字城市是数字地球战略构想的重要组成部分，是将现实中的城市以空间位置及其相关联信息为基础形成多维的、数字化的信息系统，它充分利用现代信息技术和网络技术，将城市的各种信息资源加以整合并利用。在初始阶段，构建数字城市主要依靠二维GIS，当前，三维GIS技术已日趋成熟，推广使用后，数字城市的应用研究必将有突飞猛进的发展。三维GIS与二维GIS相比，它可以多维呈现城市各种元素，它以立体造型技术来展现地理空间现象，能给人以更真实的感觉。不仅能够对空间对象进行其特有的多维空间分析和操作功能，还能描述和表达它们之间的垂直关系和平面关系。数字城市的构建完成，可以在城市可持续发展等方面发挥重要作用，同时还能在城市的规划、建设和管理、打击犯罪、防灾减灾、电子商务方面发挥自己应有的功效。以三维GIS技术为基础的数字城市，可以提供全新的城市规划、建设、管理与服务的决策辅助信息，还可以为市民提供享受数字化生存的环境。
2 基于多维信息的数字城市模型
建立以城市地理坐标为基准的完整数字化模型，收集、整理、归纳现实城市中的多维信息，用户可以快速、完整、形象地了解全市宏观和微观的各种情况，通过互联网联结起来。用户登录系统后，根据地理学原理，空间对象依层次分为9块：现实世界、概念世界、地理空间世界、尺度世界、项目世界、点世界、集合世界、地理要素世界。根据地理信息的特点：区域分布性、数据量大、信息载体的多样性以及三维GIS的特点，在此基础上再结合面向对象方法，就能建立一个比较完备的空间信息模型。如下三层概念模型可搭建出来，如图1-1所示。
3 多维展示与决策系统设计
通过建立综合的多媒体数据库，构建具备能够将原有城市信息资料文档、二维矢量数据和三维场景相结合的多维展示与决策系统。该系统是一个集二维三维于一体的GIS平台，可以通过该多维平台查询调用大量的资源信息，同时可以直观查看监控的多维信息数据（如交通信息等），并整合多维信息进行分析，服务于城建规划、应急救援决策的制定等。
3.1 系统的功能设计 系统分为三个功能模块，由下向上依次为：底层数据管理、维护、服务层，包括：数据服务子系统、用户管理子系统、多维信息与远程协同子系统。基础功能平台层，包括：通信子系统、信息展示与查询系统等。应用功能层（业务子系统），包括：电子政务子系统、电子商务子系统、智能交通子系统、统计、分析、调度决策子系统、电子医院子系统、故障定位子系统和网上社区子系统等。
3.2 详细设计 基于数字高程模型（DEM）的三维GIS有助于用户对空间数据相互关系的直观理解，但仅把多维可视化模型作为信息表示的一种输出媒体是远远不够的。对于各种各样的GIS用户来说，往往需要直接将其作为可交互查询的媒体。在此分析基础上，采用以下方法对应用系统进行详细设计：①以关系型数据库作为数据管理的中心。由于多维数字城市展示系统会涉及到各种类型的数据，因此，为实现系统数据集成存储、网络共享、分布式处理，系统采用关系型数据库来管理结构化数据与非结构化数据。数据库管理系统选用大型数据库Oracle平台，实现对数据的统一管理，从而使城市空间数据与非空间数据的管理问题得以解决。②多维影像合成采用Skyline平台的TerraBuilder模块实现。系统中，完成数字DOM图像与数字DEM模型进行多维融合，生成系统skyline独有的多维地形文件，采用TerraBuilder合成技术，它支持包括遥感影像、高程数据、特殊景观纹理和基础二维GIS数据等多种数据的合成。③系统开发应用TerraExplorer Pro模块进行。我们可以与现存的二维系统实现联动，因为TerraExplorer Pro支持WFS/WMS和ArcSDE，同时，利用skyline的Developer提供的COM接口，可以实现用户自定义开发，各种外部资源可以得到充分利用，完美做到与Oracle平台的结合。④系统的数据管理。海量的地理信息数据，是制约多维GIS发展的一大难题，而本系统采用Skyline平台的TerraGate很好的解决了这一问题，用户浏览海量数据可以没有限制、没有阻碍。
