三维建模技术在数字城市中的应用

1 三维建模技术现状
国际上城市信息化建设与发展走过的道 路 ，大 体 上 经 历 了 四 个 建 设 阶 段 ：网 络 基 础 设施的建设，政府和企业内部信息系统建设，政 府企业上下游相互之间借助互联网实现互联 互通，数字城市综合集成与建设形成数字城市。 美国、加拿大、欧洲、澳大利亚等国家和地区，已 经完成第一到第三阶段的基础任务，目前主要 任务是不断提高各阶段成果的作用和水平并 进行数字城市的综合集成[1]。
虽然欧盟建立在一个和化的发展框架之 上：成员国相似的历史和文化背景，经济结 构和发展水平相近，贸易政策基本一致，它 们追求着相似的利益目标；虽然它在时刻以 统一方式和一致进度推进着一体化的发展： 各种经济政策通过超国家机构进行协调统 一。但其封闭型和排他性的贸易特征使一体 化规模难以扩大。
面对这一问题，考虑到自身长远发展， 欧 盟 于 2000年 签 订《 尼 斯 条 约 》，决 定 东 扩；积极推进与第三世界国家的经贸联系， 如利用地缘优势推行地中海战略，并有望于 2010年与地中海国家形成自由贸易区；与南 方共同市场正式签署了《欧盟—南方共同市 场地区间合作框架协议书》，于2005实现两
4 结语
文章对数字城市中的三维建模关键环节 进行探讨，总结了当前三维建模过程中的主要 技术和方法，并以实例的方式实现了三维建筑 物建模和发布，结果表明在数字城市建设中，主 要把握数据获取、三维建模和模型的发布与应 用三个环节，即能较好完成数字城市工作，使其 满足实际应用。
参考文献
[1] 朱庆,林珲.数码城市地理信息系统——虚 拟城市环境中的三维城市模型初探[M].武 汉:武汉大学出版社,2004.
规划和管理过程中重要的手段。文章对数字城市中的三维建模关键环节进行探讨，并以实例的方式实现了三维建筑物建模，结果表明该思
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路能满足实际应用。
关键词：数字城市 三维建模
中 图 分 类 号：P2
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1672-3791(2010)01(b)-0220-02
随 着 科 技 的 不 断 发 展 ，城 市 的 信 息 化 成 为了必然的趋势，数字城市的不断完善已经成 为城市壮大的新的契机，成为城市信息化建设 的目标。数字三维城市已成为城市规划和管理 中重要的手段。三维模型能够真实、生动地表达 三维空间信息，成为数字城市的研究重点。建筑 物的三维建模作为主要的建模内容有着重要 的地位，快速、逼真地建立建筑物的三维模型成 为建模的研究重点。
2 数字城市三维建模的关键内容
目前建筑物三维建模的一般流程如图1所 示。三维空间数据的获取，实质是空间定位数据 的采集。三维模型的建立与编辑，三维几何模型 是纹理数据和属性数据的载体，也是数码城市 GIS提供各种定量空间解析分析能力的基础。 建筑物表面纹理数据主要用于提供逼真的视 觉标识，增强对建筑物本身及其相互之间空间 关系的感知和识别。可视化技术的运用，用于增
“三维地理信息系统”构建三维数字城市 的方案如下。
(1)采用正射航空或卫星影像和地表高程 数据，在TerraBuilder中生成地表数据集；(2)将 地表数据集文件加载到TerraExplorer桌面应 用程序，并用编辑工具从本地数据库或网络上 的扩展GIS数据库中添加2D信息（花草、树木、 人物等）和三维建筑物模型（3Dmax建立的三 维 建 筑 物 ）信 息 ；( 3 ) 保 存 工 程 文 件 或 者 打 包 输出，使它能够被分配到CD/DVD ROM或 发布到网页上。Basic kit包含工程中用到的 所有的资源，因此它相对于源文件是独立的。
科技资讯 ２０１０ ＮＯ．０２
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
编 辑 、查 询 能 力 较 弱 。 (4)OpenGL开 发 。使 用 OpenGL＋ VC模
