浅谈汕头市城市三维仿真系统的构建

■费小睿　陈玉娜

(汕头市测绘研究院　广东　汕头　515041)

浅谈汕头市城市三维仿真系统的构建

■费小睿陈玉娜

(汕头市测绘研究院广东汕头515041)

城市三维仿真系统是一个充分、直观展示城市地形地貌和城市形态的三维数字化可视平台。它可以为城乡规划工作提供辅助决策支持。本文以汕头市三维仿真系统试点片区建设为例，介绍了汕头市城市三维仿真系统建设中基础资料获取、纹理处理、三维建模、数据管理应用等方面的工作内容。

城市三维仿真系统三维建模纹理照片处理

1　引言

近年来随着社会经济的快速发展，城市建设步伐不断加快。不断加快的城市建设进程，对城乡规划管理工作的要求也越来越高。地形图一直以来都是城乡规划管理工作的空间参考与定位依据，但是地形图是二维平面的，无法直观的表达城市地表构筑物与地形地貌情况，已难以满足新时期规划管理工作的要求。目前解决这一问题的有效方法，就是将地形图三维化，建立城市三维仿真系统。城市三维仿真系统使原先二维对象从平面变为立体，从抽象变得直观，更加准确的表达地形地貌与城市建设情况；并且通过丰富的应用分析功能，为城市规划管理工作提供辅助决策支持。本文以汕头市三维仿真系统试点片区建设工作为例，详细介绍了构建城市三维仿真系统所进行的各项工作内容。

2　城市三维仿真系统建模基础数据获取

城市三维仿真系统建模所需的基础数据主要包含地形图数据、影像数据、模型纹理照片、建筑物楼高数据。项目建设时首先要做好基础数据更新工作，以保证建立的模型与实景的一致性。

（1）地形图数据：采用建模区域1：1000数字地形图作为三维模型制作用图。城市三维仿真系统的模型由地形图数据拉伸后获得。

（2）影像数据：由于外业采集模型纹理照片时，有些地物（建筑顶层构筑物，广场大型图案等）的照片是无法完全拍摄到的，所以我们选用建模区域的正射航空影像图作为这类地物建模时的参考。

（3）模型纹理照片：为保证制作出来的模型与实景的高相似度，需要到实地拍摄照片。拍摄照片基于先整体，后局部的原则，首先拍摄被摄物的整体照片，然后分步拍摄被摄物细部的照片。

（4）建筑物楼高数据：建筑物建模时需要建筑物高度作为模型拉伸的依据，所以需要通过外业实地测量采集或航空摄影测量内业获取楼高数据。

3　城市三维仿真系统建模

3.1纹理照片处理

纹理好坏决定了三维模型的真实度，纹理照片处理是城市三维仿真系统建模的重要一环。野外拍摄得到的纹理照片由于尺寸较大，无法直接提供模型贴图使用，另外三维模型的纹理应该是正射的，而拍摄的照片，由于受拍摄角度、光线等条件的限制，大多是变形的，且颜色也与实际颜色有所不同。所以需要使用photoshop软件对纹理照片进行处理。处理内容包括：

（1）相片裁剪：裁剪出相片中对建模有用的部分。

（2）图像纠正：对因拍摄角度问题变形的照片进行正射纠正。

（3）消除杂物：消除照片中行人、树木等无关信息。

（4）手工勾画：纹理照片不清晰,应手工勾画。

（5）色彩调整：对照片颜色与实际颜色不同的照片进行色彩调整。

（6）纹理拼接：将不同的纹理块组合成一张纹理，纹理尺寸必须为2的N次方×2的N次方，尺寸不大于1024×1024。

3.2三维建模

我们使用3DMax作为城市三维仿真系统建模工具。城市三维仿真系统建模主要是建立交通设施、地形景观、建筑物这三类模型。

3.2.1交通设施模型

提取地形图的道路边线要素制作道路交叉路口、道路面模型；按照地形图上的高程点调整交叉路口、道路面模型的高程；根据实地情况进行道路标线贴图；提取地形图中的隔离带要素,制作道路隔离带模型并贴图；根据实地情况放置已制作好的行树与路灯模型。（模型如图1所示）

图1　交通设施模型

3.2.2地形景观模型

利用已建好的道路面模型，获得初始的地块面,确保道路面与地块面衔接无缝隙；根据地形图等高线、高程点、陡坎等要素，调整地块高低起伏特征；在地块内部按照区域类型（如植被、居民地）分别生成区域模型面；根据地形图制作围墙、栅栏等区域类型分割标志；根据地形图在地块面内制作花圃、内部道路、喷水池、路灯等模型。（模型如图2所示）

图2　地形景观模型

3.2.3建筑物模型

根据建筑物的重要程度将建筑物模型分为精细模型,标准模型,框架模型;提取1:1000地形图的房屋面，对房屋面根据楼高进行拉伸制作初始建筑模型；按建筑物所属类别分类制作,确保模型底部与地面无缝衔接；根据正射航空影像对建筑顶部进行人工修饰；根据拍摄的建筑物外观照片制作建筑物的纹理贴图，再对建筑物进行人工贴图，形成最终模型。（模型如图3所示）

图3　建筑物模型

4　城市三维仿真系统管理与应用

城市三维仿真系统建设过程中生产了海量的三维模型数据。3DMax软件是一个三维模型生产软件，无法作为海量三维模型的管理应用软件。因此需要有一个三维GIS平台软件来管理，展示，应用这些模型数据。

我们选择了伟景行三维GIS平台来承载、展示、应用汕头市城市三维仿真系统的海量三维模型。我们使用伟景行的CityMaker Builder来整合、管理海量三维模型数据；使用CityMaker Explorer来展示，应用三维模型数据。

4.1三维模型数据整合管理：CityMaker Builder是一个三维GIS数据生产与维护软件。首先在CityMaker Builder软件中新建数据源，按模型类别创建各种要素类；然后在3DMax中利用插件，将模型导出为OSG格式，在CityMaker Builder中将OSG格式模型分别导入到相应的要素类中；最后在CityMaker Builder添加地名、路名标注等信息，完成数据整合。

4.2三维模型数据展示应用：CityMaker Explorer是一个通用的三维GIS应用软件。三维模型数据在CityMaker Buidler里经过整合后，可以在CityMaker Explorer使用。目前，我们使用CityMaker Explorer做为汕头市城市三维仿真系统模型数据的展示应用软件。我们利用CityMaker Explorer软件实现了海量模型的漫游，设计方案与现实景观的对比,通视分析等规划辅助应用。

5　结语

汕头市城市三维仿真系统试点片区建设工作，为接下来继续开展汕头市城市三维仿真系统建设打下了坚实的基础，提供了重要的经验。接下来，我们将分片逐步完成对汕头市地面城市三维模型的建模工作，同时开发汕头城市三维仿真系统的专用软件，进一步增强城乡规划的辅助应用功能，拓展汕头城市三维仿真系统在公安消防、三防指挥、旅游宣传、招商引资等社会各行各业的应用。

[1]陈引川.三维城市模型纹理的研究与应用[J].北京测绘，2009(2):4-6.

[2]李成名，赵珂，赵占杰，等 .CH/T 9015-2012三维地理信息模型数据产品规范[S].测绘出版社，2012.

[3]李成名，李宗华，赵占杰，等 .CH/T 9016-2012三维地理信息模型数据生产规范[S].测绘出版社，2012.

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-9-248-1

费小睿(1982～)，男，工程师，研究方向为地理信息系统开发应用。