3.3 系统的逻辑结构 根据上述的系统设计方案，系统的逻辑结构进行如下设计：系统采用三层式逻辑结构：底层数据平台、数据系统平台、应用系统平台。底层数据平台：Oracle数据库作为底层平台，数据信息包括TerraBuilder合成之后的多维数据、以及二维的影像和属性数据，还有其他的数据（如单位列表、电话簿等），其中还有原有基础城市数据的链接等。数据系统平台：完成二维、三维空间数据和属性数据的功能，多维数据采用TerraGate，二维数据采用ArcIMS。应用系统平台：应用系统使数字城市的电子政务、电子商务、智能交通和分析决策等功能可以实现，它是通过COM接口与底层数据库和数据层进行数据交互的功能扩展。
3.4 系统典型应用的研制 ①二维、多维展示功能的实现。本系统采用二维和多维联合操作的方式，在不影响用户操作方便性的基础上实现了多维可视化效果，使显示、查询和编辑可以在两种视图之间自由切换。从而在多维可视化场景下，继承二维GIS操作具有无极放大、选择唯一和定位准确的特点，结合三维GIS的强大空间检索和分析功能为城市的规划、设计和高效管理提供整体支持。②空间行为决策系统的开发。空间信息分析与行为决策是三维GIS的核心部分之一，空间信息分析在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。系统开发了一些简单的空间分析功能模块，比如图1-2所示的“测量功能”模块，这与二维计算机地图制图系统有显著的差别。利用系统的空间信息分析技术，对原始数据模型进行观察和分析，用户可以获得新的经验和知识，并做出城市空间行为的决策。
4 解决的几个关键问题
4.1 多维建模技术 城市多维景观模型包含数字高程模型、地面纹理影像等数据，它是多维数字城市信息系统的表现模型。本系统数字高程模型的建模方法采用综合形式，普遍采用数字摄影测量方法，结合GIS数据，通过影像匹配快速自动生成数字高程模型。另一种方法是采用三维设计软件，如3Dmaxs等软件，通过Skyline平台提供的COM接口，将设计好的模型实体导入并定位于特殊地形景观模型中。
4.2 图像压缩处理技术 图像压缩采用小波算法实现，可以生成地面纹理和形状最大限度接近真实目标，从而保证了图像压缩后的质量达到无失真。图像压缩比高，以1米地面高度分辨率的影像数据和25米地面高度分辨率的高程数据多维融合为例，经过测试，压缩比一般可达到4：1，最高甚至可以达到10：1。高图像压缩比和快速还原能力得以实现，它采用多级LOD方式存储系统影像，使多比例尺、多尺度空间地形数据可以无缝融合在一起，调用图像响应时间不超过0.5秒，从而在根本上解决了大型影像数据（>200GB）的网络浏览问题。
5 结论
随着信息技术的不断发展，各行各业开始重视交互式多维可视化应用软件的开发。针对数字城市应用系统的特点，我们基于Skyline平台实现了一个面向数字城市应用领域的交互式可视化多维展示与决策系统。系统应用后，能够在一定程度上为城市数字化管理提供完善的支持，可视化程度高、交互性好和开放性强是该系统的特点，在当前飞速发展的城市数字规划与管理中有着广阔的应用前景。
参考文献：
[1]王树德.数字城市基本问题和我国数字城市建设[J].青岛大学师范学院学报，2002，(01).
