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数字城市三维景观模型的建模技术

来源:尚佳旅游分享网
数字城市三维景观模型的建模技术

杨建思,杜志强,彭正洪,黄经南,陈永喜 (武汉大学城市建设学院,湖北武汉-#\"\"+!)

摘要:在城市规划、建筑设计中,迫切需要采用现代计算机技术进行辅助规划和设计,而进行计算机辅助规划和

设计的基础是先建立已建城市的三维数字景观模型,把城市的地形地貌和各种人工构筑物包括道路、房屋、花园 等进行数字化,并以三维虚拟形式进行表现( 首先讨论了三维数码城市信息系统的基本概念与要素,然后详细介

绍和讨论各种地形地物要素建模技术与方法,最后以深圳为例介绍通过建模方法所建立的城市三维景观模型(

关键词:数字城市;数字景观模型;建模;虚拟现实 中图法分类号:./ #&%(& 文献标识码:0

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近年来,我国城市的迅猛发展( 使许多城市的 规划和建设未能有充分的时间和技术手段进行充 分的论证,建设项目出现了许多不尽人意的地方( 今后若干年,我国的城市化建设将进一步加快,因 而迫切需要进一步提高城市规划和设计的效率和 水平,而要提高效率和水平,就必须使用计算机辅 助规划与设计技术(

多年来,我国的城市规划与建筑设计部门己开 始引入辅助规划与设计的软件与技术,例如引用地 理信息系统和C09 技术进行城市规划方案设计, 应用C09 技术进行建筑设计( 但是以前这些技术 或者说采用的基础数据都是基于二维的,城市规划

部门一般采用二维3WE 进行方案设计,城建设计部 门一般在二维电子地图基础上设计三维建筑模型, 这种三维模型只是新设计建筑体本身是三维的,周 围的其他数据包括已有的建筑物都是二维的,或者 按一定规则在二维基础上构造的,它不是实际的三 维模型( 这样所作的规划方案或设计的建筑在二维 上看是协调的或者说单个建筑物是宏伟壮观的,但 放到整个城市景观模型上看是不协调的( 只有在三 第#’ 卷第# 期 !\"\"# 年’ 月

武汉大学学报(工学版)

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维数字景观模型中,进行三维城市规划和建筑设计 才能较好地处理整体与局部的协调关系,才有更加 直观的空间感觉,更加逼真的光照、日照模拟等,这 样使我们的规划设计更具人性化!

现代地理信息系统技术和虚拟现实技术的发展 已经为构建整个城市的三维数字景观模型奠定了技 术基础[\"]!它要求我们采用数据库技术、地理信息系 统技术和虚拟现实技术[#],首先将城市现有的地形 地物进行三维数字测量,获取三维结构信息和纹理 信息,然后存入数据库中,再通过三维可视化技术进 行表现形成虚拟景观模型,再提供给城市规划和设 计部门进行计算机辅助城市规划和设计! 本文首先 介绍数字城市三维景观模型的基本原理,然后介绍 和讨论各种地形地物要素的建模技术与方法,最后 以深圳为例介绍我们所建立的城市三维景观模型! \" 三维数码城市信息系统的数据模 型与系统结构

三维数码城市($%&’($)*%)信息系统是城市三 维景观模型的基础! 它的一个主要特点是能够管理 地形结构信息(数字高程模型)、地形纹理信息(数 字正射景象)、三维人工建筑结构信息及人工建筑 的纹理信息! 除此之外,系统提供了三维城市模型 的可视化技术,即采用虚拟现实手段,在屏幕上表 现透射立体模型或虚拟立体模型!

三维数码城市信息系统从软件体系结构上看,

通常分为三层结构[+]! 第一层是数据管理与操纵 层,第二层负责数据抽象与集成,第三层负责三维 数据的表现和交互操作(如图\" 所示)! 三维数码城 市的数据模型如图# 所示!

图! 三维数码城市信息系统体系结构

图\" 三维数码城市的数据模型 # 城市三维景观模型的建模技术

城市三维景观模型是三维数码城市信息系统

的表现模型! 它包含数字高程模型、地面纹理影像、 三维建筑结构模型、墙面纹理以及地面特殊地物装 饰纹理等数据! 每一种类型的数据采集与处理方法 不同,下面分别予以介绍! \"!! 数字高程模型建模

数字高程模型有两种模式[,],一种是不规则三 角网模型-./,另一种是规则格网模型0()1! 两种 模型可以相互转换,但一般大规模的地形都采用规 则格网模型! 格网数字高程模型的建模方法可以有 多种,最常用的方法是数字摄影测量方法,通过影 像匹配自动生成数字高程模型! 当得不到立体影

像,仅有地形图时,通常采用对现有地图进行扫描, 获得矢量化等高线,再由等高线内插成数字高程模 型! 当然,我们也可以通过外业测量的方法,获得大 量高程点三维坐标,再内插成数字高程模型! \"!\" 地面纹理影像的生成

地面纹理影像可以从现有航空影像或航天遥

感影像获得,也可根据地面物体的特征,人工赋予 相应的纹理影像! 但不管用哪种方法,都要先将原 始影像处理成数字正射影像,它有一致的比例尺, 消除了投影误差,坐标与数字高程模型一致! 这样 经过处理的数字正射影像才能与数字高程模型匹 配,形成真实的景观模型!

由原始影像处理成数字正射影像可以有多种方

法,通常有数字摄影测量方法和单片微分纠正方法! 不论哪种方法都是消除像片倾斜和投影差的过程, 都要进行绝对定位使之归化比例尺和地面坐标! \"!# 三维建筑结构数据的获取与处理

· +2 · 武汉大学学报(工学版) #33+

三维建筑结构是指房屋建筑、路桥、油罐、电视 塔等各种三维实体,获得这些三维目标的框架数据 主要有两种方法! 一种是用数字摄影测量方法,在 立体模型上采集建筑物的框架坐标,然后通过建模 软件将它们构造成体对象! 另一种方法是采用三维 设计软件,如\"#$%&’,()*+,-./,(,012’+%+,2/ 等软 件! 将设计好的三维实体导入并定位于地形景观模 型中! 无论哪一种方法,都要对数据进行检核,使它 们的连线正确,以利于粘贴侧面纹理! 三维实体数据检核的过程如下:

(3)拓扑结构检查! 通过对每一地物的三维模 型与航测像对中的立体影像的比对,检查三维模型

的拓扑结构是否正确!

(4)建筑物顶部同高检查! 在现实中建筑物顶 面

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