基于ERDASIMAGINE的城市三维景观构建

程中 ,城市三维景观构建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 。
目前人们 对 城 市 三 维 景 观 建 模 作 了 很 多 研 究 ,三维建模大致有如下解决方法 :一是直接使用 三维制作软件 ,如计算机辅助绘图设计软件 (AU2 TOCAD ) 、三维动画设计软件 ( 3DMAX) 等建模 ;
3 三维景观制作
三维景观制作就是要将各种三维模型融为一 体 ,便于整体编辑 、漫游以及分析等 ,利用 V irtual2 GIS模块可以完成此项工作 。该模型包括 V irtu2 alGIS视窗 (V irtualGIS V iewer) 、虚拟世界编辑器 (V irtual World Editor) 、三维动画制作 ( creat e mov
图 3 ERDAS Stereo Analyst模块界面 2. 2. 1 地物建模 Stereo Analyst功能利用摄影 测量方法采集 3D 信息 ,提高了数据采集的准确 度及精度 。首先要构建研究区域的立体模型 ,此 时必须具备研究区域的立体像对 ,每张相片的位 置及姿态参数以及摄影机检校信息 ,包括像主点 坐标及摄影机主距 ,这些信息也统称为传感器模 型信息 ( sensor model inform ation) ; 有了研究区域 的立体模型后 ,就能通过立体视觉在立体模型上 采集地物 3D 信息 。图 4为地物建模的流程图 。
第 25卷 第 4期 GX I SC IENCE
Vol. 25 No. 4 Aug. 2007
文章编号 : 1001 - 3679 (2007) 04 - 0454 - 04
基于 ERDAS MI AGINE的城市三维景观构建
官云兰 1, 2 ,周世健 1, 3 ,张 明 1
Abstract: The construction of urban 3D landscape is one of the key factors in construction of digital city. B ased on the advantages of photogrammetry in building 3D landscape, the paper expounds m eth2 od of constructing urban 3D landscape and creating virtual reality by using ERDAS IMAGINE, a powerful software of remote sensing image manipulation. These p rovides a new method for the con2 struction of digital city. Key words: ERDAS IMAGINE, D igital city, D igital photogrammetry, 3D landscape
利用 ERDAS IMAGINE8. 7进行三维建模 ,需 要利 用 到 Leica 摄 影 测 量 软 件 包 ( Leica Photo2 grammetry Suite ) 以 及 虚 拟 地 理 信 息 系 统 模 块 (V irtualGIS) 。Leica摄影测量软件包包括 LPS项 目管理器 (LPS Project M anager) ,用于进行空中三 角测量 、建立立体模型 、生成数字高程模型 (D igit2 al Elevation Model,简称 DEM )及正射纠正生成数 字正射影像 (D igital O rthophoto M ap ,简称 DOM ) ; 立体分析模块 ( Stereo Analyst) ,用于在立体环境 下提取 3D 信息 ,包括点 、线 、面及属性的工具 ;地 形编辑模块 ( Terrain Editor) ,用于编辑地形 ,以确 保生成准确的数字高程模型 。V irtualGIS是一个 三维可视化工具 ,给用户提供了一种对大型数据 库进行实时漫游操作的途径 ,此模块允许实时浏 览大型数据 ,显示和查询多层栅格图 、矢量图和注
0 引言
自古以来 ,人们采用各种方法表示空间地理 信息 ,如素描 、山水画 、相片 、地图等 ,这些方法是 以二维的形式表示地球空间 ,表达不直观 ,不符合 人们的视觉习惯 。自从戈尔提出“数字地球 ”的 概念后 ,用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 [ 1 ] 。在构建数字城市的过
图 4 地物建模的流程图 下面介绍地物立体量测的过程 [ 3, 5 ] 。 (1)启动 Stereo Analyst模块下的 Stereo Ana2 lyst。 (2)创建新的地物工程 ( feature p roject) ,包 括设置地物工程的名称 、地物类型及相关的立体
图 6 立体采集窗口 2. 2. 2 纹理映射 Texel Mapper 一旦建立好 3D 模型 ,可在 Texel M apper功能模块中对模型添加 纹理 ,使其具有真实感 。图 7 为纹理映射窗口 。 先打开采集到的地物类型文件 ,再打开用数码相 机获取的物体纹理 ,即可进行纹理映射 。
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江 西 科 学
