基于Skyline地下管线三维快速建模的实现
基于skyline的城市地下管网数据模型制作技术浅析
技 维ＧＩ Ｓ平台 之 一 ， 结构是一致的， 一般 都 由管 点 、 线 段 及 附 较 广 泛 、 术 较 领 先 的３ 管 质 基 础 ， 称 作城 市 的 生 命 线 。 市 地 下 管 属 设 施 组 成 。 线 层 由若 干 条 管 线 、 点 和 有 精 确 的 定 位 查 询 、 览 、 辑 、 释 、 被 城 浏 编 注 管 管
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ＳＩＣ ＆Ｔ ＨＯＯＹＮＯＭＴＮ ＣＮ Ｅ Ｅ Ｅ ＮＬ０ ＦＲＡｌ Ｃ Ｉ Ｏ
信 息 席 技
① 基于 ｓ Ｉ ｙ ｅ的城 市 地下 管 网数据模 型 制作技 术 浅析 ｋ ｎ ｉ
宋世 凯 李 文辉 （ １．河北 师范 大学 资源与环 境科 学学 院 石家庄 ０５ ０ ５ ０ ２ ２． 家庄市 勘察测 绘设计 研究 院 石家 庄 石 ００ ５ ０１ ９） 摘 要： 本文 以城 市地 下 管 网信 息 系统研 究现 状 为切入点 ， 出 了实现 管 网数据 的三 堆 可视 化的迫 切需要 。 提 重点对 管线数据模 型的 多种 制作技 术进行 了分析研 究和 评价 ， 后对这 几种制方 式进行 了整合 ， 后提 出 了最 佳 的制作流程 。 然 最 关键词 ： 城市地 下管线 Ｓ ｙｉｅ Ｔ ｒａｕｔ 管线数据模型 整合 ｋ ｌｎ ｅｒｓｉｅ 中图 分类 号 ： Ｕ ９ Ｔ ９ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ２ ０ （） ０ ０ — ２ １７ － ７ １２ １）２ｃ ０ ８ ０ －
模型的 的设计是三维 显示和操作 的基础 ， 系统 的 属性 查 询 功 能 。
由于 地 下 管 线 多 为 圆柱 型 ， 用 系 ｌ 可
的 工具 箱 提 供 的 圆柱 模 型 制 作 工具 进行 ＝
Skyline支撑三维地下管线系统建设
Skyline支撑三维地下管线系统建设地理信息系统部（北京东方道迩信息技术有限责任公司）1引言随着数字城市在管理和应用中的不断发展，城市三维管网地理信息系统也逐渐在国内大中城市中应用起来。
由于管网遍及地下、空中、水下，其用途的特殊性和复杂性，传统的管网资料又以图纸、图表形式保存，采用人工管理，容易造成各种图档资料不全，精度不高，信息滞后，更新不及时，管理时难以获取有效管网信息，从而给管网管理工作造成诸多不便。
城市三维管网地理信息系统采用空间信息技术，有效地解决了上述难题。
它通过三维的方式真实反映管网的空间位置关系，从而构建起来的一个集管网数据采集、管理分析于一体的GIS应用系统，为企业的生产运营、规划、决策、服务等方面工作起到重要的参考作用，被广泛应用在城市规划建设、市政、供排水、燃气、通讯、园林绿化、重点设施建设等，为城市建设的规范化、科学化、数字化、智能化及其信息管理、信息共享建设等提供了有效的科学化管理手段。
2基于Skyline的三维管网系统基于Skyline的城市三维管网地理信息系统具有强大的系统功能，可以直观的展示出各种管线在城市管网系统中空间位置，对突发事件能进行三维可视化展示，并能及时、准确地对进行中的事态发展做出预测演示，为决策者果断地采取有效控制措施提供三维空间展示功能，使损失降到最低，为我国城市管网建设及管理发挥积极作用。
2.1Skyline技术流程Skyline系列软件是一套基于网络的三维地理信息系统平台。
用户可以利用航空和卫星影像、地形高程数据和其他的二、三维地理空间和属性数据，创建自定义的虚拟现实三维可视化场景，进行浏览、查询、分析和网络发布，并开放所有的API，不论是在网络环境还是单机应用，用户能够根据自身的业务需求开发定制功能，建立个性化的三维地理信息系统。
SkylineGlobe系列软件通过TerraBuilder、TerraExplorer和TerraGate三个系列产品各司其职，简便而有序的实现了三维场景创建、展示和网络发布功能。
基于Skyline的三维模型工程流程
2、.XPL格式模型的获取
