城市三维大挂图制作方法研究与实现

黄克凤，高 磊，冉 磊，张志坚

(昆明市测绘研究院，云南 昆明 650051)

城市三维大挂图制作方法研究与实现

黄克凤，高 磊，冉 磊，张志坚

(昆明市测绘研究院，云南 昆明 650051)

通过三维空间建模技术、现代地图制图技术，以及美学原理，经地图符号化及图面配置，编制城市三维大挂图，展示昆明近年来在城市建设、道路交通、城中村改造、滇池治理等方面取得的辉煌成绩，为宣传昆明打开新的视窗。

三维建模；场景集成；地图设计；地图制作；三维大挂图

0 引言

随着测绘技术和地理信息化技术的快速发展，全视角三维电子地图、基于固定视角的三维电子地图(也称2.5维地图、侧视地图、三维仿真地图)和基于固定视角的三维纸质大挂图都走进了人们的生活。全视角三维电子地图能很好的反映建筑物高度、立面纹理信息和三维城市大场景，受到广大用户的青睐。但是受网络速度和网络环境的限制，不能实现快速访问和浏览，用户的体验感大打折扣[1-2]。基于固定视角下的三维电子地图具有良好的三维表现效果，数据量小、网上传输速度快，但因视角单一和终端显示屏尺寸的限制，一次只能浏览某一局部范围，不能浏览整个城市或整个区域的全貌，对宏观决策带来不便。基于固定视角的三维纸质大挂图恰好能有效弥补全视角三维电子地图浏览速度慢、2.5维电子地图整体感差的不足，成为当前一个时期三维地图的主流产品。

本文以《昆明城市三维地图》纸质大挂图为例，从三维建模、场景集成、地图设计及图面整饰等方面详细阐述城市三维纸质大挂图研制的生产工艺流程、技术特点、创新理念和社会经济价值。

1 制作目的和特点

制作《昆明城市三维地图》的目的是通过三维视觉效果的地图展示昆明经过30多年的改革开放，尤其是现代新昆明建设启动10多年来，昆明在城市建设、道路交通、园林绿化、滇池治理、城中村改造、招商引资、文化教育、医疗卫生，以及城市面貌等方面取得的辉煌成绩。

内容选择时遵循突出重点、展现昆明特色的原则，用视觉冲击强的色彩模型、符号、文字说明等形象而突出地展示驻昆企事业单位，国际区域城市金融中心——万达广场、世纪广场、昆明广场等；国际知名旅游城市——云南民族村、世界园艺博览园、西山滇池等；4环25射大交通、5个客运枢纽站，以及昆明新南站“一带一路”重要交通枢纽站，承载着四通八达的交通；反映昆明城市化进程的街道社区、长水空港物流区、高新产业区、经济技术开发区、滇池旅游度假区、呈贡大学孵化区、呈贡工业园区等已发展成为重要的商贸、物流，以及旅游目的地；园林建设人与自然和谐、北部山水城、昆明瀑布公园、湿地公园、人居环境、河道水质大改变等特点滋养着世世代代的昆明人；城市建设楼盘商业地标、超高层建筑、高层建筑、特色建筑等现代科技文化，楼宇经济的发展正绽放着美丽的春天；昆明特殊的地形地貌展现了昆明三面依山、一面临水、山水相间的独特空间形态，以绿色为主色调体现昆明是“春城”的特色，以及山水园林城市的格局。

技术上是以建筑要素模型、交通要素模型、水系要素模型、植被要素模型、场地模型、地形模型，以及其它要素模型等组合

而成的三维场景数据为基础底图，叠加二维矢量铁路数据、规划道路数据、地名地址，以及POI兴趣点等数据编辑而成。

2 总体技术路线

城市三维大挂图综合运用空间信息技术、虚拟现实技术，以及地图制图技术和美学原理，利用3DMAX软件及二次开发插件创建城市三维建筑模型、要素模型和地形模型，对模型接边及整合，烘焙，最终集成到CityMaker Builder平台下，生成完整的三维场景数据，提供视景仿真和全方位场景浏览、查询、放大、缩小、漫游、空间分析等[3]，再根据成图表达需要按适当的旋转角度和视觉转换为通用的*.img文件，最后在ArcMap和CorelDraw软件下经地图编辑设计、符号配置、兴趣点匹配、图面整饰及美化处理而成。

