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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。
2建模原理而在三维建模技术之中，一般都是采用较大重合度的摄影，利用同名点的技术，通过数字的计算模式进行三维定点，以此来完成模型的建立，也就是即在收集到合适的倾角摄影和区域点云结果,通过自动智能化方法对二种信息加以解算并综合处理,从而迅速得到三维模型。
BIM与GIS技术在数字城市建设中的应用研究数字城市建设是未来城市发展的重要方向之一，也是国家战略的重点之一。
随着科技的不断发展和人们对生活质量的不断追求，数字城市建设逐渐受到人们的关注。
而在数字城市建设中，BIM和GIS两种技术的应用可以提高建筑设计的精度和效率，为城市规划提供有力的支持。
BIM技术是一种综合性的数字建筑信息模型技术，它可以将建筑工程的各个环节进行数字化设计、数字化构建、数字化运行和数字化管理，通过模拟、分析和优化整个建筑过程。
在数字城市建设中，BIM技术可以应用于城市规划、土地利用、建筑设计等多个方面。
在城市规划中，BIM技术可以生成三维城市模型，可以对城市的各种参数进行分析和评估，如道路通行能力、设施配套情况、建筑用地利用率等，为城市规划提供有力的支撑。
结合人口、交通等大数据，可以进一步分析城市的未来发展趋势，优化城市规划，提高城市的可持续发展水平。
在土地利用方面，BIM技术可以根据土地的性质、用途和规划要求，对土地进行数字化设计和分配，更加科学地规划城市用地。
通过BIM技术，可以简化土地利用流程，提高土地利用效率，减少资源的浪费。
在建筑设计方面，BIM技术可以实现历程数字化，从而提高建筑设计和施工的质量和效率。
通过BIM技术，可以进行多维度的设计，包括建筑外立面、内部构造、装饰效果等。
同时，BIM技术还可以模拟建筑物的效果，如热力学效果、通风效果、采光效果等，为建筑的节能和环保提供支持，提高人们的生活品质。
GIS技术是一种处理地理信息的技术，通过地图、遥感和全球定位系统等手段，对地理信息进行采集、处理、存储和管理。
在数字城市建设中，GIS技术可以应用于城市规划、环境保护、公共设施管理等多个方面。
在城市规划中，GIS技术可以生成数字化地理信息，包括地形、水系、道路等，根据城市实际情况和人口分布等参数，分析和评估城市规划的合理性。
同时，通过GIS技术，可以获取城市交通流量信息，为城市道路设置和城市运营提供支持。
三维数字城市建设技术与应用数字城市是一种基于信息技术与物联网的城市运营方式。
它将城市的各个要素，如行政管理、基础设施、公共服务、商业经营、社区生活等等，通过大数据和云计算技术融合起来，形成一个智能化的城市运行系统。
在这个数字城市系统里，各种数据可以被快速收集、存储、处理和分析，城市的规划、建设、管理和运营也可以被更加精准和高效地实现。
而在数字城市建设的过程中，三维技术将会扮演越来越重要的角色。
三维数字城市建设技术是指将城市的各种数据、信息、设施和建筑物等要素进行三维数字化处理，形成一个立体化的城市模型。
这个城市模型可以作为城市规划、建设和运营的基础数据，为城市的管理者、决策者、企业和市民提供更加直观、准确、全面、实时的城市信息服务。
三维数字城市建设技术应用广泛，它可以用于城市规划、土地管理、建筑设计、公共安全、旅游推广、文化传承、交通管理、环境保护等方面。
在城市规划方面，三维数字城市模型可以为城市规划师提供一个可视化的工具，使他们能够更加清晰地了解城市的现状和未来发展潜力。
城市规划师可以通过三维数字城市模型进行城市的各种规划分析，如交通流量分析、人口密度分析、建筑物高度分析等等。
这些数据可以帮助规划师更加准确地选择城市建设方向，优化城市布局，提高城市的空间利用效率。
在土地管理方面，三维数字城市模型可以方便城市管理部门实施土地管理。
通过三维数字化处理，城市各个地块的详细信息可一目了然，如土地面积、地形地貌、地下设施分布等等，这样可以帮助土地管理部门实施土地利用规划、土地征收和土地转让等工作。
在建筑设计方面，三维数字城市模型可以帮助建筑师更加准确、高效地进行建筑设计。
建筑师可以在三维数字城市模型中查看周边环境、交通流动状况、采光情况等，以更好地把握建筑设计的各种要素，进而提高建筑设计的质量和效率。