获取XPL格式模型的快捷方式： C:\Program Files\Skyline\TerraExplorer Pro，即Pro安装系统根目录下，找到创建XPL 格式文件的系统工具MakeXpl.exe，图标为：
2、.XPL格式模型的获取
获取XPL格式模型的快捷方式： 这个可执行程序可以直接运行，界面如下：
LOD LOD值在批量导入模型的时候默认设置为1000， 这个值是控制模型金字塔贴图分级渐变的参数，一般来 说，这个值越大，模型显示最高级别精度贴图模型的可 视距离就越小，系统运行效率越高，反之亦反。这个参 数的经验值为2500左右，一般最大值不超过5000。
联系我们
公司网址： 技术论坛： 技术支持：skyline@
5、使用“Load Feature Layer“批量加载模型
6、参数优化设置
Best LOD Size Max Visibility Distance
LOD－Level Of Detail Level Of Detail 层次细节, 是解决硬件性能不够发 达的技术产物, 可以说它是用种过渡技术, 也就是说当 硬件发展的一定阶段, LOD技术也许就会走向末端. 但 现阶段,LOD还是解决渲染速度瓶颈问题的最有效的技 术手段之一。 在Skyline中，采用高分辨率纹理的3D模型(也就 是X和OpenFlight文件)会使场景运行的表现受到影响。 新的XPL和FPL格式能够将X模型自动生成纹理分辨率 逐渐减小的一组模型。在场景中使用这组纹理逐级显 示的模型时，系统能够根据模型的可见度和与观察者 的接近程度自动选择最佳尺寸纹理的模型。
4、路径字段的添加
确定模型路径之后，在ArcMap里对 SHP进行编辑，添加名称字段，如： D:\work data08\hangzhou\yunxi001.xpl D:\work data08\hangzhou\yunxi002.xpl D:\work data08\hangzhou\yunxi003.xpl D:\work data08\hangzhou\yunxi004.xpl
基于Skyline的城市地面景观与地下管网三维建模(12.26修改)
基于Skyline的城市地面景观与地下管网三维建模邹艳红1，丁明雷2，何建春2（1.中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室,地球科学与信息物理学院,长沙410083）2.中南大学地球科学与信息物理学院,长沙410083摘要：针对城市地面景观与地下管网信息三维可视化表达问题，选用Skyline平台，结合3DSMax三维建模技术，实例研究了城市三维景观和地下管网模型的建立与开发实现过程，首先在Skyline平台中，将遥感影像、数字地形图、数字高程模型和其它的二维或三维信息源融合并建立金字塔模型，根据地物的不同特点分别采用不同方法进行建模，对城市居民楼、道路、水池等比较规则的一般建筑物采用Skyline批量建模或单独建模，对复杂建筑物和地下管线节点等采用3DSMAX进行精细建模；然后输出模型，建立虚拟三维景观；最后，通过编程开发，研究了虚拟校园三维场景的生成与信息查询实现过程，以及实例虚拟城市地下三维管网辅助决策分析实现技术。
实例结果表明，在Skyline平台中加载数字化城市地形数据集、遥感数据、地面景观和地下管网三维模型，可快速逼真地实现城市三维景观和地下管网的三维建模与可视化，通过平台的二次开发功能实现虚拟城市地面景观和对应地下管网的浏览漫游、图属信息查询与空间分析等应用功能。
关键词：Skyline；三维建模；地面景观；地下管网1引言随着计算机三维可视化技术的飞速发展，如何构建真实地理世界中的各种地理现象，将第三维信息更好的表现出来，成了众多专家及学者越来越关注的问题[1]。
在构建三维数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分，城市三维景观的建立,将以全新的方式表达和处理地理空间信息，在城市规划、房地产开发、交通管理、旅游等领域起着重要的作用。
城市地下各类管网是一个城市重要的基础设施，担负着信息传输、能源输送及给水排水等任务，是城市生存和发展的基础，因此被称为城市的“生命线”。
随着城市的迅速发展，城市物质流和能量流也逐渐增加，使得城市地下管线空间分布越来越狭窄。
基于Skyline的三维综合地下管线应用与研究