2.1 创建三维建筑模型

三维建筑模型是城市三维模型中最重要的内容，主要涉及资料收集、内业预处理、外业信息采集、模型数据生产4个部分。一是资料收集。收集的资料包括1∶500现状地形图、高分辨率影像图、竣工地形图、建筑物高度数据等资料。二是内业预处理。包括对收集到的全要素地形图进行分层、归零整理，以及根据相关规范和要求按照行政区划界线、现状道路、水系等带状地物为边界划分建模单元和管理单元，并按照云南省县级以下行政区划编码进行命名。三是外业信息采集。包括建筑物侧面纹理和房顶纹理照片采集，侧面纹理采用移动测量车载扫描仪结合人工拍摄方式获取，或从斜片影像上提取，房顶纹理采用无人机拍摄，或从正射影像图上提取。四是模型数据生产。基于1∶500地形图中的建筑物基底轮廓线，按实际高度值拉出体块，尤其注意反映外立面上阳台、窗户、广告牌、屋顶结构形式及附属设施等细节的表现，模型按重要程度及类别分Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级模型，分别用细节建模表现、主体建模表现、通用模型表现、白模表现等，贴纹理时也采用相应的真实纹理、相似纹理，以及公共材质等贴图[4]。一般来说，地标性建筑、超高层建筑，以及重要区域创建精细模型，贴真实纹理材质；高层建筑、高档住宅、公寓等创建精细模型，贴近似纹理材质，整体外观应与实际相符合；普通住宅、单位宿舍等创建粗略模型，贴公共纹理材质；城中村、工厂厂房、农村地区等创建白模或拉体块表示。

2.2 创建三维要素模型

本文所指的三维要素模型是指除建筑模型外的交通要素、水系要素、植被要素、场地要素和其它要素等三维模型[4]。主要从1∶500地形图中提取道路边线、水系边线、绿地的范围线、植被的底部中心等框架数据，以及场地区域的外业测量数据，按照三维要素模型制作的要求，经过体块模型制作、细节处理、纹理贴图、模型命名等深度加工处理而成。重点突出高速公路出入口、城市快速路、城市主干道、景观大道、立交桥及人行天桥，湿地公园、公园绿地及景观小品，湖泊、水库、双线河等要素，纹理的采集主要通过移动测量车载扫描仪结合人工拍摄方式获取，贴图时注意细节和高度的表现。为提高生产效率和产品质量，在制作结构复杂的小品时，利用照相机到实地以360°拍摄照片生成模型技术，构建复杂的小品模型，大大提高了模型的真实度、精细度和建模速度。

2.3 创建三维地形模型

三维地形模型是基于WorldView 0.5 m高分辨率卫星影像，经过影像融色、镶嵌、匀色、正射纠正等处理后生成正射影像图(DOM)，在CityMaker Builder平台下与1∶10 000数字高程模型(DEM)叠加生成三维地形模型。本实验中主要作为三维建筑模型与三维要素模型区域外的背景底图，以能够更好的展现昆明城市三面环山、南临滇池的特殊地貌特征，既作为专题要素的重要补充，又活跃和丰富了整个图面。

2.4 场景合并、渲染及输出

将制作好的三维建筑模型、三维要素模型，以及三维地形模型等集成到CityMaker Builder平台下，经后期的烘焙、渲染、调色、完善等三维虚拟特效、环境美化景观处理后，按北偏西45°固定视觉、0.5 m分辨率、1∶2 000的精度输出整个模型区域的三维大场景。

