Erdas在三维建模中的应用

杨伟卫，徐 玮，黄智辉，金尚刚

（鄂东南地质大队，湖北黄石435100）

Erdas在三维建模中的应用

杨伟卫，徐 玮，黄智辉，金尚刚

（鄂东南地质大队，湖北黄石435100）

以某大学为例,进行三维景观的研究,三维建模主要分为2个方面,建筑物的建模和地形的建模。首先是利用3DS Max进行校园的建筑物初步的建立,完成建筑的框架构造,然后在Erdas Image中结合遥感影像数据进行地面模型建立,最后将建立好的模型和影像进行匹配,完成三维建模,实现对空间信息查询的基本操作,并说明建模的地理意义。

3DS Max；Erdas Image；三维模型

随着信息技术的发展，数字技术和网络技术已经给社会生活的各个方面带来了很大的变化，数字地球、数字城市等得到了快速的发展[1]，人们对于以往的平面地图不再满足，提出了更高的要求。期望可以进行地理环境的可视化了解和观察，使得观察达到一种身临其境的感觉，特别是 "数字地球"时代的发展要求，地理信息系统 (GIS)必须把三维世界真实地表达出来[2-4]，因此必须应用 GIS方法把三维环境展示出来，让更多的人去了解观察三维地图[2、6]。现阶段常用的三维建模方法有3种：①基于AutoCAD的三维建模；②基于3DS Max的三维建模；③基于GIS软件和遥感数据的三维建模[5]。本次建模采用3DS Max和Erdas结合的方式进行建模研究，具体流程见图1。

图1 三维建模流程图

1 基本模型的建立

1.1 数据收集

根据系统建设过程中对于建筑、环境等场景的要求不同，选择不同分辨率和精确度的数据和图片。内容包括:①研究区及周边地区的地形图；②贴图资料，由数码摄像机对各个建筑物的外观及标志性建筑进行拍照得到；③Quikbird高分辨率（0.61 m）的影像数据；④建筑物的地理属性，长宽高和其他信息的统计。

1.2 数据预处理

首先将JPG格式的Quickbird数据通过Ersdas软件转化为IMG格式，方便以后的数据加载以及影像数据的匹配，然后进行图像的地理配准，并生成数字高程模型DEM[7，8]。对于数码相机拍摄到的建筑物相片保存到计算机中，拍摄到的相片不能直接用于后期的贴图，需要在Photoshop软件中进行纠正处理[9-11]。对于建筑的本身属性的测量。在数据采集中对于房屋仅仅考虑屋顶是平面，对于特殊的屋顶适当的用模型对象修饰即可，其他建筑物进行估算长宽高。对于建筑物长和宽的测量直接可以利用测量工具测量得到，但对于高度的测量只能采用台阶高度相乘的方法，测量一个台阶的高度然后累计多个楼层的并相乘，并对所得的结果进行调整，适当的修正。

1.3 建筑物三维模型的建立

这是本论文中最重要的部分，也是最难的，因为三维建模的对象主要就是对建筑物的模拟。利用 3DS Max不仅可以对简单的模型做出很好的建模，对于复杂、组合的建筑物尤其可以显示出3DS Max软件的优越性。当然这个需要对模型进行细微的刻画，才能达到研究要求，实现三维模型的建立。

1.3.1 简单规则模型的建立

三维模型主要分为建筑模型、地形模型、地物模型 3类，而每一种又可以分为简单规则模型和特殊模型。对于建筑物比较规则的，近似是矩形的规则的建筑，可以直接在3DS Max中利用创建box对象来建立模型；并结合先前采集到的建筑物的属性数据可以建立好初步模型。对于树点状要素，选用 3DS Max和 Erdas Image中提供的样式库中的样式[1、11]。