在公共安全方面，三维数字城市模型可以为城市安保部门提供一个全面、实时、准确地公共安全监测系统。
安保部门可以通过三维数字城市模型进行城市事件的发现、预测、应急和管理。
浅谈数字城市三维建模项目开展的要点随着政府和大众对空间定位数据及应用不断增长的需求，城市的信息化将逐渐从传统的二维符号化进步到直观的三维可视化，国家测绘地理信息局倡导的数字城市建设正包括了这一内涵。
数字城市三维模型建设的主要内容是在二维地图基础上，把城市地形地物进行三维空间建模，形成室内外、地上下带可量测空间信息和现实纹理的三维地图数据，有多学科、较复杂、艺术性、主观性等特点。
因此，城市三维建模项目开展需要注意哪些要点，也成为了一个研究的内容。
文章以数字城市三维建模项目开展的要点为研究对象，结合数字城市三维建模项目的实际经验，探讨了数字城市三维建模项目在开展时需要注意的主要要点，最后在结尾提出笔者的总结。
标签：数字城市；三维建模；要点1 引言因数字城市三维模型的艺术性和主观性等特点，三维城市建模项目的开展与传统测绘项目存在较大差别，城市三维建模所关注的要点也有所不同。
除了如传统测绘同样关注的平面精度、拓朴关系、空间属性外，三维城市还特别关注美观性、仿真度、整体协调性、结构精细度和完整性、物体高度等内容。
因此，在项目实施的角度来看，数字城市三维建模项目的开展也需要根据自身的关注重点而制立开展的要点。
通过4年20多个城市的三维模型生产和经验总结，作为三维城市建模项目的发起单位角度，我认为项目开展的要点包括选取准确的建模精度、建立更新维护机制、挑选合理承建商、制定完备的项目计划、样本区测试、费用预计6个方面。
2 数字城市三维建模项目开展要点分析数字城市三维建模项目的开展，第一要点是要确定建模数据的标准，而三维建模数据标准的重点应该是建模精度，因此三维建模项目开展的首个要点是选取准确的建模精度；城市三维模型建立完成后，主要是用于管理分析和应用，在目前来讲，我们大多数三维建模项目前期做得很好，但在后期更新维护机制上就往往考虑得较少，造成了项目虎头蛇尾的情况，不能长期和持续性地使用，所以我们认为三维建模项目开展的。
多源数据融合的城市三维实景建模技术应用摘要：城市三维实景建模是一项基于多源数据融合的技术，通过整合卫星遥感数据、航空摄影数据、激光雷达测量数据等多种数据源，以及使用计算机视觉和地理信息系统等技术，创建出具有真实感和立体感的城市模型。
这项技术在城市规划、虚拟现实、智能交通等领域具有广阔的应用前景。
基于此，以下对多源数据融合的城市三维实景建模技术应用进行了探讨，以供参考。
关键词：多源数据融合；城市三维实景；建模技术应用引言多源数据融合的城市三维实景建模技术的应用使我们能够以高精度和逼真度展现城市的模样，为城市规划、可视化决策和智慧城市建设提供了强有力的工具和支持。
通过综合应用遥感数据、地面测量数据和影像处理算法，可以快速、准确地构建出完整的城市三维模型，为各行业提供更全面、直观的地理空间信息。
1多源数据融合在城市三维实景建模中的重要性多源数据融合在城市三维实景建模中起着至关重要的作用。
以下是关于多源数据融合在城市三维实景建模中的重要性的几点说明：1.数据完整性与可靠性：城市三维实景建模需要融合多个数据来源，如卫星影像、航空摄影、激光扫描等，通过整合这些数据可以获取更全面、准确的城市信息。
不同数据源的融合能够填补其各自的缺陷，提高数据的完整性和可靠性。
2.空间分辨率和精度：不同数据源具有不同的空间分辨率和精度。
例如，卫星遥感数据具有广覆盖的优势，而激光雷达测量数据具有较高的空间精度。
将这些数据源进行融合，可以兼顾数据的广度与深度，得到更精细、真实的城市三维模型。
3.实景真实性与立体感：通过融合多源数据，可以保留和还原城市实地的真实特征，提供更具立体感的城市模型。
卫星影像提供了城市的布局和远景景观，而激光扫描数据则提供了建筑物的精细结构和地形地貌的高程信息。
多源数据融合能够呈现出更加逼真的城市实景。
4.多维信息融合：城市三维实景建模不仅仅局限于表面的建筑物和地貌，还需要考虑其他要素如树木、交通设施等的准确性。
三维数字城市建模精度与制作标准研究城市是区域经济、政治和文化中心，是现代产业高度集聚的地区和国民¾-济持续发展的载体，创造和集聚着国家巨大的物质财富，在我国¾-济社会发展中起着主导和带动作用。
