数字城市建设中三维模型数据的制作规范与建模方法

数字城市建设中三维模型数据的制作规
范与建模方法
摘要：三维模型能够直观呈现出数字城市的建设情况和城市面貌，需予以高
度重视，提高三维建模的质量。

基于此，本文先分析了在建设数字城市三维模型
上的数据制作规范，然后详细分析了三维模型建模方法。

力求三维模型的准确、
高质量建设，以作为数字城市社会、经济等全面发展的支持。

关键词：数字城市；三维模型；数据制作规范；建模方法
引言：数字城市是指多媒体技术、计算机技术等先进技术组委基础，融合使
用GIS技术、ARA技术、网络技术等，进行多尺度、多分辨率以及多时空的三维
建模，将城市建设情况、未来发展方向充分展现。

三维模型具有客观、可视化的
优势，能够更全面展现城市发展情况和建设情况，更能指导城市建设的发展，不
仅重视地上结构的规划，更能保证地下结构的安全性。

一、数字城市建设中三维模型数据的制作规范
在建设数字城市过程中，三维模型数据主要包括影像和图形的处理上，目前
处理工具逐渐成熟，并形成了较为完整的制作规范：（1）模型坐标系：使用统
一的地理坐标系进行三维模型的制作，按照1:500或者1:2000国家地形图，确
保模型可以和国家测量系统、GIS系统兼容，能够将三位模型导入数据库，坐标
均采用统一坐标系。

（2）基本单位：城市使用的大比例尺地形图以m作为单位，因此三维模型制作也应以m为单位，按照实际尺寸制作，精度满足LOD级别。

（3）模型制作：三维模型主要用于显示城市外观，考虑到数据量问题室外部分
建模，保证地面建筑特征和实际一致，尽量减少面片数量。

（4）定位参考点：
定位参考点即坐标系原点，用于对模型空间位置准确定位，引入三维场景的相似
地物十分关键。

（5）模型高度：根据不同细节模型需要，使用体块模型、基础
模型建立，根据GIS数据确定地面结构的高度，使用激光测高仪等方式确定不同
分段的高度，提高模型精细程度[1]。

（6）样条曲线/曲面：三维模型尽量避免使用样条曲线/曲面，或转化为折线，再曲线化/曲面化。

（7）处理相片：实地相片先经过透视矫正，调整色调，对于达到标准级模型将遮挡物拍清楚，保证视觉效果，根据地面结构的编号进行规范编号。

（8）纹理映射：使用透明贴图方法或者散射贴图的方法进行纹理映射，三维建模软件只能支持纹理映射，交换格式通常只能支持有限几种，纹理映射使用最常用的方式。

（9）使用转换3DS文件和建模工具默认文件进行提交，纹理使用文件夹形式提交，保证文件和文件夹同名即可。

二、数字城市建设中三维模型数据的建模方法
（一）地形建模
以武汉市为例，使用新华夏构造体系为基本进行建模，可以使用DEM或DOM 自动生成，再进行数据处理，达到精度要求。

武汉市为南北丘陵、北部低山，中间低平，江河纵横。

市区内高低起伏，充分体现出整体面貌。

DEM系统采取5m分辨率。

使用统一坐标系剪裁，高程保留到0.01.由于DEM数据结构约束，很难对江堤、徒坎等地形进行精准表现。

提取重要特征线、点，和高程点、等高线生成2.5m分辨率DEM。

先统一坐标，设定贴图分辨率以及切块大小，形成精细度高的地形模型，生成LOD模型，并建立索引。

（二）树木建模
在城市三维建模中，树木是十分重要的构成，将不同种类树木制作为符号并使用ArcGIS符号管理器管理，将树木按照要素类中点文件形式存储，使用Symbol Selector对应添加至场景中[2]。

在制作大范围树木模型上，将绿地面状元素进行栅格数据的转换，栅格上可以提取不规则或者规则的栅格点，进行密度上的调整，栅格点位置作为树木真实位置，利用符号库渲染，形成树木的效果。

