数字城市建设中三维模型数据的制作规范与建模方法

数字城市建设中三维模型数据的制作规范与建模方法

王天靖

菏泽市测绘院 山东菏泽 274000

摘要：三维模型能够直观呈现出数字城市的建设情况和城市面貌，需予以高度重视，提高三维建模的质量。基于此，本文先分析了在建设数字城市三维模型上的数据制作规范，然后详细分析了三维模型建模方法。力求三维模型的准确、高质量建设，以作为数字城市社会、经济等全面发展的支持。

关键词：数字城市；三维模型；数据制作规范；建模方法

引言：数字城市是指多媒体技术、计算机技术等先进技术组委基础，融合使用GIS技术、ARA技术、网络技术等，进行多尺度、多分辨率以及多时空的三维建模，将城市建设情况、未来发展方向充分展现。三维模型具有客观、可视化的优势，能够更全面展现城市发展情况和建设情况，更能指导城市建设的发展，不仅重视地上结构的规划，更能保证地下结构的安全性。

一、数字城市建设中三维模型数据的制作规范

在建设数字城市过程中，三维模型数据主要包括影像和图形的处理上，目前处理工具逐渐成熟，并形成了较为完整的制作规范：（1）模型坐标系：使用统一的地理坐标系进行三维模型的制作，按照1:500或者1:2000国家地形图，确保模型可以和国家测量系统、GIS系统兼容，能够将三位模型导入数据库，坐标均采用统一坐标系。（2）基本单位：城市使用的大比例尺地形图以m作为单位，因此三维模型制作也应以m为单位，按照实际尺寸制作，精度满足LOD级别。（3）模型制作：三维模型主要用于显示城市外观，考虑到数据量问题室外部分建模，保证地面建筑特征和实际一致，尽量减少面片数量。（4）定位参考点：定位参考点即坐标系原点，用于对模型空间位置准确定位，引入三维场景的相似地物十分关键。（5）模型高度：根据不同细节模型需要，使用体块模型、基础模型建立，根据GIS数据确定地面结构的高度，使用激光测高仪等方式确定不同分段的高度，提高模型精细程度^[1]。（6）样条曲线/曲面：三维模型尽量避免使用样条曲线/曲面，或转化为折线，再曲线化/曲面化。（7）处理相片：实地相片先经过透视矫正，调整色调，对于达到标准级模型将遮挡物拍清楚，保证视觉效果，根据地面结构的编号进行规范编号。（8）纹理映射：使用透明贴图方法或者散射贴图的方法进行纹理映射，三维建模软件只能支持纹理映射，交换格式通常只能支持有限几种，纹理映射使用最常用的方式。（9）使用转换3DS文件和建模工具默认文件进行提交，纹理使用文件夹形式提交，保证文件和文件夹同名即可。

二、数字城市建设中三维模型数据的建模方法

（一）地形建模

以武汉市为例，使用新华夏构造体系为基本进行建模，可以使用DEM或DOM自动生成，再进行数据处理，达到精度要求。武汉市为南北丘陵、北部低山，中间低平，江河纵横。市区内高低起伏，充分体现出整体面貌。DEM系统采取5m分辨率。使用统一坐标系剪裁，高程保留到0.01.由于DEM数据结构约束，很难对江堤、徒坎等地形进行精准表现。提取重要特征线、点，和高程点、等高线生成2.5m分辨率DEM。先统一坐标，设定贴图分辨率以及切块大小，形成精细度高的地形模型，生成LOD模型，并建立索引。

（二）树木建模

在城市三维建模中，树木是十分重要的构成，将不同种类树木制作为符号并使用ArcGIS符号管理器管理，将树木按照要素类中点文件形式存储，使用Symbol Selector对应添加至场景中^[2]。在制作大范围树木模型上，将绿地面状元素进行栅格数据的转换，栅格上可以提取不规则或者规则的栅格点，进行密度上的调整，栅格点位置作为树木真实位置，利用符号库渲染，形成树木的效果。为了充分体现出树木大小以及多样性，在符号库建造树木模型，匹配方位大小。一般情况下树木大小稳定在6-8，可以保证道路树木美观性，不会过于单调。