式，通过编程的方式建立模型。此方式能大量 使用数学曲线、曲面表达三维模型、自定义数 据结构、数据显示算法等。一般用于开发三维 基础软件。
(2)常用动画软件建模。如3D MAX等， 模型表达精细，建模工具丰富，但是数据结 构 复 杂 ，数 据 量 大 ，不 支 持 与 地 形 叠 加 ，且 不 能 交 互 编 辑 查 询 ，仅 限 于 动 画 浏 览 。
(3)专业软件建模。如MutiGen Creator 软件功能强大，支持大面积地形建模，支持 建筑物建模。模型数据结构简洁，可以在运 行 过 程 中 进 行 交 互 操 作 ，实 时 计 算 动 画 场 景 ，通 过 开 发 ，可 以 与 影 像 、矢 量 数 据 、 DEM数据等叠加。但表达不精细，数据交互
强用户与数据模型之间的交互操作性能，尤 其是与虚拟现实技术的结合，使得用户沉浸 于三维的场景中与模型数据直接进行交互操 作。 2.1 三维建模数据的获取
三维建模的首要任务就是要收集建模的 数据。在城市中存在着众多的数据源,这些数 据源包括：(1)规划建筑物的设计图纸及文档 资 料 。(2)城 市 数 字 地 图 ( 地 形 图 、地 籍 图 等 ) 和 2DG I S 数 据 库 。( 3 ) 摄 影 测 量 数 据 。数 字 摄 影测量不仅可以提供丰富的几何和纹理数 据 ，而 且 还 可 以 提 供 丰 富 的 拓 扑 和 语 义 信 息。(4)遥感数据。高分辨率遥感影像可以为城 市3D城市模型的建立提供详细、丰富的几何和 语义信息数据,是生成正射影像数据和DTM的 重要数据源。合成孔径雷达(SAR)是一种全天 时、全天候的微波成像雷达，不仅可以详细准确 地观测地形地貌，获取地球表面的信息，还可以 透过地表收集地表下面的信息。(5)混合测量系 统。混合测量系统中一个典型就是CCD相机和 全站仪组合系统。此系统可用于建筑物立面的 扫描及建筑场地的地形表示。此系统适合于建 筑物外部和内部数据的几何和纹理数据的获 取，解决了3D城市模型中内部数据获取困难的 问题。
就 当 前 的 应 用 需 求 来 说 ，场 景 三 维 建 模 需要的数据主要有：二维图形、地形数据、地表 图 像 、三 维 观 测 数 据 和 模 型 表 面 纹 理 等 。 2.2 建模方式
目前在数字城市的三维建模中有很多种 建立模型的方式。现介绍如下。
图 1 建筑物三维建模一般流程 ① 基 金 项 目 ：重 庆 市 科 学 技 术 委 员 会 科 技 攻 关 项 目（ 编 号 ：2008AC6113）。
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学 术 论 坛
( 1) 使 用 CA D 软 件 建 模 。A u t o CA D 软 件 具有强大的二维图形绘制功能及编辑功能， 是当今二维图形绘制软件的主流工具，这是 它的优点。但是它在三维图形建模、渲染处 理及动画制作方面功能较弱，不适合于复杂 三 维 模 型 的 建 造 和 动 画 的 制 作 。AutoCAD 模 型 表 达 精 细 、精 确 ，有 精 确 尺 寸 定 义 ,但 数据结构复杂、数据量大，不支持与地形的 叠 加 ，不 支 持 属 性 定 义 , 主 要 用 于 工 业 零 部 件建模和单独的桥梁等建筑物建模。
三 维 地 理 信 息 系 统 的 建 立 ，可 以 和 现 有 的二维地籍数据、规划数据、土地利用数据等结 合，分别形成三维地籍系统、三维规划系统、三 维土地利用系统等。这些三维系统具有快速的 三维漫游、查询、定位、统计、分析、打印输出等 功能，将更好地为“数字国土”服务。三维模型的 快速建立与更新，对维护三维地理信息系统数 据的现势性、直观性、更好地为国土资源利用提 供更好的决策，具有十分重要的作用和意义。
由 于 我 国 数 字 城 市 建 设 起 步 较 晚 ，目 前 处在四个阶段同步并举的时期，通讯基础设施
的进展速度比较快，政府和企业内部信息系 统建设的进展比较慢，数字城市的综合集成 还处在低级阶段。