的角度 ， 择具 体近 似 的三通 井符 号 ， 而 将管 井 要 素 选 从
类属性 管理完 全可 以 与数据 库 中的管 网数 据 实 现统 一
三维符号化 。
管理。三维管线生成流程如图 ５ 所示。
图５ 三维管线生成流 程图
为． ｘ文件 ， 管井设备的符号如 图 ２所示 ： 并使用 Ｓｙ ｋ－
及高程数 据加 载到 Ｓｙｎ ｋｌｅ系列 的 Ｔｒ Ｂ ｉ ｅ 软 件 ｉ ｅ ａ ｕ ｄｒ ｒ ｌ
ｌｅ ｉ 的符号转换器将这些三维管井设备符号转入到符 ｎ
中， 并对这些数据 的格式 进行 转换 ， 然后进一步生 成 Ｍ Ｔ格式 的 文件 ， 成 Ｓｙ ｎ Ｐ 形 ｋｌ ｅ系列 软件 的 Ｔｒ Ｅ ・ ｉ ｅ ａｘ ｒ
Ｎｏ ４ ．
中图分类 号 ：２ ８ １ Ｐ ０ ．
文献标识码 ： Ｂ
基 于 Ｓｙｉｅ的 三 维综 合地 下 管 线应 用 与研 究 ｋｌ ｎ
刘军 ， 海峰 孙永 新 钱 ，
（． １ 无锡市测绘 院有 限责任公 司 ， 江苏 无锡
摘
２４３ ； ２ 南京市长江河道管理处 ， １０１ ． 江苏 南京
４ 系统 总体 结构设计
图 ２ 管 井设 备 模 型
游埔 叛鲐承“ｓ 』 Ｄ ） ｏ一 螬７ｉ ３ｌ 水ｃ０ ｘ 头唐 ｔ ９ 一
７ 采 鲐 承（舶 ） Ｌｏ 礴 －。 ｊ
系统的总体设计采用 多层 的 Ｃ Ｓ ／ 体系结构 ， 具体
２０１ ） １０ １
要： 系统地论述 了如何在 Ｓ ｙ ｎ 台上 ， ｋｌ ｅ平 ｉ 快速 高效地模拟 三维综合 地下管线 ， 建立一个接近客观世界 的真 实的地
一种基于Skyline地下管网三维建模的管点数据制作方法
Skyline摘要：地下管网数据的三维建模对于城市基础设施管理和规划至关重要，Skyline 作为一种新兴的三维重建技术，在地下管网三维建模中得到广泛应用。
本文通过分析Skyline 技术在地下管网三维建模中的应用，提出了一种基于Skyline 地下管网三维建模的管点数据制作方法。
该方法主要包括Skyline 数据处理流程、数据采集、管点符号制作、管点拓扑关系处理等几个关键步骤。
通过本文提出的方法，可以高效、精确地实现地下管网的三维建模，为城市基础设施管理和规划提供有力支撑。
关键词：Skyline 技术；地下管网；三维建模；管点数据制作一、引言地下管网是城市基础设施中最为重要的部分之一，包括给水、排水、燃气、电力、通讯等各种管线以及管线的连接点。
传统的地下管网数据采集和管理方式主要采用二维平面图进行管理和维护，然而，这种方式存在信息不全面、无法展示立体空间等问题，限制了城市基础设施管理和规划的进一步发展。
因此，地下管网数据的三维建模成为当前研究的热点问题。
Skyline 技术作为一种新兴的三维重建技术，具有构建高精度三维模型的优点。
针对地下管网的三维建模问题，本文基于Skyline 技术，提出了一种管点数据制作方法。
二、Skyline 地下管网三维建模技术概述Skyline 技术是一种新兴的三维重建技术，可以利用航拍影像、激光雷达等数据，构建高精度的三维模型。
Skyline 技术可以将航拍影像和激光雷达数据进行结合，利用三维重建算法，在一定的误差范围内重建真实的三维模型。
Skyline 技术不仅可以用于建筑物、道路等建筑物的三维重建，还可以应用于地下管网的三维建模。
三、基于Skyline 技术的管点数据制作方法本文提出的基于Skyline 技术的管点数据制作方法包括以下几个步骤：1、Skyline 数据处理流程。
Skyline 技术主要是通过图像匹配和三角剖分等算法重建三维模型，因此，首先需要进行航拍影像和激光雷达数据的处理。
城市地下管线三维成图组件设计与实现
2）对管线探测成果库数据进行预处理。首先将管 线属性数据预处理为矢量数据，再基于二维管线矢量 数据，根据各类管线点和管线段的特点，通过空间、 属性和材质信息映射，实时驱动生成地下管线三维模 型 [4]。对于管线数据，根据管径动态生成三维管线（圆 形或方形），并根据管线类型动态粘贴纹理；对于管点 数据，根据其附属物和特征，动态选定管点模型导入， 并根据提取的参数，确定其位置和方向，套合管的尺 寸等信息。进一步优化弯头、多通接头等模型的角度 和拼接，以保证三维模型的生成速度和准确性。
易，调用方便，将请求写入数据库即可；其缺点为增
