“数字城市”中三维模型数据的建设与应用

文/李利民、李淑民 包头市测绘院 014030

“数字城市”中三维模型数据的建设与应用

文/李利民、李淑民 包头市测绘院 014030

信息化时代在不断发展，群众生活方式越来越多样化。目前在追求一种全新的城市生活，“数字城市”是构建数字地球的其中一部分。三维数据形式可以构造一个真实城市场景直观的给群众带去信息。三维数据是构建“数字城市”的基本信息，城市在朝“数字化”的方向发展。互联网信息时代推动着社会的全面发展，不断创新的生活环境，让群众的生活丰富多彩。

三维模型；数据；建设与应用

0 引言

三维数据模型可以清晰的了解到楼房，河流等地球上各种地理环境。在传统的地理地图上加上信息化的技术，将平面化的事物变得立体，从而使得“数字城市”的三维化模型就此呈现。全新的地图模型可以真实的体验到身处实地的感觉。在城市建设规划中，三维地理数据得到建设人员的喜爱，可以全面得到数据的信息，推动建设发展的稳定。一直以来在城市建设中三维技术占有很重要的作用，虚拟且真实的地理信息可以提供直观科学的依据，让城市规划更有目标性。这些是传统的地理技术所不能做到的。

1.构成“数字城市”的数据

基础和地理模型数据构成了“数字城市”三维模型。其中里面包含了对象属性、影像与纹理与数字划线等数据。地理模型中包含了地形建模和其他比较有规则的建模。其构建“数字城市”传统的地理模型不能充分满足数据需求，三维信息数据为信息化社会推动城市建设提供基本的作用，三维城市模型为城市建设提供了技术[1］。

2.关于制作数字城市三维模型数据的处理与标准二维矢量图形处理与三维模型制作构成图形数据处理，栅格处理又由影像处理和相片纠正组成。且三维模型数据中包含图形数据处理与影像处理。

2.1 制作模型的坐标系

某市在制作三维数字地图时将国家1 ： 2000 和1 ： 500地形图作为基本数据，与其他系统相融合。三维地理坐标在构建三维场景和应用系统上起到最基础的作用。统一的坐标系可以帮助构建三维模型坐标数据的准确提供参考。

2.2 模型的基本单位

具有较大比例尺的城市地形图在制作时一般采用平面坐标系，以米为单位，所以在制作三维地理模型时也要用米作为基础单位，依据模型所处的LOD级别来精确尺寸，构建真实地理事物的实际模型尺寸[2］。

2.3 制作模型

其中包含有预先处理地形图、地形图导入、白模创建与修正、三维精细化建模、检查模型的过程、建筑纹理贴图、模型的命名与分组和配置记录与导出。这几大步骤是在制作“数字城市”三维模型时建立模型所需要的，每一个步骤都是制作三维模型时的关键。

2.4 定位模型的参考点

定位模型的参考点指得是所建立的模型的局部坐标原点，在模型空间位置的确定上起到了基本的作用。每个模型在制作的时候都必须有一个定位模型所需要的参考点，对在三维场景中相似的地物引用有很好的作用。某市在制作三维数字地图时明确规定模型的定位参考点，纵向是模型的最低点。

2.5 模型的高度

在制作“数字城市”三维模型中，高度的确定是很重要的，在模型中不一样的细节成度的具体表现，在获取建筑物高度数据的时候，可以利用下面3种方法确定建筑物的高度：①依据当前具有的二维数据来获取建筑物和其要素的高度，来进行建立体块和基础的模型；②可以利用精确度较高的技术或者工具得到建筑物或者某个部位的高度，确保建筑物的高质量；③在建筑设计图可得到精细模型高度，也可从建筑施工图中获取。

2.6 模型中样条曲线/面的使用

在制作三维模型时对样条曲线/面的运用要少之又少，样条曲线/面在转化为通用格式后，能将表面的连续性用一些参数细致的表现带来数据灾难，太大的数据量不利于制作三维模型。所以在使用样条曲线/面后将其变成折线，再将折线优化成曲线/面。

2.7 实地拍摄相片的处理

要想模型有好的视觉效果，必须对实地拍摄的相片进行仔细的处理，先对相片进行透视矫正，再将图片的色调进行相对的调整，制作相对标准的模型，还需要清除相片中存在遮挡物，最后再根据相片；里地物所在的分区编号、建筑编号规范纹理名称[3］。

2.8 三维模型的纹理映射

三维建模软件一般都存在有很多纹理映射方式，可是支持交换文件格式通用的且只有有限的几种。纹理映射采用diffuse和opacity，所以，经常用的贴图方式更多的应用到纹理映射应中去。

2.9 模型成果的提交格式

对制作出的“数字城市”三维模型可以用以下两种方式提交：一种为建模工具默认的格式；另一种为转换的3DS文件，并且用文件夹的形式提供纹理，模型的文件名和文件夹的名字应相同。

