基于二维图形数据的三维模型重建

三维空间数据的快速获取与重建是制约3D GIS发展的瓶颈问题之一，利用已有二维图形数据重建三维模型是一条经济、快捷的途径。本文以DXF的二维图形为原始数据，将它们分为顶图、底图和结构图，利用ArcInfo工具进行数据预处理，利用SketchUp进行“拔高”重建三维模型数据。实验结果表明方法可行。

【关键词】3DGIS DXF数据 三维重建 SketchUp

1 引言

三维空间数据的快速获取与重建是制约3D GIS发展的瓶颈问题之一。特别是随3D GIS 不断成熟及应用的深入，许多领域（如数字城市、房产管理）因昂贵的三维数据获取方式而发展滞慢，如何快速、经济的重建是实现3D GIS在各领域深入应用的关键。城市中的建筑物多为规则体，并有对应的二维图形数据（楼层平面图）和高度信息，可采用基于二维图形法的三维重建技术来获取建筑物房产单元的三维模型，即以二维图形为底面，按照给定高度，自下向上“拔高”生成体模型。基于二维图形法的三维重建技术具有成本低、自动化程度高等优点。本文将研究基于二维图形法的房产单元重建，为三维房产空间数据获取、模型构建提供快速、经济的手段。

2 二维数据预处理

以DXF格式建筑物的竣工测量图和各楼层平面结构图为基础，生成三维数据。其中竣工测量图中的建筑物基底图（建筑物首层）的各拐角点坐标及其标高提供了三维数据生成所需的坐标和高程值。楼层平面结构图则提供了各楼层的结构，依照这些楼层平面结构图可以生成每一层体的三维数据。因楼层平面结构图是示意图，没有坐标，需要对它们进行预处理。步骤如下：

2.1 同名控制点的选取

为了使校正后的各层平面图与基底图一致，每一栋楼至少要选取四个同名控制点，这四个点从基底图出发，垂直向上延伸，与每一个楼层平面结构图相交，相交后产生的每一组交点即是该楼层平面结构图相对于基底图的同名控制点。

2.2 格式转换

利用ArcInfo的命令将dxf格式的楼层平面结构图转换为Coverage格式，并剔除因格式转换而导致的数据问题，如数据丢失、增多等，生成规范化的楼层平面结构图。

2.3 创建控制点文件（Coverage格式）

将四个同名控制点的坐标添加到控制点文件中。

2.4 仿射变换

利用同名控制点文件进行仿射变换。

3 体的重建

经仿射变换，各楼层的平面图得到了校正，校正后的每一个楼层平面结构图与基底图都具有相同的坐标系统及相关参数。以各楼层二维平面图数据来生成三维体数据过程实际上是对二维图形“拔高”的过程。“拔高”采用了文献所提出的三维拓扑重建算法。“拔高”涉及三类信息：第一类是所“拔高”层的底面信息；第二类是生成墙体所依赖的框架，也是墙体生成的依据；第三类是所“拔高”层的顶面信息。为了获得这三类信息，需要三张结构平面图来综合的生成所“拔高”层的三维信息：

3.1 顶图

由该层的平面结构图和上层的平面结构图叠加生成，如果该层为最顶层，顶图等同于该层的平面结构图，顶图用于生成该层的顶面面片信息。

3.2 结构图

即该层的平面结构图，结构图用于在拔高过程中生成侧面墙体。

3.3 底图

由该层的平面结构图和下层的平面结构图叠加生成。如果该层为第一层，底图等同于该层的平面结构图，底图用于生成该层的底面的面片信息。通过上述的步骤，利用“拔高”算法程序，生成一层体数据。对一栋建筑物中的每一层均采用上述方法，可以得到整个建筑物的三维数据。最后删除重复的公共面，这样就构建了整栋楼的三维拓扑数据。

4 实验与结论

以某小区住宅中的部分建筑物为实验数据，进行了实验测试。利用小区的建筑物竣工测量图与《房屋建筑层高表》分别获取了三维宗地的平面结构信息和高度信息。利用SketchUp “拔高”功能生成三维模型数据。图1是多楼层三维体的“拔高”实验结果，左图为某建筑物，其中透明的那层为选中效果，右图为小区多个建筑物实验结果。实验结果表明，所使用的方法可行。

参考文献

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作者单位

临沂大学 资源环境学院 山东省临沂市 276000