风控系统方案
许曼娜;李军锋;解江;赵勇辉
【摘 要】主要阐述了基于航空摄影测量内业所采集的三维DLG数据批量获取建筑物高度的新方法，重点说明了基于城市测绘院现有的航空摄影测量有关数据和外业采集的纹理资料进行三维建模的生产工艺和流程控制。%In this paper, the process flow of three-dimensional modeling, based on aerial photography 3D acquisition data, is introduced, and the new method of acquiring building height, based on largescale 3D DLG, is studied. According to the process flow above,large-area construction of 3D urban model is solved properly, and the 3 D model has high precision, satisfing the precision requeirement of 3D model totally. 【期刊名称】《江西科学》
【年(卷),期】2011(029)006
【总页数】押花材料4页(P737-739,762)
【关键词】三维建模;三维DLG;工艺流程;精度
【作 者】许曼娜;李军锋;解江;赵勇辉
【作者单位】黄河水利职业技术学院测绘工程系,河南开封475004;西安市勘察测绘院,陕西西安710054;西安市房屋产权产籍管理中心测绘所,陕西西安710002;西安秦华天然气有限公司,陕西西安710075
【正文语种】中 文
【中图分类】凝胶材料P208
三维城市模型数据生产是建设城市三维地理信息系统的核心。三维模型的精度(包括平面位置精度和高度精度)和建模效率直接影响着三维GIS系统的实用性和建设周期，同时也是城市规划、建设与管理部门进行空间分析并做出正确决策的保障［1］。目前，有关三维模型制作的研究主要集中在借助相关软件实现三维模型制作的工艺流程上［2～5］，很少涉及模型的精度和大面积建模的效率问题。城市测绘院作为城市基础测绘的具体实施单位以及城市规划管理部门的数据提供者，生产、管理着大量丰富、有价值的空间地理数据资料，在构建三维数字城市中具有极大的优势。
滑步机利用数码航摄仪进行数字航空摄影，获取满足1∶500～1∶1000比例尺成图要求的影像资料;以测区已有的控制点为依据、进行像片控制测量;空三加密获取内业测图所需要的方位元素和加密点坐标;数据采集按内业立体模型定位采集，应保证数据的完整性、正确性，不应断缺、遗漏、移位。其中采集依比例表示地物时，应以测标中心切准轮廓线或拐点连线，注意房屋应采集外角，有斜坡式屋檐的房屋也应采集屋檐外角，注意采集不同结构、层次，主房与配房之间的分割线，从而获得三维模型建立所需要的三维DLG数据。
目前，大多数三维建筑物制作都缺少高度数据，通常的做法是通过楼层数来估算建筑物高度(商铺一层4 m，住宅一层3 m)，其误差较大。以此建立的三维模型无法为城市规划部门的决策分析提供保障。因此，建筑物高度的精确获取是三维建模亟待解决的问题［6］。
当前，绝大多数城市大比例尺数字线划图都采用了数字航空摄影测量技术进行生产，生产的最终数字线划图(DLG)数据是二维的(根据生产需要，也可以形成三维DLG)，但在DLG生产过程中产生的哑图(根据航空像片立体像对采集产生，它是外业调绘和数据编辑的基础)是三维的，具有高程信息。同时，哑图上的建筑物要素是通过采集像片上建筑物顶部的轮廓线获取的，能够真实地反映建筑物的顶部结构。因此，以航测哑图为基础进行建筑物三维建模能够更加真实反映建筑物的外部特征及高度。
建筑物高度可利用三维DLG数据中的建筑物和高程点要素的高程信息及两者的相互关系进行求算。其算法描述如下:(1)从DLG数据中提取建筑物要素和高程点要素，形成三维建筑物高度求算文件;(2)在高度求算文件中扫描建筑物线串要素，获取某一建筑物要素线串三维节点坐标信息(X1，Y1，Z1)(X2，Y2，Z2)(X3，Y3，Z3) …(Xn，Yn，Zn)，求该线串的平均高程，Z=(Z1+Z2+Z3+…+Zn)/n。以Z表示相对应的建筑物结构线的高程;(3)以该线串为骨架，以F为初始阀值，在XY平面坐标系下建立初始缓冲区;(4)在初始缓冲区中搜索高程点;(5)如果缓冲区内没有高程点，则以w1为步长，以F(F=F1+w1)为阀值重新建立缓冲区，并重新执行(4)步骤，直至搜素到高程点;(6)如果有n(n＞1)个高程点，则分别计算在XY平面坐标系下每个高程点到该线串的平面距离，并将离线串元素最短的高程点作为起算点，该高程点的Z值作为起算高程Z0;如果只有1个高程点，则将该高程点作为起算点，该高程点的Z值作为起算高程Z0;(7)由线串元素节点的高程值H1和起算高程点的高程值H0，求得线串对应的建筑物顶部结构的高度H=ZZ0;(8)将高度值H标注在对应的建筑物线串的中心点上;(9)重复(2)～(8)步骤，直至文件内所有的建筑物要素线串求算完毕。建筑物高度求算算法如图1所示。