加了服务器资源占用，安全性不高。
3）采用 Web Service 技术开发。其优点为 Web
Services 是自包含、可自我描述、可跨平台和跨语言
的，部署较灵活，升级和维护 Web 服务简单、方便，
可实现多数据、多服务的聚合，与其他系统接口耦合
度低，使用 SOAP 协议通信，封装了 XML 格式的数
端的三维数据服务，并能为 JS 脚本所调用，如图 3
所示。
4.2 系统功能设计
管线数据自动化三维成图组件应具有的功能如表 1
所示。
表 1 管线数据自动化三维成图组件主要功能列表
基于Skyline的三维地下管线系统的设计
基于Skyline的三维地下管线系统的设计以石家庄市为例，采用B/S架构，以Skyline为开发平台，c# 为开发语言，构建了三维数字城市的地下管道系统，通过3DMAX三维仿真技术、GIS技术以的有效集成，实现了数字城市里地下三维管线生成的新模式。
结果表明：系统具备数据管理查询、管线自动生成、下水管口定位等多种空间辅助决策功能，具有较好的可行性和实用性，但由于系统较复杂，需要在实际应用中不断地改进和完善.标签：3DGIS；Skyline；3DMAX引言城市化的快速发展，给城市管理者带来了前所未有的挑战。
当前，中国的城市化发展是社会发展的必然结果，具有不可扭转的发展趋势。
但是城市化导致环境空间和资源分配的矛盾也越来越尖锐，一些城市管理本身的问题也随之凸显。
本文采取由三维城市化理论到实践的研究思路，首先对3DGIS理论、三维建模技术进行了研究探讨，提出城市三维地理信息系统的技术路线，并开发一套基于Skyline的城市三维地理信息系统。
1 3DGIS理论、三维建模技术探讨1.1 3DGIS理论二维GIS一般情况是将实际的三维事物以二维平面图的方式表示，在表达空间信息上具有一定的局限性，这导致它在处理空间数据尤其是多维空间数据时存在缺陷。
[1]因此，用三维GIS的表达方法去表示和处理现实世界中三维对象和空间数据，既可以突破常规二维表示形式的不足，也可以包容几乎所有丰富的空间信息。
[2]近期，三维GIS有很快的发展动力，其中新兴技术的快速发展和三维空间信息需求是其发展的两个驱动因素。
[3]1.2 三维建模技术本文采用CAD、3DMAX和Photoshop等软件协作进行三维建模软件景观构建。
制作流程为：CAD中进行对地物进行简化、删减，建立二维模型——3DMAX 中制作模型主体——3DMAX中进行模型纹理贴图——模型以.X格式导出——模型导入到TerraExplorer Pro中，其中模型纹理的贴图是通过Photoshop对户外照片进行处理所得。
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基于Skyline地下管线三维快速建模的实现
本文以完成某地管线竣工测量数据库为基础数据，借助Google Earth、Google Earth Screen、Skyline、SketchUp、VB、Access软件的基本功能，利用已有管线数据库进行地下管线三维快速建模应用设计。
标签：管线数据库快速三维建模
1引言
近几年来，数字城市的概念在政府管理中的应用越来越广泛，城市地下管网信息系统在各个大中城市也都开始应用起来。
目前，大部分城市管线信息管理系统多局限于数据库形式或二维表达。
本文基于Skyline提供的API接口访问管线数据库，利用数据库中的关系数据进行地下管线三维建模、最终实现地下管线漫游等。
本文的成果可以有效地提高地下管线三维建模的效率，节约生产成本。
2实现方法
2.1引用已有地下管线数据库
管线数据库结构设计主要从两方面进行考虑：首先便于数据的组织、管理与应用，既能满足规划管理部门的需求，又要满足专业管线单位管理者的需要；其次便于管线空间分析模型的建立与实现，因为空间分析模型的建立与实现依赖于空间数据结构。
地下管线数据库的组成一般包括专业的管线数据和辅助数据，为方便管理单位和为专业管线单位使用，管线数据一般根据管线数据种类分层进行管理。
2.2使用Skyline与SketchUp结合的建模方法
本文中我们提出一种同时使用三维地理信息软件和三维专业建模软件共同实现三维管线建模的方法。
一方面，能保证管线建模的精细程度；另一方面，又不会明显降低系统的效率。
