城市三维建模技术方案研究

２０１　１年第４期　福　建　电脑　７３　

３ＤＳ　ＭＡＸ在三维城市景观建模中的应用研究　

王　蔚　

（海南职业技术学院交通与信息学院海南海口５７０２１６）　

【摘　要】：本文主要介绍使用３ＤＳ　ＭＡＸ软件实现城市景观三维建模的理论和方法，并以实例构建了　

高精度的三维城市景观图。使用３ＤＳ　ＭＡＸ技术建立建筑物模型，不仅可以解决视觉问题，还可以对视觉　

问题进行调整，以达到很好的仿真立体效果。　

【关键词】：３ＤＳ　Ｎ４ＡＸ；－Ｙ－维建模；城市；　

０．前言　”数字地球”的提出是全球信息化的必然产物．在很　

大程度上改变了人们的生活方式．并创造出巨大的社　

会财富。”数字城市”源于”数字地球”的战略构思，是与　

ＧＩＳ、网络、虚拟现实等高技术密切相关的新概念和新　

技术。地理信息发展到现在，已经拥有了大量完整的二　

维数据并且在不断更新中。在二维数据库中．三维的空　

间信息只能是将物体的高程信息作为附属信息而表　

示。随着三维ＧＩＳ技术的发展。精准的三维建模为三维　

空间的信息分析和处理提供了可能．使城市中的物体　

具有了真实的三维感。也使用户能更直观、随心所欲地　

在三维世界中漫游，达到身临其境的感觉【１Ｊ。同时．用户　

通过这个三维空间．能够方便地进行信息的查询、访　

问、分析、管理和应用．也为城市规划、建设和管理提供　

了一种全新的辅助技术手段和方法　

城市三维景观模型是在三维空间中对城市地形表　

面以及地表以上的各种自然和人工地物的三维模拟表　

示。”数字城市”三维建模，一般分为两种．～种是三维　

地形，通过在ＤＥＭ数据中融入地形的正射影像来实　

现：另外一种是三维建筑模型，主要有虚拟三维建模和　

实景三维建模。建模的技术和方法也很多．目前常用的　

方法有三种：ＣＡＤ、计算机立体视觉系统及基于遥感和　

数字摄影测量技术的方法。在实景三维建模中．通常是　

利用卫星或激光技术直接扫描建筑物的高度和尺寸．　

以点云的形式实现对空问实体的虚拟．但此技术设备　

・１８４・　价值工程　

基于３ｄｓ　Ｍａｘ的城市三维建模技术　３Ｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｉｔｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　３ｄｓ　Ｍａｘ　赵子龙ＺＨＡＯ　Ｚｉ－ｌｏｎｇ　（昆明理工大学国土资源工程学院，昆明６５００００）　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００００，Ｃｈｉｎａ）　摘要：本文以实际的三维建模数据生产工作来说明３ｄｓ　Ｍａｘ软件建立城市三维模型的流程。主要对外业数据采集要求，数据的　导入、格式转换、场景组织及漫游实现等所遇到的具体技术要点进行阐述。最后，对３ｄｓ　Ｍａｘ软件与其他建模软件进行了分析比较。实　践证明，基于３ｄｓ　Ｍａｘ的城市三维建模技术为基础模型的建立提供了有效的手段，是一种可行的解决方案。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｉｔｅｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｉｔｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　３ｄｓ　Ｍａｘ．．ｂａｓｅｄ　ｗｏｒｌｄｌｏｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　３Ｄ　ｃｉｔｙ　ｍｏｄｅ１．Ｍａｉｎｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｏｉｎｔｓ　Ｆｉｅｌｄ　ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，Ｄａｔａ　Ｉｍｐｏｒｔ，Ｆｏｒｍａｔ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，Ｓｃｅｎｅｓ，Ｒｏａｍ　ｅｔｃ．ａｒｅ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｍａｋｅｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｔｓ　ａｎｄ　ｄｒａｗｂａｃｋｓ　ｏｆ　３ｄｓ　Ｍａｘ　ｔｏｏｌ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　３Ｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ｄｉｓｔａｌ　ｃｉｔｙ　ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｓｏｆｔｗａｒｅｓ．　关键词：３ｄｓ　Ｍａｘ；Ｓｋｙｌｉｎｅ；城市三维模型；数字城市　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：３ｄｓ　Ｍａｘ；Ｓｋｙｌｉｎｅ；３Ｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｃｉｔｙ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｉｔｙ　中图分类号：ＴＰ３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３１１（２０１３）０４—０１８４—０２　０引言　３ｄｓ　Ｍａｘ是近年来出现在计算机平台上的优秀的三　维动画软件。