“数字城市”是物质城市以二进制形式在计算机中的再现和反映，是以信息技术（尤其是地理信息技术）为核心、以网络技术为支撑的城市信息管理与服务体系，“数字城市”的建设任务就是利用现代高科技手段，充分收集、整合、挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区的信息平台、应用系统以及政策法规保障体系。
本文结合项目实际，探讨了三维数字城市工程建设中的模型建造的精度和标准问题。
三维城市模型（3DCM）是对真实城市的三维数字化表现，它突破传统平面地图的限制，通过对地形、地物的数字化三维模拟，提供给使用者一个与真实生活环境类似的虚拟城市环境，通过对三维虚拟城市的数字化管理，可为城市规划、建设与运营提供可持续发展的信息化服务，从而提高城市空间信息共享和利用水平，提升城市整体信息化管理水平。
当前，三维“数字城市”的研究与实践已¾-十分广泛，武汉市三维数字地图旨在搭建武汉市三维数字模型数据库，并建立三维数据的更新与维护机制，在此基础上，建成服务于城市规划设计与审批、城市建设和运营管理的空间信息平台。
一、三维城市模型制作精度三维城市模型是建设三维数字城市的基础和载体。
三维模型的制作精度直接影响可视化表现效果，模型制作越精细，场景表现效果越逼真。
但是，高精度的三维空间数据不仅会严重影响系统速度，同时也增加了模型建造成本，延缓了模型生产进度，因此，确定三维模型的制作精度，是项目初期就要考虑的问题。
三维模型的制作精度应满足软件系统的功能需求，因此，模型的建造应立足于应用；同时考虑到后期功能扩充和技术发展趋势，还应留有升级的余地。
综合考虑各种因素，武汉市三维数字地图项目的模型建设确立了以下原则：1、根据系统需求划分不同的LOD模型三维城市模型应分为多个级别进行建造，不同级别对应不同的简化程度和不同的应用领域。
数字城市中三维城市模型构建技术研究摘要：三维城市模型标准化的研究，尚未引起国内学者的注意，该文基于笔者多年从事地理信息系统的相关工作经验，以三维城市模型为研究对象，分析了citygml模型的概念，专题模型的构建方法，给出了构建的实例，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：citygml 三维城市模型数字地形模型建筑物模型中图分类号：p2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）12（b）-000-02三维城市模型数据的交换需要面对gis业界历来关注的数据异构问题，即交互的两个系统之间存在语法、语义差异。
地理标记语言（gml）封装了空间地理参考系统，具有描述几何拓扑、时间等信息的能力，便于地理信息的分布式存储和交换。
以gml为介质的wfs （网络要素服务）接口规范，得到了gis软件厂商的广泛支持，为异构地理信息系统之间实现了语法级的互操作。
语义互操作性设想在某一领域存在对现实世界的对象及其属性和关系的公认定义，然而目前尚未有被广泛认可的三维城市语义模型存在。
近年来，人们也提出了一些三维城市模型，但这些模型大多是纯几何模型，而忽略了语义和拓扑层面，基本上只能用于可视化目的，对专题查询、分析或空间数据挖掘等支持很差，可重用性有限。
因此有必要采用泛化建模方法，以满足不同应用场合的信息需求。
citygml由德国北莱茵河-威斯特伐利亚地区空间数据基础设施三维特别兴趣小组于2002年开始研发，致力于描述三维城市对象的共同语义信息，以期能成为三维城市模型数据交换格式标准。
而三维城市模型标准化的研究，尚未引起国内学者的注意。
1 citygml基本概念1.1 细节层次模型（lod）clark于1976年最初提出了细节层次模型的概念。
根据处理分析和展示多源数据的需要，citygml把描述三维城市对象的精细程度分为5个细节层次。
lod0实质上就是2.5维的dtm数据，可以在其上叠加航空影像或者2维地图。
lod1用块状表示建筑物，屋顶、纹理数据、植被对象在lod2层次描述。
lod3层次描述建筑物的结构，包括墙、屋顶结构、阳台等，可以把高分辨率的纹理叠加到这些结构面上。
此外，交通对象、植被对象在这一层次做了更精细地描述。
