面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用

面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用

摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，城市化进程不断推进，在计算机技

术及多媒体技术支持下，数字城市应运而生，标志着城市现代化的来临。在数字

城市建设中，采用三维建模可以将模型精准化、精细化，运用激光扫描技术可以

得到超精细化的三维模型数据，真正实现了三维模型数据获取的高效性及精细化。本文将对三维建模相关技术在数字城市建设中的应用具体分析，以提供更加精准、可靠的数据信息，推动数字城市建设步伐。

关键词：数字城市；三维建模；关键技术；激光扫描

将计算机、多媒体技术及大容量存储技术为基础，将宽带网络作为纽带，综

合运用了遥测、仿真-虚拟、GPS等技术，多空间、多维度、多种类的对城市三维

描述，将城市的过去、现在及未来呈现在网络中，进而实现数字化虚拟的过程就

是数字城市。当前，数字城市被提出了新的建设思路，即“一库+一平台+N个典型应用”。其中，对空间数据库统一、包括二维专题数据、三维数据、二维基础数据的统一就是一库；地理信息公共服务平台是指一平台，一平台具有权威性及全区

统一性，主要提供各种数据服务；将N个服务区实际需求应用系统建立起来就是

N个典型应用。其中，通过三维数据可以客观、真实的将数字城市建设情况反应

出来。数字城市建设中，涉及到传统手工三维建模技术、三维激光扫描技术、倾

斜摄影测量半自动建模技术等，本文将对这些技术应用具体探究。

1 传统手工三维建模技术应用

数字化城市建设中，出现最早的就是传统手工三维建模技术，主要包括三大类，即三维地形模型、三维灰体模型及三维精细模型。下面对三种模型制作具体

探究。

三维地形模型制作。叠加DOM影像在已经存在的DEM基础上，然后将叠加

的DOM与DEM结合，使用地形生成软件，最终可以将三维地形模型生成；三维

灰体模型制作。通过三维模型软件自动生成地形图建筑物矢量数据与建筑物高度

信息，体现了高度自动化的模型制作；三维精细化模型制作。获取地物精准平面

位置，运用1：500比例尺地形图与高分辨率的DOM影像数据，然后将地物主体

顶部精准高程获取，通过航测的方式。获取地物纹理照片，使用外业采集方式，

并且对纹理照片使用PS软件处理，将手工模型制作出来，使用3ds Max，最终整

合三维精细模型与三维地形模型场景。该模型有着真实性高、较高的测量精度等

优势，但不足是建模周期较长，三维数据时间需求难以满足。

2 三维激光扫描建模技术

在数字城市建设中，三维可视化要求较高，对于一些复杂高度的地物来说，

采用传统手工建模将难以将这类地物建模要求满足，这就需要运用到三维激光扫

描技术。可以分为定点三维激光扫描、车载激光扫描两种三维激光扫描建模方法，可以对复杂立交桥、钢厂地上管线、历史文化保护等建模，三种建模方式存在相

似性，不同的是工作方式。图5为三维激光扫描技术应用流程。

图1 三维激光扫描技术应用流程

2.1定点三维激光扫描技术

利用了激光测距原理，可以对被测体的大量密集点三维坐标记录，同时记录地物反射率

与纹理相关信息，从而将被测目标的三维模型构建出来，获取图件数据，包括线、面、体等

图件数据。三维激光扫描技术之所以被看作是从单点测量到面测量的技术突破，是因为三维

激光扫描系统可以获取被测对象大量数据点。为此，三维建模运用该技术，有着更加显著的

效果。

2.2车载激光扫描技术

车载激光扫描技术与定点三维激光扫描技术不同之处在于可以移动测量，将激光扫描仪

放置到移动的车辆上进行移动式作业。移动车辆或者其他用于承载装置的平台（移动平台）、POS系统、导航传感器、测量系统构成了车载激光扫描测量系统。使用车载扫描仪器可以短

距离内作业，为此，有着采集密度大、速度快、精度高等优势，且可以沿着街道行驶，不会

影响到周围交通，应用上较为便捷，可以将街道两侧的地物信息，包括纹理信息、几何信息

等及时获取到，已经成为获取城市空间信息的重要手段。其流程详见图2。

图2 车载激光扫描技术应用流程

通过上述流程，可以将三维点与云数据快速获取到，同时可以将纹理信息快速获得，对

于复杂结构的三维模型构建更加快速。除了以上优势以外，还能够将街景数据获取到，当前，应用车载激光扫描可以将四环内立交桥三维精细模型获取。但是缺点是有着较高的应用成本、且数据后期处理任务繁重。为此，复杂结构三维建模及超精细化三维建模适合应用该模式。

3 倾斜摄影测量半自动建模技术

建模精细化及超精细化问题依靠三维建模及激光扫描技术可以解决，但是很多空间信息

需要快速获取到，有着快速获取三维模型的需求，此时应用以上两种技术依然难以满足要求。为此，需要使用倾斜摄影测量技术。实际上，倾斜摄影测量技术是一种机载三维激光扫描技术，分为低空倾斜摄影测量与中高空倾斜摄影测量建模两种，这是基于该测量技术半自动建

模方式划分的。两种建模方法有着相同的技术原理，但是使用的机型载体与航高不同，为此，适用于不同范围。首先，获取建筑物顶部依及侧面的激光点云，通过机载LiDAR，从而将建

筑物整体框架激光点云数据获取到，云数据的作用是对建筑物体框模型制作；然后，采集地

物影像，使用垂直相机与倾斜相机，获取纹理数据，通过程序半自动匹配，进而制作完成精

细化模型。倾斜摄影测量技术优势体现在POS数据解算、点云数据建模、点云数据处理、密

集匹配及遮挡检测。整个建模技术流程详见图3。

图3 基于倾斜摄影测量半自动建模技术流程

4 应用案例

某城市历史文化保护中使用了三维激光扫描与传统手工三维建模结合的方式，对整个保

护区域三维建模，实现对旧城的信息化保护。对旧城保护策略分析应用到数据浏览、分析等

方法，并且叠加了其他的二维数据，使旧城保护更加直观与精细化。使用传统手工三维建模

对该市某小学室内三维建模，基于Unity 3D平台，室内三维模型叠加管线数据实时获取，可

以更好的对应急路线规划、室内设施管理等提供指导。对该市的科技园区开展全三维建模，

并且结合了该园区经济发展目标及要求，在土地规划、项目管理、产业布局等业务系统中进

行三维建模，叠加经济业务数据在三维模型数据基础上，依据当地展示厅要求，实现室内展

厅建模工作，通过传统手工建模实现，取得了非常好的展示效果。同时，该城市的住建业务、地下管线等方面应用三维建模技术也均取得了显著成果。

结束语：

本文主要对数字城市建设应用到的三维建模技术进行了具体探究，包括传统手工三维建模、三维激光扫描建模、倾斜摄影测量半自动建模等方式，三种建模技术均在数字城市建设

中有着广泛应用，并且有着各自的优势及适用范围，均取得了显著的应用效果。均可以提供

精准、客观、全面的数字信息，为数字城市建设提供科学指导，为未来智慧城市建设提供了

坚实的技术支持。

参考文献：

[1]关丽，丁燕杰，张辉，冯学兵，谭向农，赵金玲.面向数字城市建设的三维建模关键技

术研究与应用[J].测绘通报，2017（02）：90-94.

[2]马普军，刘新芳.数字城市建设中的三维建模[J].科技展望，2016，26（10）：183.