城市地下人防三维建模及可视化应用

点春堂秦鹏飞;刘成;李金鑫

【摘要】随着科技的发展原有的地下人防二维地形图已经无法满足人们的需要,人们更多的目光放在了实现地下人防三维智能化管理上.本文在此基础上,运用3DMAXS和Photoshop将采集的二维CAD图形与遥感影像相结合转化为三维模型,最后通过C#运用ArcGIS Engine为接口实现模型的三维场景重现,以及三维智能化管理.

【期刊名称】丙丁酚《北京测绘》

【年(卷),期】2017(000)001

【总页数】4页(P119-122)

【关键词】地下人防;三维建模;3D MAX;ArcGIS Engine;三维可视化

【作者】秦鹏飞;刘成;李金鑫

【作者单位】山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590

通风管路>天空下的城市【正文语种】中文

【中图分类】P258

城市地下人防由于受到计算机软件水平和GIS分析应用水平的限制，为了清晰明了的展示地下建筑物、地下管线、输电系统等及其附属品的位置关系，这些物体都被辅助以标记的二维图形的形式呈现。这种设计符合当时的技术条件，满足了规划、设计、建设的需要，促进了经济的发展，并一直沿用了十几年时间。但是这种设计有一定的缺陷：仅能表达平面位置关系，不能直观展现地下管线空间位置关系，不能真实展示管线的尺寸及对比关系，井室内各配件附属物之间连接关系无法表达[1]。随着科学技术的发展，对二维平面地下人防的研究和地图生产已经较为成熟，已经开始向三维立体表达方向发展。相比于二维平面表现形式，三维立体表现形式对客观世界的表达更能能给人以身临其境的感受，能表达空间对象间的平面关系，也能表达它们之间的竖直方向的关系，非常适用于管理地下人防工程独特的复杂空间对象及空间分析[2-4]。

国内三维GIS 的理论研究用了十几年的时间，已经发展到了应用技术研究，并取得了一定的成果。国内学者们在三维空间数据获取、三维建模以及分析处理方面提出了许多技术手段和方法，并已经在生产实践中应用。与此同时，三维平台软件开发也在稳步前进，国内科研院所和企业投入了大量人力和资金，对一些跨领域、跨学科的关键难题进行了技术攻关，研发出一系列简单实用、功能齐全的三维地理信息系统软件平台。但是，由于各方面综合因素。三维GIS方面的研究在国内起步较晚，远远落后于国际领先水平。研究方向主要集中在三维可视化方面。国内推出的一些三维软件平台也仅仅提供了简单的 GIS 数据分析功能和三维场景浏览，在空间管理分析功能和海量数据支撑上都比不上国际先进的三维平台软件。

当前，对于人防工程的管理工作还是以人工管理为主，缺乏信息化技术手段支持。信息传达客观完整性和管理及时性是日常管理中最需要解决的：即安全隐患发现的及时性和违法行为取证问题；隐患险情信息传达的客观完整性，以及人防工程设备设施运行的完好性问题等。由于人防工程属于地下建筑物，配套设施设备较多，安装了供电、通风、给排水、消防、通信等系统以及各种人防工程专用设施设备，各种管网系统纵横交错，工事状况不一、结构复杂，日常维护管理要求高、难度大、花费人力多，单纯的在二维平面上很难直

观的展现出来，因此在三维可视化的环境中能更加真实、直观的对人防工程进行管理和使用[5-8]。

研究所用的纹理贴图是用高配置工业相机，在光照条件良好的基础上拍摄，经过Photoshop处理纠正，使其与原始坐标与CAD数据一致，因此需要对照片进行配准，在对海量的影像数据进行整理时，为了符合统一的规范和标准，对数据进行有效组织管理，便于空间数据的查询分发等其他应用，使用ArcCatalong功能建立影像数据库。

为了方便后期导入到编辑好的系统中，进行信息查询等功能，需要对地下人防内的设置进行分层单个建模，大致可以将其分为五部分：建筑物，管线，道路，其他附属品。每幅CAD地形图都含有上述物体，有些附属品我们根据实地调绘测量出他的位置和高程信息。在CAD中逐个提取物体的轮廓图，进行编号，并保存成dwg格式文件以其编号为文件名，在逐个提取时，为了保证建筑物坐标不发生变化，采用粘贴到原坐标的方式。还要从CAD图形中提取地下人防工程的属性信息。具体流程如图1所示。

可视化的效果受纹理质量好坏的直接影响，所以应该选择光照强度合适的情况下进行，如果拍摄出来的照片模糊不清，必须进行重拍，对于标志性文字，应该确保文字清晰且无物

体遮挡。数据采集时，在地形图上标记对应的照片编号。数据采集结束后根据记录的图纸整理当天拍摄的照片，并同其对应的轮廓图一并放入以该物体编号命名的文件夹中，为下一步建模以及纹理处理做好准备。

研究主要使用Photoshop和3DMAX处理纹理和三维建模。纹理的处理一定要做好如下几点：

(1)格式：JPG，PNG(透明纹理格式);

(2)大小：纹理长，宽均为2n像素值。纹理大小在32x32到512x512;

(3)调：外业采集应彩美观，调均衡，纹理清晰，明亮柔和。

三维建模分为道路面、建筑模型、管线模型、其他电子附属品模型。这些模型的制作都应该严格按照中华人民共和国测绘行业标准——基础地理信息三维模型生产规范进行操作。

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(1)道路表面模型建立

在ArcGIS的三维平台ArcScene下，采用基于TIN(不规则三角网)的面拉伸扩充的方法来构

建三维地层模型。这种方法的主要步骤如下。根据各层点建立每个层的TIN表面模型，然后再用上下两个面的拉伸扩充来达到两层TIN之间的实体填充，首先根据隧道的勘察报告建立钻孔数据表，表中存储点号、X、Y、Z坐标以及地层分层信息，将其导入到ArcMap，生成钻孔点平面图，保存每个土层的shapefile文件，调用三维模块3DAnalyst，给每个图层生成 TIN表面模型[9-10]。打开ArcScene, 加载之前保存的每个图层的 shapefile文件，点击图层属性框，选择 baseheight选项卡,从表面获取高度，可获得在三维空间上叠加的多层 TIN表面模型，保存sxd工程文件。面拉伸的过程是通过C#编程实现，用到的ArcGIS Engine接口有ILayerExtensions和I3DProperties，核心代码如下：

pBaselayer=FrmMain.SceneControl1.Scene.

Layer(index1);

pCurrentlayer=SceneControl1.Scene.Layer(in-

金元外交dex2);

ILayerExtensionsplyrExt;

I3DPropertiespd;

pd =plyrExt.Extension(plyrExt.Extension-Count);

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