3.在城市建设中如何运用三维数据

三维数据的表现形式是一个很大的创新，将数字技术很好的代替了传统效果设计模式的表现形式。三维数据实现了对过去到未来城市环境的趋势和状态进行正确真实科学的模拟。三维数据更改了城市规划和建筑设计，用三维数据较广泛的应用与较强的功能。

3.1 城市建设中需要三维数据的辅助规划分析

根据城市间空间数据技术，虚拟城市环境需要包含以下几个构建要点：真实性，直观性，交流性。其主要目标是，保证城市规划的整体性、智能性。另外，这项技术的优点还应当体现在对城市规划方案的决策，其本质目标就是保证人员办公的标准化及效率化。

3.2 在人类活动中三维数据带来的便利应用

透过三维数据的结果可以了解到，群众居住环境的光线明亮度和阳光可照射的时间和位置，使得人们在外出活动的时候可以方便很多。“数字城市”三维模型数据建立之后对场景的分析，可以扯拉时间轴来对建筑物周边景物的光照效果做出简单的分析。三维数据为人们的生活提供了极大的便利，使得群众的生活条件在不断的提高。

4.数字城市三维建模的关键内容

目前以建筑物为例，三维建模一般以空间几何为体系。三维空间数据的获取以电磁波形式腾导，实质空间定位及坐标组建数据，对未来的三维坐标有足够的空间想象能力。三维几何里，在生活中应用很广泛，使技术人员提高了工作效率，既有准确性及高效性。空间坐标因为高层建筑非常准确，使建筑物的外观非常有空间立体感，现在人们的生活都离不开三维空间模型。信息化时代发展推动可视化技术的应用，通过与现有的技术相结合，从而达到交互效果的极致。

4.1 三维建模数据的获取

当前，建立三维模型的主要就是手机建立模型所需要的数据。在群众生活的城市圈中有很多建模所需要的数据，其中包含有：（1）策划建筑（物所需要的图纸及相关设计文档及资料。（2）城市数字地图和2DGIS数据库（3）摄影测量数据。

4.2 建立模型的方式

当前，建立“数字城市”三维模型的方式有很多种，下面为几种做出简单的介绍。

（1）使用动画软件建立模型。该软件可以精细的表达模型，有多种建模的工具，但是仅仅用于动画浏览，不能交互编辑查询，并且数据结构复杂，数据量大，不支持与地形叠加。

（2）使用专业软件建立模型，简洁的数据对模型的制作起到关键作用，软件里多种工具的结合利用可以制作出好的建模。（3）OpenGL开发。利用此软件，通过编程的方式建立模型。通常这种方式用于三维基础软件的开发，使用较多的数学曲线、曲面表达三维模型等算法，获得更多的建模数据。

在当前实际应用技术中，利用3DMAX制作或者是利用MultiGen Creator制作成为模型制作的主要应用软件。

4.3 模型的发布与应用

目前基于二次开发功能的数字城市平台在国内并不少见，而且平台本身集合了诸多创新科技，但是考虑到目前国家对三维场景的需求呈现出多元化，不仅仅要求数字城市平台能够对三维场景进行显示，同时还需要具备漫游、定位、搜索等其他拓展功能。从而促进决策机构完成决策计划[4］。

结束语：

建设三维“数字城市”是符合当前经济发展和社会建设的需要的，这是一个非常巨大的系统工程。在设计“数字城市”三维模型时要根据需求和需要，准确设立好三维模型的精确度和技术标准，确保成果可以达到设计和应用的所需需求。当今社会重点研究的对象之一就包含“数字城市”建设，应经济发展需求。数字城市系统中的城市三维信息系统的建设合理利用所有条件实现虚拟城市的真实性。“数字城市”三维建筑模型有利于城市建设的发展，为城市建设提供准确的数据，提升建设模型的质量性。“数字城市”三维模型会在群众生活中得到更为广泛的利用，提高群众现有的生活质量。

[1］王春波.数字城市中三维模型的建立技术及应用研究[J］.科技论坛2014.07（14）：136.

[2］刘影.“数字城市”中三维模型数据的建设与应用[J］.测绘通报2015.05（05）：139-140.

[3］朱庆.三维GIS及其在智慧城市中的应用[J］.地球信息科学2014.03（02）：153-157.

[4］王文晖.数字三维模型助力城市规划管理[J］.江西测绘 2014.04（04）：17-24.

5结束语

综上所述，建筑设计是工程施工的重要依据，也是保证整个工程结构稳定性与可靠性、耐久性的重要前提，因此本文对建筑结构中的人防设计与抗震设计进行研究就显得非常重要，一方面，不断通过经验总结，提高工程设计人员的安全意识，另一方面，通过人防设计与抗震设计的过程分析，促进我国建筑结构工程施工的质量不断提高。

参考文献：

[1］赵楠.超高层结构抗震设计中若干问题的探讨[J］.工程抗震与加固改造，2014（2）：128-131.

[2］肖芳润.浅析建筑结构中的人防设计与抗震设计[J］.江西建材，2014，（13）：21.