数字城市三维建模方法对比

陈传河

摘 要：文章针对建设数字城市，对多种三维建模方法进行对比分析，并且介绍了三维建模的内容以及三维建模展示过程，通过分析了解到不同三维建模方法之间的差异性与优缺点，从而推动我国城市建设的发展，也希望为今后城市建设提供参考。

关键词：数字城市；三维建模；方法对比

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0036-01

信息化技术的普及，也为城市建设带来了新的方向，例如“数字城市”“天地图”等，为此，相关部门也相继出台了一些政策，通过技术规范的方式实现数字城市建设。建设数字城市也为各个行业创建了更具权威性的空间信息平台，使各个部门的地理信息资源能够实现共享。并且將地理信息的优势发挥出来，使其能够为政府宏观决策、社会公益服务等提供支持。三维模型本身具有真实性与生动性特点，能够将三维空间信息更加直观的体现出来，这也成为建设数字城市非常必要的环节。三维建模在建筑领域内占据了非常重要的地位，并且得到了广泛的关注，对于建设数字城市有非常重要的意义。

1 三维建模内容

在建筑行业，三维建模是一种现代化信息技术的体现，在建设数字城市过程中运用三维建模，主要包含以下几点内容：（1）以数字立体航空摄影为前提的三维建模；（2）以大比例尺地形图为前提的三维建模；（3）以三维激光扫描仪为前提的三维建模；（4）以车载移动测量系统为前提的三维建模；（5）以倾斜摄影为前提的三维建模。

2 三维建模展示

三维建模一般需要通过ArcGIS软件来实现，该软件中主要提供了新的三维元素模型，例如多面体这种三维显示模型。所谓多面体，其实是一种与点、线、面相似的数据类型，可以被储存于shp文件内，或者Geodatabase。ArcGIS软件可以创建主流三维模型，例如SketchUp、3DMAX、VRML等，为数据导入提供了便捷的工具，尤其是复杂模型的导入。

2.1 ArcGIS、SketchUp

SketchUp直接关系到设计方案创作，在创建、修改以及共享模型三个方面体现了非常强的优势，可以进行3D设计的软件，在三维建筑设计中是应用非常广泛的工具[1]。通过SketchUp创建的城市三维模型，在操作方面体现了非常高的效率，而且场景也非常真实，能够支持共享。

ArcGIS中还包含了SketchUp插件工具，在SketchUp内导入建模区域以及几何形状，从而完成精细建模。此外，ArcGIS也可以应用Collada文件实现交互，将ArcGIS和SketchUp涉及到的数据进行交换[2]。第一，在ArcGlobe内加载二维矢量数据，即居民地以及建筑物的面状数据，按照建筑物实际高度属性将其挤成三维体；第二，将三维体保存为Multipatch格式，再转换成为允许Google打开的Collada文件；第三，将Collada文件导入到SketchUp内，从而实现精细建模以及纹理映射；第四，完成建模，将模型导出到Collada文件中。

2.2 ArcGIS、3DS MAX

ArcGIS、3DS MAX在实际使用的过程中，是将二维CAD底图，在整理之后导入之3DS MAX内，再将CAD底图作为前提绘制模型。通过Photoshop软件，采集现场照片，制作贴图。将已经贴好材质的三维楼体，导入至ArcGIS软件，并且进行调整，以此形成三维数字城市模型。

3 数字城市三维建模方法对比

3.1 以数字立体航空摄影为前提的三维建模

外业在航空摄影测量获知重叠度高、原始分辨率高的影像，在内业操作期间，与人工地面像控测量相结合，对空中三角进行加密处理，针对完成加密的成果，在立体环境中提取建筑物平面几何高程数据，按照收集的矢量数据，使用软件形成三维模型数据，提取模型顶部的纹理，按照外业搜集的建筑物侧面纹理，通过软件编辑侧面纹理贴图[3]。

