李军李永树
（西南交通大学地理信息工程中心，四川成都 610031）
[摘要] 本文通过对几种常用三维建模方法的分析和对比，提出了一种三维管线的快速建模方法。对三维建模易产生数据冗余的各个环节进行了讨论，并提出了相应的优化策略。实验表明，这些优化策略有效地减少了数据冗余量，提高了模型的响应速度。 [关键词] 3DGIS；三维建模；优化处理；数据冗余
[中图分类号]P208 [文献标识码] A [文章编号] 1674-5019（2010）04-0147-03
Method of Quickly Building Three-dimensional Model
for Natural Gas Pipeline
LI Jun LI Yong-shu
无线存储
(GIS Engineering Center of Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China)
Abstract: Through analysised and balanced the three-dimensional modeling of several commonly used methods, bring
forward a method of three-dimensional pipeline fast building model. This paper detailedly discusses the optimization of
three-dimensional building model data processing, and bring forward the corresponding optimization strategy. Results
show that, the optimization strategy effectively reduces the data redundancy, and improvest the response speed of the model.
水控系统Key words: 3DGIS; Three-dimensional modeling; Optimization; Data r edundancy
1 引言
近年来由于可视化展示的需求，3DGIS（即三维地理信息系统）已经成为GIS 的一个重要研究应用领域。三维图形相对于传统的二维图形，具有内容更丰富、图像更直观、场景更逼真等优点，但同时三维图形也存在海量数据的缺点。目前，现实世界的可视化表达缺乏能直接服务于辅助决策的空间分析，三维GIS 的理论和应用研究总体还处于研究阶段[1,2]。如何对所建立的三维模型进行优化处理已
成为三维建模领域的重点研究问题[3]。
本文结合天然气输气管线及3DGIS 的特点，研究了天然气输气管线三维建模的方法及优化处理等问题，实现了天然气输气管线系统多种交互查询和空间分析等功能。
2 常规三维建模方法简介
（1）3DMAX 软件建模
3DMAX 拥有较丰富的建模工具，具有建模简单、表达较精细的特点，可以较好地与其它软件转换，但是，建模数据量较大且数据结构较复杂。
（2）OpenGL 软件建模
OpenGL 是通过编程方式来建立模型，支持2D 和3D 图形应用程序接口，OpenGL 具有可扩展、可缩放、灵活、稳定性高，以及功能较强的显示函数的特点。
（3）SolidWorks 软件建模
砂轮修整器SolidWorks 可以方便地管理CAD 文件，并且支持局域网多用户环境，可供多用户实时协同使用，可以对二维和三维数据进行评估。
（4）ARCGIS 软件建模
ARCGIS 其模型的精细程度不如3DMAX 软件建模和CAD 软件建模，但它支持数据叠加、编辑、查询、空间分析及数据转换等。
（5）Alibre Design Xpress 软件建模
Alibre Design Xpress 可以建立机械零件、装配和二维图纸的三维实体展示模型，并且内容丰富、模型简洁。
其他的三维建模软件还有VRML、Multigen、Maya、3DimageMultigen、Creator/Vega、Vrmap、Imagis、Skyline TerraSuite 等。由于三维建模的软件比较多，且都有各自的特点，只有把多种软件的优点结合起来才能够建立精细模型[4]。通过对各
图1 三维天然气管线技术流程图2 天然气三维管线图形
种建模方法的分析比较，同时结合天然气管线的特点，最终确定了三维天然气管线的实现技术路线，如图1 所示。
3 三维输气管线建模
（1）建立配气站的三维数字高程模型首先采
集基础数据，包括地形线数据或高程点
数据。根据项目要求，此次建模的配气站范围不大，但对DEM 的精度要求较高，所以采用实测的方法获取部分高程数据，然后内插生成建模所需DEM。
（2）对配气站中地物的建模每个配气站中主
五羟基己醛要的独立地物有建筑物、树木、
草坪、道路、花坛和天然气输气管线等。首先，把已经施测的CAD 图导入3DMAX 软件中，根据CAD 图的实际比例和尺寸对各种地物进行建模。道路和房子主体部分可以用纹理贴图，即把配气站相片中的道路等表面剪切下来，通过Photoshop 处理后制成标准纹理，再把标准纹理贴到已经建好的模型上。天然气输气管线的三维模型要求比较精细，包括十几种阀门和管道，所以，每种阀门和管道都必须单独精细地在3DMAX 软件中建模，而且管线表面要用纹理贴图。对于特别复杂的阀门和管道，可以先用三维激光扫描仪对其表面进行扫描，然后利用3Dipsos 软件建模，获得精细的模型。
（3）配气站中各种地物模型的集成由于先建
立的模型是单个模型，要使这些单个
模型和实际位置相吻合，可以利用 TerraExplorer Pro 软件自动定位到地球表面适当位置，并利用TerraExplorer Pro 软件对TerraBuilder 创建的三维模型进行编辑和注记[5,6]。配气站部分管线的三维模型如图2 所示。
4 模型优化处理
由于配气站中的地物数量众多，整个三维模型的数据量非常大，所以必须选用合适的方法对建模月
数据进行优化处理以便减少数据冗余，否则系统的运行速度特别慢，严重时导致系统无法运行[7,8]。因此，通过以下方法对模型进行优化处理。
（1）把整幅图分为相互独立的部分，先在3DMAX 中把每部分的模型建立起来，然后再分别导入ARCMAP 中，这样可以减少单次的数据传输量。
（2）查看图像时把整幅图分为十几个单独的部分，每个配气站单独一幅图，查看哪幅调用哪幅。
（3）对要求不精细的建模，如花草树木等，尽量减少不必要的点、线、面数据。
（4）建模时在满足精度的前提下，输入物体的长、宽、高时小数点的位数要尽量少。
（5）物体建模时的分段数值事先设置好，例如，直管最好不要分段，弯管需要表现其弯度则应分段，在满足显示效果前提下尽量减少分段。
5 三维输气管线系统的实现
根据本文所述的方法，以ArcGIS9.2 作为二次开发平台，C# 作为主要开发语言，实现了三维天然气管线的查询和分析功能。老人发明智能车
该系统的主要查询功能有：阀门查询、管线查询、点击查询及属性查询；用户根据界面上显示的多个配气站的三维实景图形，点击或输入需要查询的任意管线、阀门等物体，被点击或查询的物体将以高亮度显示，同时，还可以看到该图形的ID 号、直径、铺设方式等相关属性；三维管线的空间分析，可以查看任意一条管线的流量和流向，并且可以进行爆管分析等；三维漫游和导航，通过提供一个选定的点，就可以从该点自由控制飞行漫游，飞行过程中查询配气站及管线的相关信息，可以指定飞行航线、调整飞行速度，并对显示的图形进行旋转、平移，从不同的角度进行观看。系统界面如图3 所示，
功能模块如图4 所示。
图3 天然气三维管线系统界面图4 三维管线系统功能模块
6 结束语
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本文综合利用ARCGIS 等软件的3D 模块能够对三维模型进行数据优化处理和可视化操作，最终达到快速、精细建模的目的。对三维GIS 适用性进行了研究，通过对天然气输气管线建模及优化处理，达到了快速展示的目的，并且实现了快速查询和分析功能，可以提供直观、形象的三维效果。
参考文献
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Model Design For Feature-Based Geographical Information Systems. IJGIS, Vol.10, No.5, 1996.
[收稿日期] 2010-04-18
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