基于City Maker的城市三维建模技术的研究

张明,苏中球

(1.南宁市勘测院,广西南宁 530001; 2.广西水利电力勘测设计研究院,广西南宁 530001)

1 前 言

用数字形式表示地理空间已成为热点。数字城市通过对城市地形、建筑及其他人工设施进行三维地理建模,形成覆盖全市的数字城市立体场景,同时结合虚拟仿真等技术,实现城市的三维可视化管理。它是提高城市规划编制技术水平,实现科学规划的有效手段,是实现公共事务可视化管理的基础保障。这是一个非常庞大的、复杂的、长期的系统工程,其中,三维城市模型的建立是数字城市建设的首要步骤和重要内容。

“海量数据,软硬件要求高,任务繁重,开发周期长”已经成为数字城市三维建模的瓶颈,笔者根据目前流行的三维建模软件3ds Max的特点,并以CityMaker系列软件为平台,通过对比研究和实验,提出了一整套合理的规范技术要求,现以“数字玉林”的建设为例,对三维仿真建立的各个过程的技术规范进行说明,以供大家探讨。

2 数据准备和软件要求

2.1 实验区概况

实验所选区域为玉林市中心城区,面积约30 km2。以市中心、文化广场、会展中心、南流江、清湾江沿江以及主要街道沿街 100m带状建筑、景观为精细模型制作,面积约 9.3 km2,单体建筑上千栋,古老建筑与现代建筑并存,且有大面积的水体和绿地,充分体现出一般城市应具有的复杂性与多样性,具有很强的代表性。

2.2 数据收集

(1)玉林市CAD地形图,包括建筑、交通、植物、水体等高线等基础信息。

(2)玉林市中心城区影像图。

(3)玉林市中心城区建筑、景观的数码照片。

2.3 软件要求

以AutoCAD 2005用于建筑物轮廓提取及数据源处理,以3dsMax 8.0作为三维建模工具,用Photoshop进行贴图纹理处理,最后在CityMaker里合成场景,制作后期效果,以及实时浏览。

3 模型制作过程技术要点

3.1 工作单位

按照项目的制作要求,模型的制作一律以 mm为单位。一旦场景单位定义好之后,不得随意变动场景单位,以避免建筑尺寸缩放后影响建筑的尺度感。

3.2 导入CAD文件

导入经整理过的dwg文件并冻结,在冻结线的基础上创建建筑模型。如果导入的CAD地形远离MAX的坐标中心位置,出现捕捉不准的情况时可以在保持原始CAD位置不变的情况下,将它的复本移动到MAX的坐标中心进行制作。制作完成后将模型再移动到原始CAD的位置。

3.3 建筑模型的建模规范要求

(1)模型精确度

①模型按实际尺寸建模,场景模型的位置要与实际的地理位置保持一致。

②若提供高度信息按实际高度制作。

③地基和顶棚高度根据照片估计制作。

(2)建筑模型等级的划分

将城市中的众多建筑分门别类有所重点的进行表现,既可以大量节省制作时的人力资源,同时科学的等级划分以及制作标准又保证了运行的速度及制作的整体效果。我们根据玉林市现状建筑的详细调查分析,按照建筑的性质,地理位置,以及建筑标示性将城市中的建筑分为A、B、C,3个等级。

A级别主要包括具有地标性质的公共建筑,人们对于此类建筑都比较熟悉,因此对于建筑的主体和沿街部分都要求制作正确。例如玉林会展中心,如图 1、图2所示。

图1 玉林会展中心实景照片

图2 玉林会展中心模型截图

B级别主要指沿街的中小型公共建筑、多层住宅,医院等。根据玉林项目的具体情况,本级别以沿街建筑为主,制作中建筑的底商要和实际情况相符,主要用贴图表现来节省数据量。

C级别主要指中心城区或主要展示区域的沿街建筑及地块内的公共建筑和多层住宅,按照现状完全制作正确对于整体的效果提升贡献不大,只要求平面的建筑形体和层数正确制作即可。