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关键词：电子沙盘；地理信息；三维建模；操作控制
随着科学技术的飞速发展，计算机软硬件技术、多媒体技术、传感器技术等一系列技术越来越多的被人们应用，与此相关的虚拟现实技术也得到了进一步发展，传统的固化沙盘模型，逐渐被具有人机交互、动态模拟的电子沙盘所代替，主要应用于军事上的沙盘模型也逐渐应用于城市规划、交通分析等方面。如何充分利用地形、影像、三维空间信息结合光、电等技术实现真实、实时的三维交互式城市场景，将成为辅助城市决策、城市规划不可缺少的手段。
1 基本原理
简单来说，城市电子沙盘就是以城市基础地理空间信息为基础，综合计算机图形学技术、多媒体技术、传感器技术、人工智能、仿真技术、立体显示技术等多种学科技术造就一种生动逼真的视、听、触一体化的特定虚拟环境，使人们“沉浸”于等同真实的环境，进行感受和体验，其原理为通过控制系统调用准备好的信息数据，依靠多媒体手段将信息模拟真实的环境展现在显示端，示意图见下图。
图一：城市电子沙盘基本原理示意图
2 系统实现
2.1 系统实现示意图
图二：系统实现示意图
2.2 数据建设
数据建设是城市电子沙盘制作的核心，同时也也是电子沙盘制作的难点，主要包括数据预处理，三维建模、建立数据库、功能实现。
2.2.1 数据预处理
城市电子沙盘系统中数据预处理主要是指地形图、影像图等数据的处理，使其满足建设城市电子沙盘系统的应用。预处理主要包括：①统一规范数据格式。为了保证数据融合和集成显示的效果，必须对数据格式进行统一，保证各类数据之间很好的结合，也保证各类数据准确的应用操作控制系统中。②地形图处理。根据城市电子沙盘建设的效果选择不同比例地形图，城区一般选择1:500数字线划图，农村一般选择1:2000或1:10000数字线划图，将道路、水系、房屋、信息点注记分级、分类、分层。③影像图处理。将航片影像和卫片影像处理为不同分辨率数字影像，进行调色、纠正处理。④其它数据处理。其它高程模型、规划信息、视频、动画等数据处理，使其能够与地形、影像、三维模型等数据整合在一起，集成在电子沙盘系统。
2.2.2 三维建模
城市电子沙盘系统中三维建模为一般建模要和精细建模。一般建模是指在一定的坐标系统基准下，以城市二维地形图为基础，套合城市数字高程模型（DEM）,建立城市三维空间框架模型，再叠加城市数字正射影像（DOM），将影像数据作为纹理，与城市三维空间框架模型叠加显示，建立城市三维地表空间模型。精细建模是指依靠专业的三维建模软件如3DMAX等进行房屋、道路等要素精细化三维模拟真实搭建，对搭建的三维模型依照坐标位置移植到城市三维地表空间模型。对于建立城市电子沙盘系统而言，一般建模主要用于山地、丘陵地，从宏观的方面表现三维环境；精细建模主要用城镇，从微观方面展现城市的特征风貌。
2.2.3 建立数据库
城市电子沙盘系统建设必须依靠大量的各类数据信息，同时在演示必须能够加载相关信息，这就必须创建一个能存储多种信息类型的数据库，包括地理信息数据库、媒体数据库、三维模型数据库等。通过访问不同数据库中的数据，来管理和调用地形、影像、视频等各类信息数据，提高数据使用效率。
2.2.4功能实现
飞行漫游。它是电子沙盘展示最基本的变现方式，通过直观、真实的三维环境来表现地形、城市特征，其表现为以观察点为基点的前进、后退、左移、右移进行三维场景的游览，可根据要求自定义游览的路线、高度、视角等。
动态影像动画输出。电子沙盘不同于传统的沙盘的主要在于它能够实现事先设定，或者展示时实现自定义设定的三维影像和三维动画的动态表现，通过程序实现这些将直接展现电子沙盘的特点。
查询、分析。城市电子沙盘说通俗一点，可以认为是高级的电子地图，其兴趣点的查询、感兴趣区域的分析是要实现的基本功能。
专题功能的实现。是指根据需要，加载有关行业方面的信息，实现如城市规划、交通分析、绿地监督调查等方面的功能。
2.3环境建设
硬件设备包括高性能图形工作站、高端存储设备、大屏幕液晶显示器和多点触摸屏或高清投影仪和银幕，以及音响、灯光、网络设备等设施，是为流畅、高清显示、人机互动提供基本支撑。
软件系统包括计算机操作系统、GIS数据库、图形图像处理软件、基于三维的地理信息管理系统等，是为调用各类数据资源提供基本服务。
场景布设是根据设计方案、表现效果要求，选择能够将图像、动画、解说、音乐、灯光等多种元素很好的融合在一起，为观众留下深刻影响的环境设计。
2.4 操作控制系统
电子沙盘的操作控制系统通常有自动、手动、遥控三种模式。
自动控制模式：通过事先设计好的思路，由计算机程序自动按一定的顺序对模型概况、各规划分区、主要路网、主要建筑等信息通过多媒体形式展示出来，同时模型灯光电器与背景灯光也会自动与展示内容配合亮灭。此模式适合展厅全面开放，参观者人数较多且来源复杂的情况时使用。 手动控制模式：由讲解员或参观者通过手指触摸屏幕，有选择的、交互的演示对应内容，有目的的主动对展示信息进行索取。通过手动控制能够实现感兴趣区域的突出展现，使其地理方位、形状在模型上一目了然，同时配以图片和音乐介绍，使感兴趣区域的相关信息全方位解说。此模式适于参观者较少的情况，如领导参观、投资商考察等情况时使用。 遥控模式是通过将整个系统的显示、音乐及灯光等统一起来编制的演示系统，再结合遥控设备，使用户可以手持遥控器，演示感兴趣的区域。
3 结束语
城市电子沙盘不同普通的电子沙盘，普通的电子沙盘一旦完成后，需要维护很少，主要因为其核心的基础数据不会发生变化，而随着城市建设的不断加快，城市面貌将会发生很大变化，如果不能将发生变化的地理信息数据进行及时更新，花费造价很大城市电子沙盘就会很快失去了现实意义，这需要我们在建造城市电子沙盘时，考虑到以后的维护方面的相关问题，真正实现其可持续发展。
参考文献
[1] 杨宇航，李会杰，冯允成. 基于虚拟现实技术的电子沙盘仿真系统. 《计算机仿真》.2003.1
[2] 杜建丽. 电子沙盘制作方法的研究.