为了充分体现出树木大小以及多样性，在符号库建造树木模型，匹配方位大小。

一般情况下树木大小稳定在6-8，可以保证道路树木美观性，不会过于单调。

（三）建筑物建模
在建模前需要充分收集治疗，资料质量以及详细程度决定着建模质量，要详
细了解建筑纹理、坐标位置以及结构特征等具体信息。

先根据CAD数据、外业际
照片导入CAD文件，导入格式选择Autocad图形。

先设定长度单位，使用捕捉点
进行建筑轮廓的描绘，设置挤出等指令，使用尽可能简单的结构和少的面片进行
建筑模型制作。

再进行渲染。

在模型中纹理的占比达，对人们造成较大视觉感官，会影响模型和谐度以及整体色调。

在3Dmax软件中使用UVW和材质编辑器贴图并
渲染。

最后验证CAD文件和模型是否匹配，不允许发生偏移现象。

通过塌陷全部
指令简化模型，让数据量得到减少。

优化模型结构，将点线面等多余结构删除。

将模型底部面片删除，将模型主体隐藏，勾选忽略背面，避免误删。

优化模型后
进行检查，确认是否有漏贴、少面等问题。

最后检查整体色调，确保整体色调和谐，亮度一致。

（四）交通设施建模
在地形图中，建模交通设施应根据实际交通设施的方位、形状进行制作，主
要包括路牌、信号灯、隔离护栏、垃圾桶、交通指示标志牌等设施，按照参考部
件位置和照片进行调整，保证路标、路牌等设施文字清晰，方向准确。

一般情况下，模型应保证对称，轴心点位于底部中间，对于不对称模型，轴心点设定于立
柱底部中心。

将交通设施和高程匹配到三维高度模型上，再导出模型，一同导出
有高程信息的空间位置。

（五）道路建模
道路建模是进行拆分归类，通过对参数值调整进行道路设计。

道路建模可以
拆分为路口、人行道、街道、交界以及交界入口五个部分。

顺沿道路中心线方向
细分街道，顺沿横断面细分，单独调节参数位置，通过纹理图、形状符号生成模型，进行三维建模[3]。

人行道拉伸高度，套用纹理，并设置行道树、路灯等设施。

街道建模要确认中心线方向以及横断面，并对隔离带、人行横道等建模。

横断面
建模主要包括人行道、非机动车道、机动车道以及交通设施构成。

根据行政道路
分级，可以分为单幅路、双幅路、三幅路以及四幅路，严格按照城市规划进行建模。

（六）地下管线
地下管线建模参照城市实体管线情况进行，充分结合地下管线具有连续性的特征，以规划编制单元为基本单位。

根据城市地形图、地下管线点以及管线图进行建模。

地下管线系统可以分为管点以及管线，管线建模主要为柱状结构，规则布置，管点位于管线连接位置，管线模型可以自动生成，输入竣工测量数据以及勘察数据，包括管径、埋深以及位置等信息，使用3Dmax软件生成模型，根据管线类型调用纹理并形成自动映射。

管点模型可以在模型库中调取，根据埋深、位置信息确认管点位置。

完成三维模型制作后，对细节位置处理，如接缝处理、圆滑处理等。

结论：综上所述，建设数字城市展开三维模型的建设，需要根据建模制作规范进行建模。

建模之前从多个渠道收集资料，充分保证资料的完整性和准确性，在数据资料基础上进行建模，包含地形结构、地面结构以及地下管线等，让地面结构和地下结构贴合，达到理想的三维建模效果。

未来要积极展开自动化建模，充分利用外业照片建模，提高建模质量以及准确度，应用于城市建设和规划中，发挥出更大的价值，推动数字城市的发展。

参考文献：
[1]王威,汪晓龙,冯健.城市级地质空间大数据分析系统的研究与实现[J].中国建设信息化,2021,{4}(13):72-74.
[2]薛兰格,郭振华.省级空间地理基础信息系统建设与实施——以贵州为例[J].城市勘测,2021,{4}(03):18-22.
[3]李德元,王宝山,赵栋梁,等.实景三维立体地形数据体系建设关键技术研究[J].测绘与空间地理信息,2021,44(S1):256-258.。