将1∶1 000(局部1∶500)大比例矢量底图(DWG格式)导入到3DS max中(导入时会弹出对话
框，一般选择默认设置)。导入完后底图在3DS max中是一个很小的透视线条组，需要将底图在视图中放大，用line工具重新绘制底图，再利用节点捕捉工具，便可快速建立二维模型。
在3DS max中采用多边形建模方法建立建筑物模型最简便快捷。在AutoCad底图中各建筑物的几何多边形已形成，所要做的只是将二维底图上的建筑物按照三维DLG高度数据进行拉伸，形成实体模型，即建筑物的立体生成。
建筑物顶面结构制作需要结合三维DLG矢量数据和高分辨率卫星影像数据来完成，在特殊情况下，还需参考实地近景数码照片。
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能突出表现对象的细节，比基本材质更精细、更真实。通过贴图可以增加模型的质感，完善模型的造型，使创建的三维场景更接近现实。 3．3．1 贴图纹理制作 从众多实地近景数码照片中筛选出角度合适、照片清晰、彩真实的照片，利用Photoshop软件进行处理获得所需贴图单元。纹理处理流程大致可以概括如下。
(1)纹理照片的裁切、旋转、透视与扭曲处理。由于受拍摄条件的限制，拍摄的纹理照片是变形的，裁切处理是选择贴图单元范围，旋转处理是把倾斜的照片旋转正，透视处理是把变形的影像纠正，扭曲处理是把局部变形的影像纠正。以上过程是循环往复的，一般需要经过几个这样的过程才能将纹理纠正。
(2)纹理照片的清理和修补。将照片中混杂的其他物体(人、车、植物、电线杆等)全部清理干净，同时对因为遮挡而无法拍摄到的纹理部分进行纹理修补。
(3)纹理彩调整。由于受拍摄条件的限制，拍摄照片的彩与真实物体有所不同，需要进行彩调整，包括明度、对比度、彩平衡以及阶等调整。
(4)纹理像素调整。纹理像素大小直接影响着计算机读取效率以及系统运行效率。为保证模型数据量不宜过大，并兼顾纹理图片效果的前提下，最终的贴图纹理长宽像素尺寸应为2的n次幂，最大不宜超过1 024×1 024。
(5)贴图纹理存储。制作好的标准纹理以JPG格式进行存储，存储质量级别以8为宜。对用于精细模型的图片可设置为9。如果建筑物有镂空造型(例如，建筑物顶部镂空字招牌、栏杆等)，需要将纹理处理后存储为．tga格式。
3．3．2 贴图 Bitmap是较为常用的一种贴图类型，一般用于diffuse和opacity 2个通道中。其中opacity通道用于设置镂空效果，需要提供一张格式为．tga的黑白图片。
有一个t形工件
选择模型中贴图相同的面，在diffuse通道中调用经过处理的图片进行贴图。刚贴上的图片在这些面上是很不规则的，所以需要给这些面添加UVW贴图坐标修改器，在这个修改器中修改贴图的重复值、贴图的投影方式(本文采用box)。然后再将模型转换成可编辑多边形(convert to editable poly)。模型的其他面用同样的方法进行贴图。需要指出的是，同一建筑物同一楼层相临2个面的贴图要保持无缝拼接(窗缝、门缝、砖缝等要对齐)。
3．4．1 场景灯光设置 三维模型经过材质处理和贴图，基本上就建好了。为了使模型更加贴近实际效果，还需要在场景中增加灯光效果，模拟太阳光照射。恰当的灯光照射可以改变材质的效果，增加场景的重演效果，这种效果不仅仅是在场景的某一位置添加照明，而且可以增加场景的感官效果，使场景更加真实。
3．4．2 烘焙渲染 模型烘焙是通过Rending菜单下的Rend To Texture命令来实现的。为了提高渲染效果，需要注意以下2个方面:(1)精细模型制作时，最好将模型分成几个部分做。因为烘焙所生成图片的数量是根据场景中所包含物体的数量决定的，图片大小最好控制在1
024×1 024(jpg格式)，部分越多图片数量越多，图片大小可以越小;(2)模型烘焙后，切不可再移动物体的位置或是改变物体形状。因为这样会使物体的UVW贴图坐标丢失或改变模型整体效果。
基于3DSMAX的三维模型创建流程见图2。
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