篇10
关键词：A3 航空摄影 城市三维模型 纹理
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（b）-0011-03
三维城市模型的构建，一直是测绘领域的主要发展趋势和热门研究课题，在城市规划、国土管理、通信、房地产、城市应急减灾、虚拟现实等行业领域具有极为重要的应用价值。目前业内针对城市三维建筑模型还没有一个建模标准，笔者基于近两年的项目与技术实践，认为构筑数字城市中的模型数据应该至少包含以下要素：高精度的地形数据、准确的建筑模型以及真实的城市纹理和真实的要素模型等，这是城市最真实化的展示。基于最真实的城市模型数据，才可以实现三维视角下的城市空间信息管理、查询和分析，使普通用户不仅能有接近现实世界的真实感受，也为专业用户提供城市空间现状更为真实、客观和准确的数据分析。
1 A3航空摄影技术介绍
1.1 硬件简介
2011年以色列VisionMap公司推出了大幅面A3数字航摄仪，将传统框幅式与推扫式优点结合起来，并且配备300 mm超长焦距，可以高效率同步获取正射和倾斜高分辨率影像。A3数字航摄仪由存储器、小型计算机、GPS、电源、控制终端接口及旋转双镜头组成。主要技术参数见表1。
1.2 主要技术特点
（1）300 mm超长焦距在相同航高下可以获取超高分辨率影像数据，保证城市影像分辨率质量和效果。（2）109°超大视场角可以获取超大幅面影像数据，不但采集效率高，还可以同步采集不同角度的影像。（3）70%以上超高重叠度可获取同一地物的多角度观测影像，保证航带间影像加密点数量，提高空三精度。（4）LightSpeed全自动数据处理系统，可以保证数据的生产效率。
2 三维模型制作方法
2.1 技g路线
基于A3航空摄影数据特点，同时吸收了传统建模方法中手工制作的优点，形成了一套较完整的解决方案，可以有效解决传统城市三维建模的不足。
该方案利用A3数字航摄仪提供的超大幅面立体像对（super large format/SLF）同步采集建筑物矢量模型、地形，并利用大角度倾斜影像映射建筑模型侧面纹理。另外，为了弥补航空采集不足，地面底商、楼宇遮挡以及小品等区域，通过地面拍照方式进行采集制作，如图1所示。
该技术路线具有如下特点。
（1）利用A3高空航空摄影的作业方式，可以进行大面积、高效率的采集，特别适合大范围、快速的城市建模需求。（2）超大幅面立体像对（SLF）可以用于采集准确的建筑物轮廓几何信息，并同步提取高分辨率的纹理，节省纹理单独制作环节。（3）A3长焦距影像可以制作城市准真正射影像，保证城市密集区的视觉效果，比三维模型整合的三维场景更真实。（4）此种方式建立的建筑物模型为单体的、对象化的模型，可以对各个模型进行单独的加工、修改、编辑，甚至添加各种属性信息。（5）实景模型数据精确，三维GIS分析结果准确度更高，可以满足规划、国土、城市管理等领域的应用需求。
2.2 三维模型制作
利用超大幅面立体像对（SLF）进行三维模型的制作。在立体采集环境的支持下，类似传统DLG采集模式，采集建筑物几何信息。较传统航摄相机，SLF立体像对由于视场角度大，可以最大限度地采集到建筑物侧面几何信息，如图2所示。
2.3 实景纹理制作
2.3.1 倾斜影像空间定位
经过空三加密输出的SLF立体像对具有精确的影像外方位元素，可以准确恢复每张影像的空间位置，具有精确的三维坐标信息，如图3所示。
2.3.2 纹理制作
