基于数字摄影测量的城市三维景观建模

[摘 要]随着数字城市的建设、城市信息化进程的加快，当前在城市的管理、规划设计、审批过程中需要借助三维建模与视觉仿真等高新技术手段，将已有三维景观和新规划方案直观地展现出来，帮助规划设计与规划管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审，并为有关领导做出最终决策提供帮助。从城市规划、建设和管理的角度来看，当今的城市信息管理及城市规划与数字城市、虚拟城市的建设是紧密相关的。本论文利用遥感影像的现势性、动态性的特点，采用全数字摄影测量系统。利用航空立体像对，采集了城市景观三维可视化所需的基础空间信息数据。并利用三维地理信息系统技术实现了城市景观不同规划方案的模拟。

[关键词]数字摄影测量；城市三维景观；三维建模

中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0386-01

一、数字摄影测量原理

一是直接利用传统 GIS 中的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模，各建筑物表面还可加上相应的纹理，但采用此种方法只局限于平顶建筑物重建，二是直接使用 3D 软件，比如 AUTOCAD，3DMAX，用它们可以直接做出比较逼真的三维建模，特别是对于那些不规则的建筑物（如拱顶、圆顶、桥、门、路灯、凉亭、塔型建筑物等）和自然物（如树木等），效果会比较好，但对于大范围区域如果每个模型都这样建不仅费时，而且也不实际，还有一种方法就是利用数字摄影测量技术进行三维建模，采用这种方法建模速度快，自动化程度高，三维建模的规模越大，越能显示出其优越性；

二、数字摄影测量在城市三维景观建模中的作用

2.1 生成城市基础信息

数字线划图（DLG）是城市基本图件的最主要形式，是进行规划、设计、管理等的基础。数字高程模型（DEM）是建立数字城市的基础信息之一，是赖以构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。数字正射影像图（DOM），根据数字高程模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直投影的影像地图。由于它包含地表的各种原始信息，而且通过纠正处理，比例尺和相关位置是准确的，可用于城市规划、环境保护、资源调查、灾害防治以及军事等多种领域。

2.2 建立城市真实三维景观模型

城市真实三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自由成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理而构成。

三、城市三维景观建模的实现

1.1 数据的输入

将 VIRTUO ZO GIS 矢量测图模块所测的实验区域的矢量图转化成 dxf 格式，并将其输入到 IMAGIS 软件中，

1.2 建筑物模型的创建

在 IMAGIS 软件中，建筑物模型的创建有人工创建建筑物、自动创建建筑物、用房顶线和 DEM 创建建筑物、三维建模、旋转建模和隧道建模几种方式。其中，平顶的规则建筑物可以采用自动创建建筑物、人工创建建筑物或

用房顶线和 DEM 创建建筑物等方法进行创建。不规则的模型可以先将线条绘出、调整好高度，用三维建模的方式创建。在建模时需要选择合适的插值方法和插值个数，插值方法有两种：线性插值可在各线条之间产生直面，插值个数为 1 个；样条插值可在各线条之间产生曲面，最少要有三根线条，插值个数至少 2 个，一般用 3～5 个。

1.3 DEM数据的叠加

城市三维景观模型中，为了表达建筑物与地貌的关系，需要在三维建模基础上叠加对应区域的 DEM 数据，实现地物与地貌的统一。

1.4 建筑物和地表纹理的粘贴

已经创建好的建筑物三维模型，看上去并不真实。主要是由于建筑物的侧面纹理不能从原始影像中完全提取到的缘故，因此为使建筑物看起来真实、美观，与城市现有建筑物三维景观一致，还需要对建筑物进行纹理编辑。纹理用数码相机拍摄获得，并利用 Photo Shop 图像处理软件将图像进行纠正、缩放、匹配从而生成三维景观模型的纹理。地表纹理采用航空影像处理后的正射影像图，利用 IMAGIS 软件的贴纹理功能，将对应纹理贴到建筑物及地表上，形成带有纹理的三维景观模型。

1.5 复杂地物模型的建立

为了更准确、详尽地把城市三维景观展示出来，还需把航片上难以获取的比较复杂的地物包括进来，这些复杂地物包括拱顶、圆顶、桥、门、路灯、凉亭、塔型建筑物和自然物（如树木等），这些复杂地物可以先单个建好三维模型，然后再把单个模型插入到建好的 3D 模型中来即可。对于比较成AUTOCAD、3DMAX 等 3D 软件来说，进行单个模型的建立是它们的强项，但由于建立城市三维模型的目的就是今后在 GIS 中对其进行管理、分析、检索、查询以及对今后的城市建设进行规划，所以若采用这些 3D 软件进行建模还需要对其格式进行转换，这就会带来更多的工作量，而且这些软件通常为了实物的美观其数据量也是非同小可的，比如一棵树的数据量就有足够的大了。因此直接采用三维可视化地理信息系统 IMAGIS 软件来进行建模。用这个软件能很方便和快速地把单个模型建立起来，对于树的建立采用纹理建模方式来进行，即可是一个纹理，也可用两个交叉的纹理，通过透明度的调整即可实现其三维效果。这样就可在不减少真实度的前提下，大大减少数据量，而且也大大提高了建模速度。

【总结】

研究基于摄影测量的城市三维景观建模，这个过程不是一帆风顺的，也不是一蹴而就的，但这并不意味着我们就要消极应对，而应该运用信息化，实现基于摄影测量的城市三维景观建模的完善和发展，这也是本文的目的所在。

参考文献

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