（三）建筑物建模

在建模前需要充分收集治疗，资料质量以及详细程度决定着建模质量，要详细了解建筑纹理、坐标位置以及结构特征等具体信息。先根据CAD数据、外业际照片导入CAD文件，导入格式选择Autocad图形。先设定长度单位，使用捕捉点进行建筑轮廓的描绘，设置挤出等指令，使用尽可能简单的结构和少的面片进行建筑模型制作。再进行渲染。在模型中纹理的占比达，对人们造成较大视觉感官，会影响模型和谐度以及整体色调。在3Dmax软件中使用UVW和材质编辑器贴图并渲染。最后验证CAD文件和模型是否匹配，不允许发生偏移现象。通过塌陷全部指令简化模型，让数据量得到减少。优化模型结构，将点线面等多余结构删除。将模型底部面片删除，将模型主体隐藏，勾选忽略背面，避免误删。优化模型后进行检查，确认是否有漏贴、少面等问题。最后检查整体色调，确保整体色调和谐，亮度一致。

（四）交通设施建模

在地形图中，建模交通设施应根据实际交通设施的方位、形状进行制作，主要包括路牌、信号灯、隔离护栏、垃圾桶、交通指示标志牌等设施，按照参考部件位置和照片进行调整，保证路标、路牌等设施文字清晰，方向准确。一般情况下，模型应保证对称，轴心点位于底部中间，对于不对称模型，轴心点设定于立柱底部中心。将交通设施和高程匹配到三维高度模型上，再导出模型，一同导出有高程信息的空间位置。

（五）道路建模

道路建模是进行拆分归类，通过对参数值调整进行道路设计。道路建模可以拆分为路口、人行道、街道、交界以及交界入口五个部分。顺沿道路中心线方向细分街道，顺沿横断面细分，单独调节参数位置，通过纹理图、形状符号生成模型，进行三维建模^[3]。人行道拉伸高度，套用纹理，并设置行道树、路灯等设施。街道建模要确认中心线方向以及横断面，并对隔离带、人行横道等建模。横断面建模主要包括人行道、非机动车道、机动车道以及交通设施构成。根据行政道路分级，可以分为单幅路、双幅路、三幅路以及四幅路，严格按照城市规划进行建模。

（六）地下管线

地下管线建模参照城市实体管线情况进行，充分结合地下管线具有连续性的特征，以规划编制单元为基本单位。根据城市地形图、地下管线点以及管线图进行建模。地下管线系统可以分为管点以及管线，管线建模主要为柱状结构，规则布置，管点位于管线连接位置，管线模型可以自动生成，输入竣工测量数据以及勘察数据，包括管径、埋深以及位置等信息，使用3Dmax软件生成模型，根据管线类型调用纹理并形成自动映射。管点模型可以在模型库中调取，根据埋深、位置信息确认管点位置。完成三维模型制作后，对细节位置处理，如接缝处理、圆滑处理等。

结论：综上所述，建设数字城市展开三维模型的建设，需要根据建模制作规范进行建模。建模之前从多个渠道收集资料，充分保证资料的完整性和准确性，在数据资料基础上进行建模，包含地形结构、地面结构以及地下管线等，让地面结构和地下结构贴合，达到理想的三维建模效果。未来要积极展开自动化建模，充分利用外业照片建模，提高建模质量以及准确度，应用于城市建设和规划中，发挥出更大的价值，推动数字城市的发展。

参考文献：

[1]王威,汪晓龙,冯健.城市级地质空间大数据分析系统的研究与实现[J].中国建设信息化,2021,{4}(13):72-74.

[2]薛兰格,郭振华.省级空间地理基础信息系统建设与实施——以贵州为例[J].城市勘测,2021,{4}(03):18-22.

[3]李德元,王宝山,赵栋梁,等.实景三维立体地形数据体系建设关键技术研究[J].测绘与空间地理信息,2021,44(S1):256-258.