2.5 地图设计及图面整饰

地图设计时，综合考虑用图对象、印刷纸张、成图比例尺、制图区域，以及可读性等因素，确定成图尺寸为1 850 mm×1 350 mm，超大全开双拼；制图范围为昆明社会经济发展的核心区域，东至东三环路虹桥立交桥、南至滇池盘龙江入海口、西至碧鸡关立交桥、北至长虫山公园，制图面积约1 000 km2。为了表示内容的完整性和图面的协调性，在东北角配置“大昆明发展图”附图，在西南角配置“呈贡新区图”附图。图名用大红色的立体字悬浮式放置在图的西北侧。图1为昆明城市三维地图成品效果。

图1 昆明城市三维地图Fig.1 Kunming 3D city map

3 设计特色及技术创新

《昆明城市三维地图》是云南省第一幅以三维立体模型为主，结合DEM与DOM生成的固定视觉的大区域的三维纸质地图。在设计及制作时融入了一些先进的理念和思想，对提升地图的知识性、可读性和趣味性发挥了较好的作用。以昆明元素为基础，采用特殊的表达方式全方位展现昆明自然、历史、人文风貌和经济社会发展成就。

3.1 理念新颖，完美体现了3DGIS与地图制图的优势互补

《昆明城市三维地图》通过城市建模和三维景观的可视化，实现城市三维景观的再现和还原。它是3DGIS在地图制图方面的具体应用，是真实三维空间的完整展现，能够准确表现建筑物空间结构、建筑物形象，其三维城市空间形态是二维平面图、影像图、实景图等普通地图无可替代的，是3DGIS与地图制图的优势互补、完美结合。

3.2 技术新颖，多种模型融为一体，互为补充和点缀

在能够满足使用需求的同时，从最大限度减少生产成本和提高工作效率出发，在模型设计时根据建筑物的特征、重要程度、分布密度、规划、现状等因素选择不同的建模等级。整幅图巧妙地将精细模型、粗略模型、通用模型、白模和规划模型等融合在一起，实现了现状与规划、二维与三维的有机结合，达到图面干净、清晰，主次分明、特色突出、层次丰富、立体感强、空间位置关系准确、标志性建筑一目了然，能够进行快速定位和搜索，完美展现昆明的巨大变化和昆明与周边的连动发展。

3.3 构图新颖，突出展示现代新昆明建设成就

图面设计时以翠湖公园(昆明的“心脏”)为中心，向东南西北四周辐射，主要涵盖滇池北岸城区坝子，东西北分别至金马山、碧鸡山、长虫山脚下，将城市建设的核心区域放置在图的正中央，涉及一环、二环、三环道路的城市建设框架，给读者一种美感，昆明是青山绿水、高楼林立、整齐化一、色彩协调的适合人生活和居住的大都市。

为了能更好的展示现代新昆明建设成就，以及昆明城市发展的拓展方向，将呈贡新区市级行政中心和大学城为制图区域的“呈贡新区图”，以附图形式放置在图面的西南角，见图2；将大昆明城市发展的滇池盆地集中区域(含主城、呈贡、长水机场)的“大昆明发展图”，以附图形式放置在图面的东北角，见图3。附图既是对地图内容的重要补充，又对图面起到较好的平衡作用。在符号配置及标注时，遵循近大远小的原则，将配置在上方东北角附图的符号及注记适当放大表示，将配置在下方西南角附图的符号及注记适当缩小表示，以更好地满足人们的读图和审美习惯。