它拥有完善的建模、材质制作、动画制作、渲　染等功能，因此在影视特效、栏目包装、影视广告、动画片　以及工业设计等领域中一直有非常重要的地位，并且可以　与常用的后期软件结合，使整个制作流程更为流畅。近年　来，随着数字城市的兴起，利用３ｄｓ　Ｍａｘ软件的建模功能　进行城市三维建模也成为了一种趋势。　目前，三维城市建模已成为数字城市研究的热点。常　用的建模方法主要有：基于图像的建模与绘制，从遥感影　像重建的三维城市模型；基于点云的建模，利用激光扫描　数据与影像数据的融合：基于线划图的建模，通过ＣＡＤ与　ＧＩｓ的集成来建立三维模型。　本文以昆明市某区域三维建模项目为基础，介绍了利　用３ｄｓ　Ｍａｘ建立城市三维模型的流程及遇到的相关问题。　１模型的分类及细节层次　城市三维模型一般分为地形模型、建筑模型、交通设　施模型、管线模型、植被模型以及其他模型等，各类模型按　照表现细节的不同可以分为ＬＯＤ１、ＬＯＤ２、ＬＯＤ３、ＬＯＤ４四　个细节层次，并应符合表１的规定。在同一地区可根据重　要性建立不同细节层次的模型『１］。本文中提到的主要是基　础建筑模型。　表１模型分类与细节层次【１】　模型类型　ＬＯＤ１　ＬＯＤ２　ＬＯＤ３　Ｌ０Ｄ４　地形模型　ＤＥＭ　ＤＥＭ＋Ｄ０Ｍ　高精度ＤＥＭ＋高　精细模型　精度Ｄ０Ｍ　建筑模型　体块模型　基础模型　标准模型　精细模型　交通设施模型　道路中心线　道路面　道路面＋附属设施　精细模型　管线模型　管线中心线　管线体　管线体＋附属设施　精细模型　植被模型　通用符号　基础模型　标准模型　精细模型　其他模型　通用符号　基础模型　标准模型　精细模型　２三维建模原始数据的获取　利用３ｄｓ　Ｍａｘ建模采用依图而建的思想，主要涉及的　作者简介：赵子龙（１９８７一），男，湖南常德人，在读硕士，测绘工　程，研究方向为３Ｓ集成及应用。　数据有：原始的地形图及竣工图；数字正射影像（ＤＯＭ）：实　地照片等。　外业数据采集内容包括：三维模型纹理、三维模型空　间结构及空间关系、三维模型尺寸及属性信息。　总体原则：保证制作人员能够获取建（构）筑物纹理及　其建筑之间相互间关系的信息，这些信息包括建筑结构、　对象之间的空间关系、建筑色彩、建筑立面、建筑部件（门、　窗等）等。　对建（构）筑物属性信息的采集，按照《城市三维建模　技术规范》要求，主要包括：建筑编号、建筑名称、权属单　位、地上建筑层数、地下建筑层数、建筑结构、建筑高度、现　状使用情况、建筑性质、建筑面积、建筑基地面积、停车位、　门牌号码　建成时间、备　”。　３　３ｄｓ　Ｍａｘ建模　３。１数据的导入以处理好的１：５００地形图中建筑物　的基底轮廓为参考，导入到３ｄｓ　Ｍａｘ软件中。然后再以某　一明显的特征点为基准，把底图平移到３ｄｓ　Ｍａｘ界面的中　心（归零），并冻结底图，防止在模型制作过程中移动底图。　３．２建立模型利用３ｄｓ　Ｍａｘ的建模功能进行模型的　创建。在不损坏模型正确性的原则下，最大程度的精简模　型的面数，所有不可见的面都必须删除，以提高交互场景　的运行速度。严格禁止模型出现两面重叠和浪费数据量的　情况。　三维模型的纹理应该符合以下要求：①应真实的反映　建模物体的颜色、质地和图案等，同一区域同种类物体纹　理应协调一致。②应与几何模型细节层次相匹配，纹理应　清晰可见。③纹理尺寸应为２的ｎ次幂，贴图最大尺寸不　要超过１０２４ｘ１０２４最小尺寸不要小于１６ｘ１６，不要出现　１６ｘ５１２、３２ｘ５１２、６４ｘ５１２等类似贴图。④以共享的模式建立　纹理库，节约存储空间。　模型的命名由建模单元编码、模型类型、模型细节层　次和模型顺序号四部分组成。　建模流程图见图１。　３．３数据导出在数据导出之前进行质量检查。主要　

三维城市建模技术

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。

城市实景三维建模技术方法探讨

摘 要: 由于各种检测方法的进步,空间数据的研究和地理信息系统事业获得了蓬勃发展。在此语境下,空间地理信息的三维可视化表现因其比较之于传统二维表达而有着更直接、更准确和更精确的空间地理特征,而地理空间信息的三维空间可视化表现则是其重点。在地方国情监控、城市交通模拟、地方经济可持续发展研究等诸多应用领域,三维地理信息系统也发挥着巨大的功能。所以,城市规划三维实景模型对研究城市规划的发展趋势有着很大的意义。

关键词：城市实景；三维建模；方法

1实景三维建模技术

现如今实景的三维建模技术需要依靠倾斜摄影去进一步完成，许多城市都需要较为成熟的三维建模技术进行支撑，倾斜三维建模具备了全自动生产、建模过程精确、贴图纹理颜色更符合实际情况等优点。而LiDAR倾斜三维建模则可结合二种手段所各有的优点,以提高建模效率、改善建模精度,并克服了传统人工建模方法真实度低与精度较差的问题。

目前,三维模型的关键技术大致包括3种:人工模型,倾斜摄影模型和激光雷达模型。人工建模也就是通过三维模型的软件,如三DMAX,Maya等根据现有的图片和大比例尺城市规划图等来建模。该模型技术的性能很优秀,只是工作时间较长,与真实世界反差较大,且人工成本昂贵,适合进行小区域、固定对象的三维空间模型。在城市三维模型方面,一般不使用该技术。谭仁春根据人工模型的不足,研制出人机交互的辅助工具,大大提高了人工模型的效果,不过这种技术花费了巨大的技术投入和资金成本,仍无法适应大型城市三维模型的需要。倾斜拍摄检测技术,是中国测绘与遥感行业近年来发展起来的一种新型技术手段,通过这种技术手段能够迅速获得实际地物各个方面的图像,从而获取了比较细致的实际物体侧面数据,所得到的信息也比较能够直接、准确的表达实际地物特性;同时,无人机倾斜拍摄也具备了效率高、成本低、快捷方便等的优势。目前,该技术已经在许多领域中开展了试验和研究。