lod4层次主要对房间的内部结构、门、窗、楼梯、家具等对象进行建模。
不同细节层次，点位的定位精度要求是不一样的，如lod1下定位精度要求为5 m，而在lod4下要求为0.2 m甚至更小。
因此可以通过lod级别来评价三维城市数据集的质量。
由此可见，用户可根据应用需求，采用不同的层次建模。
在一个citygml数据集中，同一对象可以在不同细节层次上表示，而同一个对象的不同细节层次的数据也可以分别放在两个数据集中。
细节层次模型既便于三维对象可视化展示，也便于多源数据的集成。
1.2 几何拓扑建模如果既要维护空间完整性又要避免对象的几何描述数据的冗余，几何拓扑模型是必不可少的。
iso19107标准已建立表达空间对象的几何属性与拓扑关系的概念。
然而该标准提供了大量的建模选择，如果建模目的仅局限于某一方面，该标准显得太过复杂。
因此基于iso19107，citygml采用更为紧凑易用的模型。
citygml用边界表达方法对专题对象的空间属性进行几何拓扑建模，即0～3维基本几何元素分别为点、边、面、立体等。
边、面、立体等基元可以相应地聚合成为弧聚合体、面聚合体、立体聚合体。
citygml要求点、边、面、立体基元及聚合体必须满足一些完整性约束，确保模型的一致性。
如几何基元内部元素必须是相离的，如果两个元素有公共边界，则该边界必须是低一维的几何基元。
这些约束条件消除数据冗余，并确保拓扑关系清晰性，如任两个立体基元之间是相离的，它们的体积即为两者体积之和，反之若允许两个立体基元有交叉的话，计算它们的体积将麻烦得多。
1.3 几何语义建模citygml实现了对空间对象的几何拓扑属性和语义进行一致性建模。
在语义特征方面，citygml通过专题模型描述现实对象（如建筑物）及其属性、层次关系等。
在空间特征方面，现实对象的空间属性即为几何拓扑对象。
citygml模型涵盖语义和几何拓扑两个层次体系，其优点是便于分别在各自层次体系中遍历，或在它们之间相互遍历。
1.4 闭合面和地下对象在三维建模时，隧道、地下人行通道等地下对象，其建模方法有别于一般的地表面对象。
首先不易确定其几何体类型。
地上对象可直观地使用一个闭合几何体表达其形状，但对地下对象，却需要形象描述其中空部分所处的空间。
iso19107标准用外壳表达这样的中空部分。
然而，既然这个外壳是闭合的，即不应存在从其内部连接到外部的通道，但这和人造地下构筑物的概念不相符合。
因此，必须使模型能够较好的表达地下构筑物的入口。
另一个问题是地下对象和dtm的无缝集成。
其一是在dtm中产生孔洞描述入口，然而dtm要描述地表面，要求不应存在孔洞。
当dtm和地下对象集成时，确保它们在入口处无缝接合，可用受约束三角网来实现，即把地下对象和地表相交形成的边，当作dtm 的边，相交面为两者所共有。
citygml引进了“闭合面”（closuresurface）这个概念，对于没有闭合的对象，用虚拟的“闭合面”缝合，如这里提到的相交面。
当计算体积时，把地下对象当作闭合实体来看待，当进行可视化时，把相交面设为不可见。
1.5 三维模型的简化citygml支持对现实对象精细化描述，但并不意味着在建模时一味地盲目追求仿真、模拟原形。
对于具有几何不变性、表面材质纹理的相似性及重要的形状和位置特征（朱庆等，2003）的现实对象，如同一种类的树木、路灯、电杆等，citygml采用几何隐含的建模方法，即建立一个逼真的三维模型（保存到vrml、dxf或x3d文件中）重复使用，三维模型的定位由表达其三维空间地理位置的参考点（referencepoint）和空间姿态参数（一个4维变换矩阵）决定。
2 专题模型作为一种多功能三维城市数据模型和交换格式，citygml基于iso191xx系列标准，用gml3实现了建筑物、dtm、交通、植被、水资源、城市设施、土地利用等三维城市模型。
作为示例，该文介绍dtm模型和建筑物模型。
2.1 dtm模型地形在三维城市建模中重要一部分，citygml用起伏要素（relieffeature）来描述，一个起伏要素对象描述了某一块地域的地形起伏。
地形可以表现为规则格网（rasterrelief）、不规则三角形（tinrelief）、断裂线（breaklinerelief）、质点集（一系列三维点，masspointrelief）等。