三维建模是建立数字城市的重点,人们正 在通过各种各样的途径进行城市建模,而且已 经取得非常重要的进展。日本于1998年和1999 年举办了两次题为“Urban Multi-Media/3D M ap pi ng ”的 国 际 学 术 讨 论 会 , 众 多 学 术 论 文 对 三 维 城 市 模 型 、三 维 城 市 地 图 、计 算 机 城 市等相关内容进行了研究。2000年国际摄影测 量大会将研究3DCM中的复杂操作与分析列为 大 会 主 题 之 一 。有 许 多 大 学 、公 司 等 的 研 究 机构也致力于有关3DCM的相当热烈的研究与 开发。如瑞士苏黎世联邦工业大学的Gruen和 Xinhua对3DCM进行了深入的研究,为了解决 三 维 建 模 问 题 ,专 门 开 发 了 一 个 称 为 CyberCityModeler的系统,可以允许用户进行 交互式的三维对象建模。许多GIS软件公司以 极快的速度开发出了相当优秀的三维软件,如 Arc/Info的3DX模块;Gravitas的三维建筑设 计 软 件 等 [2]。
欧 盟 正 试 图 打 破 传 统 的 经 贸 方 式 ，力 图 剔除区域经济的弊端，此举也必将得到国际 社会的支持，国际贸易将走入一个更加开放 透明的大好环境。
我 们 可 以 看 到 ，欧 盟 正 在 为 建 立 一 个 更 加高效，科学的国际体系而不断优化自身的机 制和系统。通过区域组织自身的努力和国际社 会的支持，区域经济一体化给国际贸易带来 的负面影响将日渐减少，而国际经济一体化 的 实 现 时 为 不 远 。欧 盟 没 有 却 步 ，这 个 已 逾 不惑之年的区域组织在一阵阵经理浪潮的冲 击 下 ，根 基 愈 发 坚 固 深 邃 。他 是 一 位 经 历 过
3 应用
本 次 实 验 以“ 三 维 地 理 信 息 系 统 ”中 的 三 维建模为例。采用3Dmax软件实施建筑物三维
建 模 ，以 及 能 够 访 问 海 量 数 据 、具 有 强 大 二 次开发功能的三维地理信息软件 TerraExplorer Pro作为开发平台开发演示系 统（ 如 图 2 所 示 ）。
大 地 区 之 间 的 工 业 和 服 务 贸 易 自 由 化 ；在 《 洛 美 协 定 》的 基 础 上 ，与 非 洲 — 加 勒 比 海
—太平洋地区发展中国家签订了《科托努协 定 》，建 立 了 稳 定 的 联 系 国 合 作 关 系 ；为 了 进一步加强和亚洲的贸易合作，与亚洲以定 期召开亚欧首脑会议和亚欧商务论坛的方式 建立了新的合作伙伴关系。
[2] 胡鹏，黄杏元，花一新.地理信息系统教 程[M].武汉:武汉大学出版社,2007.
[3] 成遣,宋伟东,徐爱功,等.基于MAGIS的 城市三维可视化系统的建立[J].矿山测量,
2005(3).
图 2 三维城市地理信息系统
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占GDP的比重却变化不大；而且欧盟以外的 国家和地区对其出口依存度由1987年的25% 下降为1993年的23%。
目 前 ，在 实 际 应 用 技 术 中 ，较 为 普 遍 和 实 际的模型制作是利用3DMAX制作或者是利用 MultiGen Creator制作。 2.3 模型的发布与应用
采用提供了二次开发功能的数字城市开发 平 台 ，使 用 a sp .n et 技 术 ，开 发 了 一 套 能 够 实 现 对 矢 量 数 据 、影 像 数 据 、D E M、三 维 模 型 等 多 源数据集中管理的三维地理信息发布系统，从 而 实 现 三 维 场 景 的 显 示 、漫 游 、定 位 、查 询 等 功 能 ，为 决 策 部 门 提 供 辅 助 决 策 。
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学 术 论 坛
文雪中 1 潘建平 2 付飞飞 2 （1. 重庆勘测院 重庆 4 00 0 20 ；2 . 重庆交通大学土木建筑学院 重庆 40 00 74 ）
摘 要：地理信息系统和相关数字化技术的发展，使得传统的二维城市地理信息系统已经满足不了应用需求，三维数字城市已成为城市