基于SketchUp和ArcGIS的城市三维可视化研究_许捍卫
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三维模型建立以后 , ArcGIS三维可视化就简单 得多 , ArcGIS针 对数据量的大小 , 提供 了两个工具 软件 ArcScene和 ArcGlobe以 供选择 。 同样也可以 利用 ArcEngine进行三维可视化定制 。
2.SketchUp三维建模 SketchUp中文名称叫做建筑草图大师 , 给用户 提供了一种可以称作计算机草图的手段 , 几乎可以 说是将 “工作模型 ”和 “手绘草图 ”两种传统辅助设 计手段完美地融合在一起 。 SketchUp模型之所 以有如此 的延展 性和灵活 性, 关键在于面和体的建模和编辑的简便性。 SketchUp包含 “线 ”和 “面 ”两个 基本的制 图要素 。 线构成面 , 面构成体 [ 2] 。 (1)点建模 在三维环境中 , 有一些地物被直接抽象为点状 要素 。 如雕像 、旗杆 、公交站 点 、树 木等 。 旗 杆 、路 灯等这些点状要素几何形状规则 , 建模与面状地物 的建模无异 。 (2)线建模 线状要素的建模 主要包括道路 、河流 、三维管 道等的建模 。在 SketchUp软件中没有单纯的 “线 ” 建模 , 把线认为是带有一定 面积的空间立 体面 , 比 如把道 路看 做是 具有 一定宽 度的 面 。 另 外 , 利用 SketchUp地形工具中的悬 置工具可以将 道路投影 到起伏的地形上 , 生成三维道路线 。 (3)面建模 SketchUp中的面通常具有面积和周长的特征 , 像建筑物 、足球 场 、草坪 等的建模 。主 要是建筑物 的建模 , 建模过程可以分为 两个步骤 , 一是几何建
图 1 SketchUp三维景观模型
三 、基于 SketchUp和 ArcGIS的 三维建模与可视化
1.SketchUp和 ArcGIS间的数据流动 为使 GoogleSketchUp和 ArcGIS间能进行三维
模型数据的双向 流动 。 利用正 确的二维数据 进行 三维建模 , 建模后能使二 、三维数据协同工作 , 必须 安 装 Google SketchUp 6 GIS Plugin控 件 , 并 将 SketchUp6 Tools工具条添加到 ArcGIS相应程序的
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测 绘 通 报 2010年 第 3期
SketchUp中 , 并在 SketchUp中进行建模 。 将建好的 模型导出成 ESRIMultiPatch(＊.mdb)格式的数据 。 最后在 ArcScene或 ArcGlobe中完成三维地理信息 的可视化 。
维拉伸 。 建筑物的纹理数据由数码相机获取后 , 利 用 Photoshop进行图片处理 , 形成高质量的纹 理数 据 , 利用导入的数据和纹理数据在 SketchUp中共同 进行城市的三 维建 模 , 完 成后 导出 到 ArcScene或 ArcGlobe中进行三维可视化 。
界面上
。
如图 2所示 , 首先利用 ArcMap对欲建模 的二 维数据进行编辑优化 , 特别是多边形数据的断点问 题 , 能直线连接的尽量使中间不要有断点 。 这样可 以减少后面建 模的数 据量 。 接着利 用 SketchUp6 GISPlug-in工 具 将 所 需 要 建 模 的 要 素 导 出 到
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测 绘 通 报 2010年 第 3期
文章编号 :0494-0911(2010)03-0052-03
中图分类号 :P208 文献标识码 :B
基于 SketchUp和 ArcGIS的城市三维可视化研究
许捍卫 , 范小虎 , 任家勇 , 张志强
(河海大学 地理信息科学系 , 江苏 南京 210098 )
本文对城市三维可视化的方法进行了研究 , 针 对二 、三 维 GIS平 台 的一 致 性 , 提 出 采 用 Google SketchUp和 ArcGIS相结合的模式进行三维建模和 可视化 , 并分析了相应的工作流程与存在问题 。
二 、城市三维可视化方法