图2 呈贡新区图Fig.2 Chenggong new area map

图3 大昆明发展图Fig.3 Kunming development map

3.4 表现新颖，地图整饰美观，清晰易读

《昆明城市三维地图》充分汲取了三维仿真技术、虚拟现实技术、现代平面艺术设计的理念与地图多层平面设计的原则，通过直观的地理实景模拟表现方式，将超高层建筑、地标性建筑、特殊型建筑等重要区域设计在第一层面，首先进入读者视野。在图面整饰时选择与底图颜色反差较大或互补色的符号及注记标注，并在注记和符号的外侧加白色边线，确保了符号注记不管在深色或浅色区域都能清晰易读[5]。在标注道路注记时以路标的形式高出路面表示，立体感和方位性更强。为了体现昆明是“春城”，是山水园林城市的特点，整幅图面以绿色为主色调，充满了生机与活力。见图4、图5地图整饰效果。

图4 地图整饰效果Fig.4 Effect of maps

图5 地图整饰效果Fig.5 Effect of maps

3.5 印刷装帧精美

地图采用1 000 mm×1 400 mm超大全开157 g铜版纸2个印张左、右双拼印制，双面覆亚膜，印刷采用基于CTP的彩色数码印刷技术，墨色均匀、色差小、四色套印精准、色彩素雅、图面美观、具有昆明春城特色，是地图科学内容与艺术表现形式的完美结合，装裱庄重，有较强的使用价值和装饰价值。

4 社会经济效益突出

《昆明城市三维地图》的成功编制，为省、市政府及机关委办局提供宏观决策的依据，为招商引资、项目选址、规划修编、城中村改造等提供准确的信息，为“数字昆明”提供有力的数据支撑[6]，为开辟地图新品牌摸索了新的道路，为地图工作者打开了新的视野，提供了更多的想象空间，为宣传昆明提供了良好的载体和平台，为喜欢昆明和关心昆明发展的人士提供参考指南，具有较好的收藏价值和使用价值，其社会经济效益是长远的。

5 结束语

《昆明城市三维地图》是一幅综合运用1∶500地形图、竣工图、DEM、DOM等现状数据资料，运用无人飞机航飞、移动车载扫描仪扫描等先进设备，采用斜片、激光点云，以及人工建模等方式相结合，是集先进技术和先进设备于一体全力打造的一幅三维地图作品。其表现手法新颖、内容丰富、布局合理、图幅精美、标注详细，制图区域紧跟昆明发展步伐和趋势，充分展现了昆明在近年来建设发展中所取得的辉煌成绩，是一幅记录昆明昨天、呈现昆明今天、展望昆明明天的佳作，是昆明的城市名片，具有重要的学术价值。

[1] 陈迅.2.5维电子地图的制作与发布[D].西安：西安科技大学，2012.

[2] 李玲，秦志伟，王崇倡，等.基于WMTS标准的2.5维电子地图的构建[J].测绘与空间地理信息，2014(5)：127-130.

[3] 张明，苏中球.基于City Maker的城市三维建模技术的研究[J].城市勘测，2010(4)：29-32.

[4] 国家测绘地理信息局.CH/T 9016—2012 三维地理信息模型生产规范[S].北京：测绘出版社，2012.

[5] 肖炜枝，何华贵，肖海威，等.城市影像地图集总体设计若干要点研究[J].测绘与空间地理信息，2008(3)：161-163.

[6] 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(5)：139-140.

Research and Implementation on Method of Producing 3D City Wall Map

HUANG Ke-feng，GAO Lei，RAN Lei，ZHANG Zhi-jian

(KunmingSurveryingandMappingInstitute，KunmingYunnan650051，China)

Based on 3D space modeling technology，modern cartographic technology，and aesthetic principles，combined with map symbolization and map layout，3D city wall map was compiled.The map shows the great achievements of Kunming in recent years，including urban construction，road traffic，reconstruction of “Villages in Cities” and pollution treatment of Dianchi Lake，etc.It will open a new window for publicity of kunming.

3D modeling；scenario integration；map design；map production；3D map

2016-09-13

P 283

：B

：1007-9394(2016)04-0044-04

黄克凤(1972～)，女(仡佬族)，贵州湄潭人，硕士，高级工程师，现主要从事地图编制与地理信息系统的研究与开发方面的工作。