(3)基本制作优化要求

①对于模型的底部与地面接触的面,也就是坐落在地面上的建筑底面都应该删除。模型落搭时相对被包裹的小的面要删除,重复的面也要删除。

②对模型结构与贴图坐标起不到作用的点和面要删除以节省数据量。在保证场景效果的前提下尽量减少场景的数据量。

重点主体模型要同时保证模型的视觉效果还要节省数据量,非重点或体积小的附属设施可以简化表现。重点区域的建筑或主体可以适当增加细节,具体情况根据建筑的级别以及柱子的位置直径决定。

③对于需要叠加在物体表面的,例如建筑立面的字或一些招牌广告等,可以做成片叠加在物体表面,如图3所示。

图3 广告牌制作

3.4 道路景观模型的规范要求

道路模型是整个模型数据库的基础,包括的物体为:斑马线、双簧线、自行车道、人行道、盲人道、绿化带、行车线、栏杆、路名指示牌和公车车站。具体制作标准如下:

(1)车道线间尺寸正确,行车道数目与实际相符。路面要有车行痕迹,有车行绿篱、车行下水、车行花池分离带,如图 4所示。

图4 道路模型实例

(2)道路上的隔离带、指示牌、车站、垃圾桶等按实际大小和位置制作。

(3)路灯单独制作,每一条路上的相同路灯只作一个,每一条路上的相同树种只做一个。

(4)景观雕塑根据情况用贴图表现或用模型直接建模。

4 贴图纹理规范要求

(1)贴图像素大小为 2的 n次方,正方形或长方形均可,如 256×512、128×128、512×256等。

(2)保证贴图的透视关系矫正准确,所有贴图的门窗、层高线、字体、建筑立面等必须保持横平竖直,清晰可见。

(3)表现栏杆等镂空效果时需要给贴图创建一个Alpha通道,由于CityMaker不支持双面贴图,所以此类贴图物体模型制作时需在 MAX中原地复制一个并反转法线作为物体的另一个面,效果如图 5所示。

图5 栏杆镂空贴图制作

5 三维模型、纹理贴图的命名要求

玉林数字城市的三维模型、贴图数量繁多,必须有一个统一的命名规范以便于模型数据库的管理和利用。

(1)常规建筑模型命名方法为:制作人员编号 +地块编号+JZ+区域编号+(建筑中文名),例如,玉林市银丰国际中药港,位于 08地块 03区内,制作人编号为 06,命名即为:06A008JZ03玉林市银丰国际中药港。命名中的字母要大写,不允许有横杠或其他错误命名。文件夹命名同模型命名一致。

(2)道路景观模型命名规范:制作人员编号+DL (或JG)+(道路或景观中文名)。

(3)贴图命名规则:制作人员编号+年月日 +序号,其中年的表示用26个字母,月的表示用“a b c d e f g h i j k l”12个字母,日的表示用当天数字即可。例如:某员工序号为 01,他在 2011年 10月17日做的贴图则可以表示 01ej1701。同一场景内不能出现贴图重名的情况,也不能出现名字相同后缀不相同的贴图。如出现11ej1701.jpg与11ej1701.bmp的情况是不允许的。公共贴图数据库中的文件命名按已有的名称,不得做任何改动。

年份字母示意表 表 1

月份字母示意表 表 2

6 城市三维景观的展示

在本试验中,我们主要采用的是CityMaker软件,漫游方式可分为 3种类型:其一是自由漫游,即漫游路径由用户通过鼠标或键盘实时控制;其二是支持特定场景、动画及动画输出成AVI,将重要的或视觉效果好的观察位置保存成特定场景,基于已有的特定场景组生成动画,也可以将漫游的过程录制成动画,动画可以输出为AVI格式的文件。其三是利用视觉走廊功能模拟人沿景观大道欣赏两侧景观的过程,用户可以基于场景中已经存在的任意线条快速生成视觉走廊,沿视觉走廊漫游的过程中可以随意改变观察方向,效果如图 6所示。

图6 数字玉林三维景观

7 结 语

本文是根据数字玉林项目,基于CityMaker平台,提出的三维建模规范的要求。通过统一的规范要求可以达到精简模型数据库的冗余数据,提高实时系统的运行效率,有效展示三维模型的可视化成果。事实上,在具体的生产实践中,海量模型数据库依然是个大问题,这就意味着我们必须进一步探索更多、更好的规范标准。

[1] 王乘,周军清,李利军.Creatot可视化仿真建模技术[M].武汉:华中理工大学出版社,2005