城市三维模型可视化工具主要有 MultiGenCreator、 Vega、 AutoCAD 3Dmax、 VRMap、 IMAGIS以 及 GoogleSketchUp等 。各种软件在视景仿真 、虚拟战 场 、虚拟城市 、模拟设计 、交互式游戏等方面各有所 长 。其中各种常见的 三维模型软件平 台及其数据 格式见表 1所示 。
(4)地形建模 SketchUp包含一组独特的被称为 “沙盒 ”的工 具 , 用于处理地形信息 。 可以使用 “沙盒 ”工具从导 入的等高线创建平滑的地形 ;还可以使用 “沙盒 ”工 具通过创建护道 、山 坡 、山脊和 山谷来改变地 形的 形状 , 并且添加道 路 、小路 、建筑基础 等 ;也可 以导 入外界软件格式的地形 , 如 TIN、DEM、等高线等 。 图 1为在 SketchUp软件中包含了点 (路灯 、景 观树等 )、线 (道路 )、面 (植被 、建筑物等 ), 而且叠加 了地形的一个简单的三维景观模型 。
传统的三维可视 化采用专门的建 模与展示平 台 , 一般没有相应的分析以及与二维数据的联合分 析等功能 。 在数 字城市中 , 除三维可视化 外 , 还需 要具有相应的空间分析功能 , 也就是说与传统的二 维 GIS的平台一致性问题 , 这样涉及二 、三维平台一
致性的问题 , 而 ArcGIS在传统的 GIS领域占有相当 的市场份额 , 如果三维数据采用 ArcGIS平台进行可 视化与空间分析 , 无疑将具有巨大优势 。 可原来的 ArcGIS数据结构与平台使 ArcGIS本身实现三维建 模困难 重重 , 而 GoogleSketchUp的 出现使 得利 用 ArcGIS平台进行城市三维可视化成为可能 [ 1] 。
图 2 SketchUp和 ArcGIS的三维建模互动
2.建模过程中应注意的问题 1)在此要注意的问题是坐标系的设置 , ArcGIS 中的数据必须要有坐标系 , 否则 SketchUp模型建完 后数据无法导出成 ESRIMultiPatch(＊.mdb)格式 。 2)建模过程中要遵循一个原则 , 模型数据量不 能过大 , 否则会影响运行的 速度 , 即要 以最少的数 据量达到最真实 的现实效果 , 忽略细节 , 突出模型 特征 。 可以通过 群组 、组件 方式来建模 , 减少面的 数量 , 以纹理图片来代替模型细节等 。 3)在 将 Sketchup模型导出为 MultiPatch格式 时 , 有可能会出现部分纹理丢失的现象 。 这要求在 Sketchup建模过程中要注意正反面的区别 , 删除多 余的线和面 , 如 模型 过大 , 可 以将模 型分 解 , 依次 导出 。 3.城市三维建模流程 利用 GoogleSketchUp和 ArcGIS进行三维模型 其流程如图 3所示 , 首先在 ArcMap中对 DLG数据 进行处理 , 数据必须有坐标 系 , 尽量规 则化以及减 少中间不必要的点 , 对于建筑物要有高度字段并有 高度值 。这样导出到 SketchUp文件能自动进行三
MultiGen
很好
Obj 几何 形 体 +材 质 + WaveFront 一般 纹理
Vrl 几何形体 +材质 +纹 理 +光照
VRML
较好
1.ArcGIS三维可视化技术 在 ArcGIS8.3 以前 的版 本中 , 几何图 形均 以 点 、线 、面形式存在 , 不支 持三维数据 , 而后 ArcGIS 支持一种新的 要素类 MultiPatch(多片 ), 专门 用来 描述三维实体表面 , z值作为三维坐标中的高度值 。 ArcGIS9.0 以后的版本 , 在 ArcCatalog中 可以直接 创建 Shape字 段为 MultiPatch类 型的要 素类 (FeatureClass)。 ArcGIS本身 对 MultiPatch的支 持在 使 用时只 能通过 ArcObjects编程实现 。 另外 3DsMax
ArcGIS不直接 提供 建模 工具 , 建模 一般 通过 ArcObjects采 用 两 个 接 口 IconstructMultiPatch和 IgeneralMultiPatchCreater来实现 , 但其纹理 、材质设 置较为复杂 , 参数众多且调 试困难 , 一 般不适宜于 大数据量的场景构建 。 而作为三维标 注符号导入 的 3DsMax、OpenFlight、VRML等三维实体也是单个 实体建立 , 且要求模型不能 太复杂 , 这 同样不适宜 于大数据量的场景构建 。 虽然可以利用 ArcEngine 把其他 三 维 场 景 (＊.3ds、＊.flt、＊.vrl)转化 成 MultiPatch要 素 类 , 但还 是 需要 编 写程 序 。 Google SketchUp的出现为 ArcGIS三维建模提供了一条简 捷的通路 , 具体如何工作在下文阐述 。
