城市建筑三维快速建模方法的研究与实现

城市建筑三维快速建模方法的研究与实现

陈XX[1]，何XX[2]

1.国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆400015,

2.黑龙江省测绘院，黑龙江哈尔滨250000

摘要：针对当前数字城市三维精细模型建设方法的特点和成本，该文提出一种城市三维快速建模方法，作为对精细三维模型建模的补充。该方法的主要思路和技术特点是充分利用现有城市测绘信息资源的前提下，通过研究各种模型要素的特点，设计出一种自动化程度非常高的技术来实现城市建筑的三维快速建模。该方法保证城市三维模型的逼真效果和浏览速度，极大的提高了三维城市建模的效率，在城市三维建模中具有很好的推广和应用价值。

关键词：城市三维建模；3D GIS；快速建模。

The Research and Implementation on Fast Modeling

of 3D City Buildings

XX CHEN[1], XX HE[2]

1. Chongqing Institute of Surveying and Mapping, SBSM, Chongqing 400015

2. Heilongjiang Provincial Institute of Land Surveying and Mapping, Jinan 250000 ABSTRACT: Just as features and cost for city construction method of the current three-dimensional detailed model, this paper presents a three-dimensional modeling of urban rapid method which can be regarded as a complement to the three-dimensional modeling. Studying

the characteristics of the various elements of the model and using the existing urban mapping information of resources, this approach devises a very high degree of automation technology to achieve three-dimensional fast modeling of urban architecture. This approach guarantees realistic effects and browsing speed of three-dimensional model, which greatly improves the efficiency of the 3D city modeling, with good promotion and application value in three-dimensional modeling of the city.

Keywords: City 3D modeling; 3D GIS; Fast modeling.

0.引言

目前数字城市建设在全国开展来如火如荼，三维建模行业也呈现出欣欣向荣的大好局面，尤其各种三维建模方法和建模软件更是层出不穷，这极大地丰富了三维建模的理论，促进了三维建模的竞争市场，使三维建模行业得到了迅速的进步和发展。同时，由于现代建筑形式表现出来的多样性、复杂性和工作量大、工作琐碎，因此当前在使用计算机软件自动建模时，我们仍面临软硬件技术带来的局限和挑战。为了制作更精细和逼真的三维模型，使其能够更真实的反映现实客观世界，当前很多数据生产部门和生产商都选择采用比较传统的人工建模方法，这种方法无疑是耗时、耗力和成本高的。

1.研究现状

对城市三维模型的建设方法而言，由于不同领域的专业和知识结构带来认知的不同，从而形成了各种各样的技术路线方案。总体而言这些技术方案大致可分为两种：第一种技术方案是基于空间信息技术的城市三维建模方法或倾斜摄影三维建模方法，这种方法的总体思路是利用测绘行业的4D产品，包括数字地形图数据(DLG)、遥感影像数据(DOM)、数字高程模型数据(DEM)、激光扫描数据(LIDAR)等资源。先利用DOM和DEM数据建立具有真实高程起伏的地表模型，然后在地表模型上利用DLG或LIDAR数据建立房屋模型，最终形成一个完整的数字城市三维模型。

第二种技术方案是基于虚拟现实(Virtual Reality)技术或增强现实(Augmented Reality)技术的城市三维建模方法，这种技术的总体思路是以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备（如特制的衣服、头盔、手套和鞋等）以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。

目前在数字城市的三维精细建模中更多采用的是第一种技术方案。具体来说就是运用3D Max软件通过三个步骤建立三维城市建筑模型：一、对平面底图CAD数据进行处理；二、根据建筑物的高度建立三维建筑模型；三、对三维建筑模型贴裁剪的纹理，从而使模型显得更真实。其具体流程如图-1所示：

图-1 城市三维精细建模流程

2.三维快速建模方法研究

本文作者在长期积累三维城市模型建设经验的基础上，将主要针对工序繁琐的步骤二和步骤三进行改进，借助微软的DirectX3D组件封装成粗模模型批量生成和辅助贴图插件。将繁琐的手工操作建模方法变成计算机自动化的操作，这样快速建模方法可作为数字城市的三

维建模的补充，使建模方法得到完善和提高。三维快速建模的详细流程如图-2所示：

图-2 三维建筑快速建模流程图

2.1CAD数据转换

在对CAD底边数据进行预处理的过程中，先要删除多余要素只保留建筑物底面和含相关属性的注释图层，并保证每个多边形的属性完整性。然后将预处理过的CAD底图数据导入到ArcGIS中转换为shape面图层，面图层的属性表中应该包括有模型材质、模型层数、模型名字、模型底面面积等，如图-3。