基于DSM和TDOM的城市三维模型构建(1)

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【关键字】 城市三维模型
DSM TDOM 像素工 厂
精细三维城市建模专项任务中，我们通过“像素工厂” （Pixel Factory，PF）生产的数字表面模型（DSM）和真正 射影像（TDOM），可以较好地解决这些问题。
2 DSM和TDOM获取
符合这些条件才能够生产出符合质量要求的真正射影像。
3 模型构建基本流程 基于数字表面模型构建城市三维模型具有很大的优 势，首先数字表面模型包含地表每一点的高程信息，直接
建筑物的侧面纹理一般不能从影像数据中获得，通常 需要实地拍摄获取。粘贴侧面纹理之后的建筑物模型如图5 所示。
4 结论 在“数字城市”建设中，利用DSM、TDOM快速建 立城市三维模型具有很大的优势和发展前景，但DSM、 TDOM的获取是摄影测量与遥感领域的前沿课题，其大规 模应用还处于起步阶段，随着科学研究与技术的发展，其 应用必将广泛。
虽然DSM与TDOM叠加可以快速获得城市三维模型，
高精度DSM纠正消除了所有视差，建立了完全垂直视角的 但是在实际应用中，由于DSM的精度越高其数据量越大，
地表景观，建筑物保持垂直视角，因此在真正射影像上， 在软件调用数据和快速浏览时势必造成不利的影响，最好
只显示了建筑物的顶部，不显示侧面，避免了高大建筑物 的解决办法是利用已有的DLG数据或者根据TDOM构建筑
对其它地表信息的遮挡，其所包含的信息更全面、更丰 物基本轮廓，在DSM上获取建筑物的准确高程，从而生成
富。因此，TDOM在城市空间信息领域中应用前景非常广 建筑物的几何模型。具体办法是，首先将DLG数据投影到
阔。TDOM真正射影像如图2所示。
DSM上，通过高程内插方式获得建筑物矢量上各角点的高
“像素工厂”是一套大型的遥感影像处理系统，系统 程，然后按照同一房顶高程相同的几何约束，利用最小二
基于集群处理技术，具有若干计算能力强大的计算节点， 乘原理得到建筑物顶面的最优高程。 其次对DSM进行滤波
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Discovery
探 索 · 信 息 化
图3
图5
DLG
DSM
建筑物海拔高程
建筑物高度
TDOM
DEM
建筑物地面点高程
提取建筑物顶部纹理
构建建筑物几何模型
实地拍摄像片 TDOM DEM
DSM是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地 将数字表面模型以高程为基准进行拉伸，即可以得到城
面高程模型；而DEM只包含了地形的高程信息，并未包含 市的三维高程显示效果（图1）。像素工厂可以输出ascii
其它地表信息。DSM是在DEM的基础上，进一步涵盖了除 和tif格式的数字表面模型，并且可以很容易转换为其他
1 引言 现阶段的大规模数字城市三维建模过程中，建筑物 模型基本上是基于矢量图形将其通过建筑物的层高进行赋 值拉伸得到，其高程信息不够精确；同时在使用数字高程 模型(DEM)和数字正射影像(DOM)进行地表建模时，由于 DOM上建筑物存在投影差，建筑物模型不能够与影像完 全重叠。如何解决这些问题，快速建立更加精确的数字城 市三维模型成为一个十分重要的课题。在“数字泰州”非
地面以外的其它地表信息的高程模型，信息更加丰富，更 格式，也可以构建TIN模型。利用DSM数据，经过数字
来自百度文库
能真实反映地表地物的高程信息。在一些对地物高度有特 微分纠正处理，生成TDOM数据。采用三维软件（例如
别精度需求的领域，DSM可以得到充分的利用，具有很强 ArcScene），将TDOM与DSM进行叠加，可以看到所有建
5 尤红建,苏林, 李树楷.利用机载三维 成像仪的DSM数据自 动提取建筑物[J].武汉 大学学报•信息科学 版,2002,27(4):408-413
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的技术优势。基于DSM构建的三维模型如图1所示。
筑物、高架桥、树木等地物的顶部影像能够和DSM完美叠
TDOM是利用DSM，采用数字微分纠正技术，改正原 加，从而可以快速获得包括地表景观和建筑物顶部影像信
始影像的几何变形，使影像上每一点都被纠正为垂直视角 息的三维模型。如图3所示。
而形成的影像图。尤其在繁华的城市地区，TDOM像通过
提取建筑物侧面纹理 地形三维模型
建筑物三维模型
图4
处理，得到建模区域的DEM数据，同理将DLG投影到DEM 上得到建筑物矢量所对应的地面高程，将二者相减从而获得 房屋准确高度。将建筑物矢量数据基于所获取的高度信息进 行垂直拉伸即可以得到建筑物的几何模型。
三维模型构建的基本流程如图4所示。 建筑物三维模型除了需要构建其空间几何关系外，还 需要其相应的纹理才能在计算机中真实地表达出实际三维物 体。在目前以手工为主的三维建模过程中，贴纹理是一项非 常费时费力的工序。TDOM中由于建筑物都已经被纠正为垂 直投影，建筑物的顶面可以直接在TDOM中提取，投影到建 筑物的顶面几何模型上，节约了纹理处理的时间。
输入数码影像、卫星影像或者传统光学扫描影像，能够自 动实现影像匹配、地物过滤、影像拼接、整体匀色和分幅 输出，在少量人工干预的条件下，经过一系列的自动化处 理，生成数字表面模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、数 字正射影像(DOM)和真正射影像(True DOM)等。高精度的 DSM和TDOM，对于航摄影像的航向重叠度和旁向重叠度 要求分别至少达到68%和75%，原则上要求基高比（B/H）小 于0.3。另外，还要保证在航向和旁向分别至少有3度重叠，
Discovery
探 索 · 信 息 化
图1
图2
【摘 要】
城市三维模型的 建立能够全方位地、
基于DSM和TDOM的城市三维模型构建
直观地给人们提供有 关城市的各种具有真
◎ 江苏省基础地理信息中心 虞泰泉 沈泉飞
实感的场景信息，较
之平面二维数据具有 更多的优越性。新一 代海量影像处理系统 “像素工厂”可以生 产高精度的DSM和 TDOM，为数字城市 三维建模提供更为精 确的基础数据。