图 3 三维建模工作流程
四 、结束语
目前有多种方式可以实现城市三维可视化 , 但 都有其本身的缺点 。而 SketchUp作为一 种方便易 用又功 能强大的三维 建模软件 , 加上 GoogleEarth 中免费海量的数据源作基础 , 与 ArcGIS强大的空间 分析相结合 , 提高了建模的效率和降低了对专业建 模人员的限制 , 极大 地降低了三维建 模的成本 , 是 近年来城市三维可视化中的一个新的亮点 , 已显现 出广阔的发展前景 。
一 、引 言
随着城市建设的 加快 , 城市 规模急剧膨 胀 , 传 统的城市管理模 式急需变革 , 而数字地球 、数字城 市随着数字技术 、网络技术 、空间信息 技术以及虚 拟现实技术的发展越来越成熟 , 并渗入到城市管理 的方方面面 。截至 2008年初 , 全国已有 30多个城 市开展了数字城市地理空间框架建设的试点工作 , 并取得了初步成果 , 而城市三维可视化是构建数字 城市或虚拟城市的前提和基础 , 特别是在城市规划 建设与展示上 , 有利于提高城市的管理水平 。
Researchon3DVisualizationofDigitalrcGIS
XUHanwei, FANXiaohu, RENJiayong, ZHANGZhiqiang
摘要 :城市信息三维可视化是构建数字城市的前提和基础 , 而二 、三维 GIS平台的一 致性使数字城市 应用系统具有 更广泛的应用 前景 。 对各种三维可视化软件进行分析 , 并以 GoogleSketchUp和 ArcGIS为 例 , 对城市信息 三维可视 化以及对 应的空间 分析进行 探讨 , 并研究其相应的三维建模流程与相关技术问题 。 关键词 :GoogleSketchUp;ArcGIS;三维建模 ;数字城市
模 , 先在 SketchUp中导入参考底图 (遥感影像 、CAD 数据 、shp格式等 ), 得到建筑物的轮廓 , 再拉伸得到 初步框架并进行细部修改 ;二是纹理 建模 , 用 数码 相机拍摄建筑物的各个侧面的照片 , 并在 Photoshop 中进行校正处理 , 作为材质导入到 SketchUp软件中 对模型贴图 , 另外 软件本 身也 带有大 量的 常用 的 材质 [ 3] 。
收稿日期 :2009-04-24 作者简介 :许捍卫 (1969— ), 男 , 浙江杭州人 , 副教授 , 博士 , 主要研究方向为地理信息系统应用 。
2010年 第 3期 许捍卫 , 等 :基于 SketchUp和 ArcGIS的城市三维可视化研究
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创建的 3Ds(＊.3ds)格式 、MultiGenCreator创建的 OpenFlight(＊.flt)格式和 VRML(＊.vrl)格式可通 过三维标注 符号 (3D MakerSymbol)显示 在地图数 据上 。
表 1 几种常见的三维模型格式及对应软件系统
文件格式 包含的三维图形
软件系统 通用性
DXF/DWG 几何形体 +颜色
AutoCAD 好
3Ds
几何形体 +颜色 +纹 3DStudioMAX 很好 理 +光 照 +相 机 + 动画
OpenFlight几何形体 +颜色 +纹 理 +光 照 +相 机 + 动画
2.SketchUp三维建模 SketchUp中文名称叫做建筑草图大师 , 给用户 提供了一种可以称作计算机草图的手段 , 几乎可以 说是将 “工作模型 ”和 “手绘草图 ”两种传统辅助设 计手段完美地融合在一起 。 SketchUp模型之所 以有如此 的延展 性和灵活 性, 关键在于面和体的建模和编辑的简便性。 SketchUp包含 “线 ”和 “面 ”两个 基本的制 图要素 。 线构成面 , 面构成体 [ 2] 。 (1)点建模 在三维环境中 , 有一些地物被直接抽象为点状 要素 。 如雕像 、旗杆 、公交站 点 、树 木等 。 旗 杆 、路 灯等这些点状要素几何形状规则 , 建模与面状地物 的建模无异 。 (2)线建模 线状要素的建模 主要包括道路 、河流 、三维管 道等的建模 。在 SketchUp软件中没有单纯的 “线 ” 建模 , 把线认为是带有一定 面积的空间立 体面 , 比 如把道 路看 做是 具有 一定宽 度的 面 。 另 外 , 利用 SketchUp地形工具中的悬 置工具可以将 道路投影 到起伏的地形上 , 生成三维道路线 。 (3)面建模 SketchUp中的面通常具有面积和周长的特征 , 像建筑物 、足球 场 、草坪 等的建模 。主 要是建筑物 的建模 , 建模过程可以分为 两个步骤 , 一是几何建
