三维城市建模

城市是现代文明的中心,迅速加快城市化进程已经使城市的可持续发展显得至关重要,城市空间的管理已经不满足现在分散、单一的模式,需要对城市空间范围内的地上和地下信息进行综合管理,通过建设城市区域三维地理信息系统,对城市的空间信息进行综合管理和服务,才能够满足当前城市快速发展所面临的应用需要。城市区域三维GIS是一个涵盖地表、地上、地下等多维空间信息的三维地理信息系统,在城市区域三维GIS的支持下,我们可以在一个统一的时空框架下对城市地表以上、地球表面及地下进行整体的真3D可视化表达、管理、更新、查询、分析与操纵。由此可见,城市区域三维GIS的实质是真三维GIS技术在城市工作中的应用,是综合使用三维GIS技术、遥感技术、空间数据库技术、三维可视化技术及计算机网络技术,实现对城市地物、地表、地质及其相关数据的有效存储、管理可视化再现与网络化服务。
三维城市模型,建立真实与虚拟世界间的桥梁,在历史演变中,传统制图技术运用于地图测绘以展现土地利用的状态,二维平面资料难充分发挥地图的功能,但对于三度空间世界的描述仍然不足,随着科技的发展,测绘技术演变至三维,通过新的测量技术可获取真实世界中
各物体精确的几何资讯,包含位置、形状与大小等,进而建立三维虚拟城市模型,再者,数字化的三维虚拟世界,充满无限的可能,例如不受物理的限制随意于空间中各个位置与角度观察周边的环境,这些视觉上的经验难以在现实生活中得到,因此,虚拟的三维数字城市是忠实呈现真实世界重要的途径之一。在专业应用上,由于三维数字城市为真实世界的缩影,故可用于决策支援,比如区域规划、都市更新、灾害防治等等。
数字形式表示地理空间成为热点,数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略,成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。在构建数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分,是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。城市三维景观的建立,将以全新的方式表达和处理地理空间信息,在城市规划、房地产开发、交通管理、旅游等领域起着重要的作用。
随着信息化时代的迅速发展,人们对城市中各种三维信息的表达与处理日益迫切,不仅需要表达单个建筑物或建筑物体,还需要建立整个城市景观模型,并希望利用这些模型进行有关城市的规划设计、应急指挥等工作。然而,由于快速构建大规模三维模型较困难,城市三维建模受到数据资源不足的困扰。一方面,规则、简单的建筑物难以真实表达现实的三维世界鲁棒性;另一
方面,精细建模不但费时费力,数据量也给系统后期的可视化和空间分析带来很多难题。在数字区域研制中,城市虚拟建模往往面临着噻吩磺隆数据量大,任务繁重,硬件要求高,开发周期长的难题,从而大大限制了该领域的发展。为此,笔者通过对比研究和实验,综合已有的方法,针对城市景观模型的特点,探索出一个相对经济快捷的解决方案,并以skyline系列软件为平台,以河南许昌市为试验区,完成城市三维景观的构建,为城市三维景观的建设提供了一个思路,相信对于推动我国城市三维建模将会有所帮助。
    三维建模研究现状是目前人们对城市三维景观建模作了很多研究,三维建模从技术本质上将,大致有如下三种实现技术:一是直接使用三维模型制作软件,Sketch Up3DMAX等软件进行建模; 二是直接利用传统GIS的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模,各建筑物表面还可以加上相应的纹理; 三是利用数字摄影测量技术进行三维建模。第一种方法能逼真地表示城市的精细结构和材质特征,但所建模型不能表示真实的地理位置,且制作需耗大量的人力和物力。第二种方法利局限于较规则建筑物的三维建模,对城市的精细节点表达力度不够,视觉效果不是很好。第三种方法目前来说成本还相对较高。
在进行城市三维建模的实际操作中,面对名目繁多的地物类型和大量的地表建筑,单纯使用
以上的某一种技术方法很难做到快速而有效,所以往往是将不同的技术方法综合使用,即多源数据多种方法综合的三维建模。例如,早期人们将航空影像与DEM 叠加,用以构建城市的地形或建筑景观模型。尽管这种方法方便、快捷,孑孓但所构建的建筑缺少侧面纹理及几何信息。在此基础上,有学者提出基于2DGIS DEM 结合构建三维城市模型的方法,大战略2001但该方法仅能在城市自然景观上建立较为规则的建筑物模型,难以构建城市中诸如河流、道路、绿化、市政设施等较为复杂的实体。目前许多学者借助成熟的三维建模成果,基于对象的平面底图数据、航空影像或地面摄影影像对其进行三维重建,这种建模方法虽然可以建立精细、逼真的三维模型,但整个建模流程需要手工操作,自动化程度低。而且这种方法建立的模型数据量非常大,不利于3DU GIS 的可视化和空间分析,而基于几何要素的三维建模方法(CSG方法)和基于程序的建模方法由于受几何要素的规则性限制,难以描述较为复杂和真实的三维建筑,多用于对现实真实性要求不强的三维游戏、军事仿真等领域。
从整体上讲,上述三维模型的构建方法因可视化效果差或自动化程度低,已成为制约地理信息发展和数字城市建设的瓶颈。
地形建模的方法主要是采用在某地区的DEM数据的基础上叠加遥感影像来完成三维地形的显示。
DWG地形图进行处理,删除不必要的图层,仅保留建筑物、标注、绿地、道路树木以及等高线所在的图层,提取其中的等高线图层,然后对等高线数据进行内插处理,生成地形DEM。这一过程可以在在仙台AutoCADGIS中完成。
对快鸟影像进行纠正和投影变换,并使用Photoshop进行调处理,使其符合美观自然的原则,作为地形纹理或者说是三维城市的底图
将坐标系统一的地形DEM和遥感影像加载到Skyline 系列的TerraBuilder软件中,生成*.mp格式的文件,该改格式的文件即为反应地形起伏和表达真实地面纹理的地形数据集。
随着网络的普及,民众对空间资讯的获取与运用更加便利,因此,三维数字城市的建立,为未来重要的方向。花园街5号

本文发布于:2024-09-24 13:14:02,感谢您对本站的认可!

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