2007年第 25卷
准确的 DEM 是三维可视化的基础 ,对于城市 区域 ,由于存在大量的建筑物 、树木 、桥梁等突出 地物 ,因此为了确保 DEM 的精度 ,可以利用 Ter2 rain Editor对其进行编辑修改 。 2. 2 地物建模
地物建模就是构成城市要素的实体建模 ,包 括道路及其相关要素 ,建筑物及其相关要素 ,植被 及其相关要素等 ,利用 ERDAS Stereo Analyst模块 可以完成此项任务 。图 3 为 ERDAS Stereo Ana2 lyst模块界面 ,其中 Stereo Analyst用于地物三维 采集及立体编辑 ; Auto - Texturize from B lock功能 利用已存在的 O rthoBASE文件自动为 3D Shape2 file映射纹理 ; Texel Mapper用于将数码相机拍摄 物体纹理映射至 3D 物体上 。
1 ERDAS IMAGINE 简介
ERDAS IMAGINE 是 美 国 环 境 系 统 研 究 所 ( ESR I)研制的遥感图像处理系统 ,包括基本版图 像处理包 IMAGINE Essentials、高级图像分析工具 包 IMAGINE Advantage和专业化图像处理分析工 具包 IMAG IN E Professional[ 3 ] 。 ERDA S IMAG IN E 是以模块化的方式提供给用户的 ,用户可根据自 己的需要 、资金情况选择不同功能模块及其组合 , 最大限度的满足用户专业应用需要 。
模型 。 ERDAS IMAGINE中已包含一些地物类型 库 ,如建筑物及其相关要素 、道路及其相关要素等 等 。根据研究区域内的地物要素 ,选择需要建立 的地物类型 ,此外也可自己定制地物类型 。图 5 为地物工程的设置窗口 。
图 5 地物工程的设置窗口 (3)利用采集工具 ( Collection Tools) 进行地 物采集 。在立体观察下 ,通过消除左右视差 ( X parallax) 、上下视差 ( Y - parallax) ,并使光标切准 需量测的地物进行 3D 信息采集并保存信息 。图 6为对建筑物进行采集的窗口 。保存地物类型文 件格式为 3 . shp ,可用于纹理映射中 。
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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 [2] ; 三是利用激光扫描数据建 模 ,还有一种方法就是利用数字摄影测量技术进 行三维建模 。利用三维造型软件能逼真地表示城 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 ,利用 GIS的 2. 5 维方法只局限 于较规则建筑物的三维建模 ,激光扫描方式建模 , 目前来说成本还较高 。数字摄影测量技术因其具 有快速 、高效且能准确反映地物的地理位置而倍 受关注 。
基于数字摄影测量技术的三维建模 ,是以航 片或遥感影像为基础 ,借助数字摄影测量方法 ,通 过像对间的关系建立立体模型 ,得到地物点的三 维坐标 ,从而构建数字表面模型 (DSM ) ,再通过 纹理映射构建城市三维景观 。该方法理论可靠 、 精度高 ,速度快 ,是一种即经济又快捷的方法 。本 文主要阐述基于 ERDAS IMAGNE的城市三维景 观的创建方法 。
The Con struction of Urban 3D Landscape Ba sed on ERDAS IM AG INE
GUAN Yun2lan1, 2 , ZHOU Shi2jian1, 3 , ZHAN G M ing1
(1. School of Geosciences and Surveying Engineering, East China Institute of Technology, J iangxi Fuzhou 344000 PRC; 2. Department of Surveying and Geoinformatics, Tongji University, Shanghai 200092 PRC; 3. J iangxi Academy of Science, J iangxi Nangchang 330029 PRC)
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图 7 纹理映射 ie) 、创建可视域层 ( C reate V iew shed Layer) 、利用 GPS记录飞行路线 ( Record Flight Path w ith GPS) 及创建不规则三角格网 (C reate TIN M esh)等 6个 方面的功能 。其中 V irtualGIS视窗几乎集成了所 有 V irtualGIS的操作功能 ,包括三维虚拟环境的 构建 、编辑 、漫游 、动画 、注释和输出等 ;虚拟世界 编辑器则将不同分辨率和不同投影类型的多种数 据集如 DEM、栅格图层 、矢量图层及注记层等结 合成一个虚拟世界 ,并在 V irtualGIS视窗中显示 ; 三维动画制作则可以将 V irtualGIS工程文件制作 成动画 ,以便播放 ;创建可视域层是为了在虚拟空 间环境中进行空间视线分析 。