1.3.2 复杂模型的前期准备

1）用数码像机对各个建筑物摄像，大概了解建筑物的框架，只有了解模型的架构才能准确真实地建模，这些都为3DS Max软件建立模型做好基础。

2）建筑的基本平面长宽数据根据前提采集的数据的得到。

3）建筑的高度，采用量算阶梯数量和高度的方法获得。

1.3.3 建模要求

1）建模房屋长宽高数据按照前期采集的数据进行绘图，可不必严格进行。

2）房屋模型底面中心位置位于3DSMax的XY平面中心 (x，y，z:0，0，0)位置。

3）由于在Erdas Image8.7中模型可以任意的改变方向和旋转，所以在建模的过程可不遵循严格的方向去对模型建立。

4）模型建立主要抓住建筑的主体轮廓，门窗必须有实物贴图，整体感觉要真实。

5）建成的模型（*.MAX）转换为可以被 Erdas Image样式库识别的数据格式（*.3DS），以便把自行建立样式库和把模型导入Erdas中。

1.4 材质和贴图

贴图是物体材质表面的纹理，利用贴图可以不用增加模型的复杂程度就可突出表现对象细节，并且可以创建反射、折射、凹凸、镂空等多种效果，比基本材质更精细更真实。3DSMax中最简单的是位图（Bit-Map）[11]，在三维建模的制作中，位图是较为常用的一种二维贴图。在三维场景制作中大部分模型的表面贴图都需要与现实中的实体相吻合，而这一点通过其他程序贴图是很难实现的，而且即使能实现贴图也不是那么很方便，3DS Max方便的贴图让工作效率又可以提高。选择以数码相机拍摄获取的位图来作为校园立体图对象的贴图。具体制作过程如下:从实地拍摄的数码相片中选取合适角度的照片在Photoshop中进行拉伸扭曲得到所需贴图单元，保存为JPG格式。在3DS Max中，调用经过处理的图片进行贴图。初步贴上的图在建筑物上是很不规则的，所以需要运用修改工具中的UVW贴图坐标。贴上实地采集的相片使得所得图像与实际建筑物很接近。

1.5 3D模型的渲染输出

经过以上流程，三维建筑模型基本完成，下一步就是输出图像。为了把模型导入Erdas软件中，在3DS Max软件中输出时将模型保存为3DS格式。模型输出时，必须携带模型自身所用到的材质，否则在Erdas中无法显示材质贴图效果（见图2）。

图2 渲染前后的对比

2 三维建模实现

在 Erdas中，VirtualGIS模块中有多个功能菜单，虚拟GIS窗口，虚拟世界编辑，创建动画，记录飞行路线等[7]。其中在VirtualGISViewer是这次加载模型的主要窗口，这里边也提供了多个模型供选择，但由于大多数模型不能直接应用或者不符合建模的研究，故需要将建立好的模型导入Erdas中，并对地形做简单的夸张，设置Exaggeration为1.5；再新建模型图层，通过模型库Model Library来选择需要的模型，本次研究主要利用以前建立好的模型导入。当模型导入场景中去后，再进行模型的大小、位置、方向调整，以及建立模型链接和属性，方便以后的空间查询。

从3DS Max输出的建筑模型转换成3DS格式后，可以导入到Erdas的样式管理器中，形成自己的样式，供后续的虚拟系统用。导入模型时，考虑到数据量大对操作速度的影响，所以在导入模型前对3D模型进行了一系列的处理，力求模型数据尽可能小，又不影响模型的真实感，同时优化虚拟校园系统的运行速度。在导入模型的时由于地形和模型的大小高程位置等影响，需要调整合适的位置放置，不能对模型完全放置，三维模拟模型建成（见图3）。

图3 三维模型图

3 结语

综上所述，在笔者的工作中，这样做出的三维模型在三维GIS中，真实、美观、流畅，提高了用户的认知感，随着研究的深入，三维建模技术会得到进一步改善和提高。总的来说，虚拟现实中的三维建模技术正在向高精度、易用的方向发展。

[1] 刘晓艳，林珲，张宏.虚拟城市建设原理与方法[M].北京:科学出版社，2003

[2] 曾润国，聂志锋，卢建刚，等.数码校园GIS中的三维建模[J] .工程勘察，2002(3):47-49

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[6] 史文中，曹辉，张剑清.基于高分辨率影像的城市三维建模[J].武汉大学学报，2004(9)：783-785

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[11]T.E.CHEN and R.SHIBASAKI.3D Modeling and Visualization of Building in Area by Linear Photogrammetry.Archives of Proceedings of UM[C].1998

Research of 3D Model by Erdas Image

by YANG Weiwei

The paper took a campus for example.To make research about the three dimensional landscape.The three dimensional model was mainly divided into two parts,architectural model and topographical model.Firtly,made fully use of 3DS Max tentatively establish the basical model of the campus buildings and complete the frame constructure of the buildings.Secondly,combined with remote image data in Erdas Image to analogy the campus'surface.Finally,matched the founded model with images,completed the campus'three dimensional model,furthermore to realize the primary operation of the space inquirement and three dimensional wander of the founded model,and to explain the geographical significance of the founded model.

3DS Max，Erdas Image，3D model

2011-01-13

项目来源：湖北省矿产资源潜力评价资助项目（1212010881621）。

P208

B

1672-4623(2011)03-0094-02

杨伟卫，助理工程师，硕士，主要从事遥感地质，矿产地质等工作。