具体来说，先将地下管线的基本组成部分分为管体和管点两大类。
其中，管体包括方形管和圆形管。
管点包括阀门、螺栓、接头等不规则的物体。
对于管体，一般都是形状规则的物体，且地下管网90%都由管体构成，因此为了提高创建和显示效率，采用Skyline软件自身对象—Cylinder和Box对象来创建表现管体，这样可以大大减少软件用于渲染外部模型显示所需的系统资源。
对于管点数据，一般是阀门、螺栓、接头等特殊的、不规则的实体，所以先将各类管点数据进行分类，对于每类对象分别采用专业的建模工具（如SketchUp），按照1：1的比例进行三维模型建模仿真，再赋予根据实际采集的纹理。
2.3利用数据库进行地下管线三维建模
本次采用VB6.0为开发环境，引用microsoft DAO 3.6读取数据库，在VB6.0中添加TerraExploreX 1.0 Type Library部件来进行地下管线三维模型系统的建立。
2.3.1管点数据创建
管点数据一般包含管点的类型、位置、角度等信息。
首先，将不同类型的管点（弯头、三通四通接头、阀门），使用建模软件SketchUp，按照管点的实际照片或者设计图纸，进行1：1比例建模，每类模型对应一个编号。
然后将建好的管点模型导出为Skyline软件识别的*.dae格式的模型。
最后，将管点数据按照矢量点的方式批量导入Skyline，将点的表现形式设置为3DModel，即每个点显示为一个对应的管点模型，根据它的属性字段如角度等设置模型的属性，从而实现三维管点数据自动批量生成。
2.3.2管体数据创建
对于管体数据，包含了管体的空间信息和属性信息。
其中空间信息至少包括管体起始点和终点的坐标。
而属性信息则表示了管线类型、管径、年代、材质等信息。
使用Skyline软件创建管体步骤如下：首先根据管体是方管还是圆管，确定选用Cylinder还是Box对象，然后根据管径确定管体的粗细，根据材质确定管体的纹理或颜色。
最后使用Skyline软件提供的接口进行批量的创建管体。
2.3.3管点、管体组合
管点、管体的组合需要经过三个步骤：
第一步，通过VB6.0引用microsoft DAO 3.6读取地下管线数据库中点文件（tbPoint）的行数据作为一个序列，具体包含管点编号、管点坐标、管点高程、管点类型（雨水、污水、电力等）、管点材质、管点连通方式等。
然后根据逻辑关系唯一性，自动选取管点模型按照空间位置进行加载。
使用循环语句遍历整个点文件后，管点模型加载完成。
第二步，通过VB6.0引用microsoft DAO 3.6读取地下管线数据库中线文件（tbLine）的行数据作为一个序列，具体包含管体起点编号、管体终点编号、管体起点高程、管体终点高程、管体类型（雨水、污水、电力等）、管体材质、管径等。
第三步，管体、管点模型合成后，在连接处必定有交叉或缝隙，在TerraExplorer PRO中进行接边处理。
管体、管点数据导入Skyline三维场景后，会通过空间位置信息进行自动匹配组合，从而实现三维管线数据的批量自动创建。
2.3.4管点、管体接边优化设计
由于管点模型为批量加载，需要根据管体连接方向对管体的方向进行调整，但由于管点、管体模型在相交处的不一致性，导致管点与管体无法严密接边，对日后管线三维信息系统的各项分析功能会产生较大影响，因此优化设计如下，使相邻管体模型在连接处严密接边，使管体在管点内部相通，以便不影响拓扑关系，令管点模型仅作为显示之用“套在”管体之外。
3总结
本文全提出了一种使用Skyline软件和SketchUp软件结合，利用已有地下管线空间数据库创建三维管线的方法。
使用该方法，一方面保证了管线建模的精度，另一方面又可以提升地下管线三维建模的效率。
参考文献
[1] 乔淑娟.基于GIS的城市地下管网空间数据模型及其可视化研究.首都师范大学，2006.
[2] 王钰. 基于Skyline技术的油田地面三维可a视化开发与实现. 长安大学，2009.
[3] 宋艳苹. 基于skyline的原油管输自动化管理研究.西安石油大学，2011.
[4] 文俊浩，赵有声，青虹宏.数字城市与城市可持续发展的相互关系的分析.重庆建筑大学学报，2004
[5] Skyline公司.TerraExplorerPro User Manual ，技术白皮书，2009.。