使用这种三维建模方法，建模面积比较广泛，可以用于面积比较大的数据采集与建模，并且三维建模规模非常大，这种建模方式体现出非常大的优越性。此外，建模效率非常高，可以实现批量建模，将建模周期缩短；模型数据体现出非常高的精准性，平面、高程是以航测立体搜集获取，高程误差仅为0.4m左右[4]。对航摄比例尺进行调整，形成的模型精度具有灵活性；模型级别也非常灵活，可以根据项目实际需求个模型重要程度划分等级，并且建模，成果类型非常丰富，除了三维模型以外，也会生成数字正射影像以及数字高程模型等。但是，这种建模所花费的成本比较高，空域申请程序也非常繁琐，并不适合用于小范围内的模型制作。

3.2 以大比例尺地形图为前提的三维建模

这种建模方式是通过现有的大比例尺地形图，将其作为外形轮廓线，并且通过3DMAX软件建立白模，以外业所采集纹理照片、模型作为对比，分别构建各个等级的模型与侧面纹理贴图。在使用该三维建模方式时，平面精度主要是受大比例尺地形图这一因素影响，建筑物高度是以项目实际要求，根据外业照片楼层数进行预估，或者通过外业量测获取。例如，项目对于高度的要求高，这时可以使用外业量测的方式获取高度，但是这会增加外业工作量。

使用该方式消耗的建模成本比较低，体现出非常高的模型平面精度，数据更新速度快，一方面更新地形图，另一方面可以同时采集外业数据。

3.3 以三维激光扫描仪为前提的三维建模

该建模方式是以三维激光扫描仪为主要设备，外业通过设置站点的形式采集三维点云数据，内业则是利用数据处理软件配准数据、建立网格、精简与分割数据等。使用该建模方法，优点在于扫描迅速，并且有非常高的精度和实时性，支持全自动化操作，体现了非常强的适应性，能够在复杂的环境下完成测量工作。

3.4 以车载移动测量系统为前提的三维建模

在车载移动测量系统基础上的全景相机、多重激光扫描设备，所提供的多元数据流精准度高、传播速度快，能够快速扫描信息密集的地区，也可以在行车期间采集空间信息以及视频影像，通过软件将信息集成至GIS数据库内，可以在可量测全景影像的基础上提取模型，采集纹理信息，获取建筑高度，针对所有可见物体，直接通过影像便能够完成建模，展开量测解析、资产盘点等工作，并且为其增添3DCG标识。此外，也可以在虚拟的环境下实施景观模拟，将存在的冲突提前处理。该建模方式的速度比较快，能够减少外业工作量，建模精度也比较高，按照点云建模平面，可以确定误差<0.2m，高程误差在0.2m～0.3m之间。然而这种建模方式也存在一些缺点，采集到的纹理分辨率比较低，非常容易受遮挡。

3.5 以倾斜摄影为前提的三维建模

倾斜摄影技术是一种新型测绘技术，利用处于相同飞行平台中搭载的多台传感器，可以在多个角度完成影响的采集，其中也集合和以前的航空摄影、近景测量两种技术。该建模方式能够通过软件建立白模的，完成建模之后在倾斜影像中形成纹理信息，以自动的方式重新建立建筑物三维模型纹理，这样一来将数字城市三维建模周期缩短期。该建模方式的覆盖范围比较大，信息冗余度非常高，并且体现了多重分辨率这些特征。

4 结语

综上所述，通过三维数字建模的方式建立数字城市，一方面可以提高数字城市模型精准性，另一方面也可以满足不同需求。通过以上几种方式的对比了解到各种建模方法的优缺点，为今后建立数字城市提供可行的建议。

参考文献

[1]张彤蕴.数字城市基础地理信息数据处理方法研究[J].价值工程，2017，36（15）：59-61.

[2]朱恒.关于数字城市三维建模可视化技术分析[J].西部资源，2017，（01）：113-114.

[3]关丽，丁燕杰，张辉，冯学兵，谭向农，赵金玲.面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用[J].测绘通报，2017，（02）：90-94.