断裂线表示地形表面不连续的部分，如山脊、峡谷等，在几何上表现为三维曲线。
在citygml数据集中，这四种地形表现形式可以灵活组合。
首先，每种类型均可在不同lod中出现，反映不同的精度和分辨率。
其次，每块地表可用不同组合方式来描述，如格网和断裂线，或tin、断裂线的组合。
在这种情形下，断裂线和不规则三角网必须缝合。
再次，相邻地域的地形可以使用不同的形式表达。
为便于不同地域地形的组合，每一起伏要素对象用一个二维（可含“洞”）多边形来指定它的有效范围，这种方法便于对不同精度的地形进行拼合。
2.2 建筑物模型建筑物模型是citygml的核心，用于表达建筑物及组成部分、附属部分的空间和专题特征。
图1给出四种细节层次下建筑物的展示效果。
abstractbuilding类是该模型的枢纽，它是cityobject类的子类。
abstractbuilding的派生类有buildingpart和building 类，即把建筑物的某一部分在建模时把它当作抽象“建筑物对象”。
另外，一个building对象可以是一个复杂建筑物对象（building complex）的一部分。
建筑物和地形的集成是三维城市建模的一个重要课题，特别是当考虑不同lod层次的地形数据和建筑物模型数据叠加时。
为此引入了建筑物和地表面的“交叉曲线”（terrainintersection）这个概念，该曲线描述了建筑物和地表面接合的确切位置，为环绕该建筑物的一个闭环。
如果某个建筑物包含院子，则该曲线由两个闭环组成，依次类推。
在集成时，把建筑物和地形表面进行拖拽，直至其与交叉曲线缝合，确保纹理的正确定位。
因不同lod层次的数据精度不同，所以在一个建筑物可能在不同的lod有相应的交叉曲线。
在lod2层次，已可以清晰分辨建筑物的各个面，如屋顶、墙、地板等。
为消除数据冗余，表达它们空间属性的面几何体，同时又为表达整个建筑物的几何立体所引用。
建筑物的空缺部分如窗口，用闭合面表达。
一个lod2建筑物的几何形状，可由多个立体聚合体和面聚合体组成。
此外，一个lod2的建筑物还可能包括烟囱、阳台、天线等，用buildinginstallation表示。
citygml对这类设施的几何形状类型没有作限制，用objectgeometry类来描述。
该类是solidgeometries（立体聚合体）、curvegeometries（弧聚合体）、surfacegeometries（面聚合体）等聚合类的父类。
在lod3层次下，建筑物的空缺部分用opening类对象来表达，其派生类包括door和window等。
openings类是cityobject类的派生类，意味着可以直接从外部数据集直接引用它的对象实例。
lod4对lod3进一步作了补充，添加了对建筑物内部结构的描述，如“房间”为天花板、内墙、地板等面“包”住。
多个房间聚合成“房间组合体”（groupofrooms），房间之内放置家具（building_ furnitures）、附属设施等。
citygml区分二者的准则是前者是房间内可移动的部分，而后者是永久性地和房间固定在一起，如楼梯、柱子。
在lod4层次，门在拓扑意义上连接了两个邻接的房间，即表示门的面体在几何意义上是两个房间几何体的边界之一部分。
图1 lod1-lod4建筑物模型3 建模实例citygml目前主要在德国的柏林等几个城市得到了应用。
柏林市建设了一个虚拟三维城市模型系统，其系统数据库基于citygml的逻辑结构设计，用于存储和管理三维数据，目前主要有以下类型的数据：（1）地籍数据；（2）航空影像；（3）dtm（数字地型模型），20 m精度部分作为框架数据，高分辨率dtm作为三维城市模型的核心数据，特殊地区用tin建模；（4）建筑物模型数据，在大约250 km2范围内采用激光扫描或摄像测量方法对建筑物进行三维重建，lod3、lod4层次的数据主要通过cad或3d max等工具建模，然后再转换成为citygml格式。
图2 建筑物模型citygml开发人员也做了一些应用于灾害管理方面的建模实验，如在洪水淹没仿真时，评估人员可以根据楼层的高度和楼层的地下部分，评估建筑物的受损程度；利用建筑物内部拓扑结构图，求解水、烟气等的通路，用经典的最短路径算法来计算逃生路径等。