在制作出高精度的体框模型后，基于定位后倾斜影像本身的特点，结合数字三维及空间几何投影技术选取每个模型面，获得其角点的物方坐标（X，Y，Z），已知倾斜影像的外方位元素及倾斜影像本身的投影框物方坐标（X，Y，Z），通过判断每张倾斜影像与该模型面是否相交筛选出与模型面对应的所有影像集，然后利用共线方程，计算出所选模型面在每张像片上的投影像点坐标（x，y），通过筛选算法按照影像质量及影像投影面最优原则将相应影像集排序，挑选最优影像稍作编辑，最后将所选像片纹理部分截取并计算出纹理坐标自动映射到模型面上，从而实现实景三维模型的自动化纹理提取映射功能，如图4所示。
3 应用案例
2014年4月，在北京市选取了约50 km2建成区进行A3影像数据采集，为了更好地采集侧面纹理，测区采用双向交叉飞行方式，如图5所示，测区技术参数见表2。
该项目制作完成1∶1 000数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM），并针对核心区进行了实景城市模型制作，如图6所示。
4 三维建模技术探讨
4.1 精细的模型不一定真实
在传统三维模型制作中，为了三维可视化效果的需要，模型数据在制作与认识上偏离了三维应用的根本需求。模型制作的精细、精美并不等于数据的真实、可靠。传统精细模型的制作多数依靠人工拍照方式进行结构细化，受制于地面拍照范围限制，多数模型结构只能靠经验估算。在缺少准确数据支撑的前提下，一味地追求模型精细度，最终导致的是人为制造的精细，增加了大量冗余数据，降低了数据使用效率。同时因为真实度不高，在实际数据应用中无法体现三维的价值。以数码航摄、激光雷达等为代表的新技术中，可以保证建筑模型的相对与绝对精度，另外利用倾斜影像作为纹理源，保证了每个模型面都具备唯一的真实纹理，杜绝虚假纹理，增加了模型的真实度。
4.2 模型可对象化操作
随着倾斜摄影技术快速发展，基于大重叠度倾斜影像可以快速重建城市三维，提高了用户浏览地图时的城市三维体验。但是，在近距离浏览该数据时，可以发现在建筑细节方面还有较大缺陷，不能进行精细化三维应用。另外，该数据不同于传统的三维数据，在成果格式和应用平台均有特殊要求，只能以特定的格式和平台进行浏览展示。模型的可对象化操作与目前地理信息平台数据三维分析需求相对应。只有可对象化操作的模型才方便进行编辑、更新和关联相关属性信息，进行城市精细化管理应用。如在建筑方案规划对比中，可以进行单体模型替换，多方案综合对比。在城市拆迁分析中，关联建筑年代、住户人口等相关信息，准确分析拆迁成本等重要数据。
4.3 城市级三维数据的考验
传统三维建模受作业效率限制，基本以小场景景观建模橹鳎数据量对三维平台考验不大。在倾斜摄影技术出现后，城市量级的快速建模需求得以解决。随之而来是城市三维整体数据量的激增，对三维应用平台带来了巨大的考验。因此，一方面在分析应用需求的同时，制定适宜的模型制作标准，控制模型数据量；另一方面三维应用平台还需要不断完善承载能力，提高大数据的加载流畅度和纹理显示效果。只有在三维数据和平台相互促进不断提高时，才能真正展现出城市真实的三维场景，将三维数据服务于城市管理和决策。
5 结语
A3作为一种新型航空摄影系统，在数据采集中具备高效率、高分辨率、高精度的特点，同时还能采集真正射和倾斜影像数据，在城市三维建模中具有独特的技术优势。基于A3航摄数据制作三维模型，在传统建模路线上进行了局部创新，创建了一套新的建模方法和技术流程，充分利用A3数据优势，提高模型质量和生产效率。城市三维模型只有在满足现势性、真实性和准确性的基础上，结合现有三维GIS平台进行单体化操作、城市级大数据分析，才能发挥三维数据价值，为城市智慧决策提供分析依据。
参考文献
[1]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社，1997.