图 1 SketchUp三维景观模型
三 、基于 SketchUp和 ArcGIS的 三维建模与可视化
1.SketchUp和 ArcGIS间的数据流动 为使 GoogleSketchUp和 ArcGIS间能进行三维
模型数据的双向 流动 。 利用正 确的二维数据 进行 三维建模 , 建模后能使二 、三维数据协同工作 , 必须 安 装 Google SketchUp 6 GIS Plugin控 件 , 并 将 SketchUp6 Tools工具条添加到 ArcGIS相应程序的
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测 绘 通 报 2010年 第 3期
SketchUp中 , 并在 SketchUp中进行建模 。 将建好的 模型导出成 ESRIMultiPatch(＊.mdb)格式的数据 。 最后在 ArcScene或 ArcGlobe中完成三维地理信息 的可视化 。
维拉伸 。 建筑物的纹理数据由数码相机获取后 , 利 用 Photoshop进行图片处理 , 形成高质量的纹 理数 据 , 利用导入的数据和纹理数据在 SketchUp中共同 进行城市的三 维建 模 , 完 成后 导出 到 ArcScene或 ArcGlobe中进行三维可视化 。
界面上
。
如图 2所示 , 首先利用 ArcMap对欲建模 的二 维数据进行编辑优化 , 特别是多边形数据的断点问 题 , 能直线连接的尽量使中间不要有断点 。 这样可 以减少后面建 模的数 据量 。 接着利 用 SketchUp6 GISPlug-in工 具 将 所 需 要 建 模 的 要 素 导 出 到
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测 绘 通 报 2010年 第 3期
文章编号 :0494-0911(2010)03-0052-03
中图分类号 :P208 文献标识码 :B
基于 SketchUp和 ArcGIS的城市三维可视化研究
许捍卫 , 范小虎 , 任家勇 , 张志强
(河海大学 地理信息科学系 , 江苏 南京 210098 )
本文对城市三维可视化的方法进行了研究 , 针 对二 、三 维 GIS平 台 的一 致 性 , 提 出 采 用 Google SketchUp和 ArcGIS相结合的模式进行三维建模和 可视化 , 并分析了相应的工作流程与存在问题 。
二 、城市三维可视化方法
城市三维模型可视化工具主要有 MultiGenCreator、 Vega、 AutoCAD 3Dmax、 VRMap、 IMAGIS以 及 GoogleSketchUp等 。各种软件在视景仿真 、虚拟战 场 、虚拟城市 、模拟设计 、交互式游戏等方面各有所 长 。其中各种常见的 三维模型软件平 台及其数据 格式见表 1所示 。
(4)地形建模 SketchUp包含一组独特的被称为 “沙盒 ”的工 具 , 用于处理地形信息 。 可以使用 “沙盒 ”工具从导 入的等高线创建平滑的地形 ;还可以使用 “沙盒 ”工 具通过创建护道 、山 坡 、山脊和 山谷来改变地 形的 形状 , 并且添加道 路 、小路 、建筑基础 等 ;也可 以导 入外界软件格式的地形 , 如 TIN、DEM、等高线等 。 图 1为在 SketchUp软件中包含了点 (路灯 、景 观树等 )、线 (道路 )、面 (植被 、建筑物等 ), 而且叠加 了地形的一个简单的三维景观模型 。
传统的三维可视 化采用专门的建 模与展示平 台 , 一般没有相应的分析以及与二维数据的联合分 析等功能 。 在数 字城市中 , 除三维可视化 外 , 还需 要具有相应的空间分析功能 , 也就是说与传统的二 维 GIS的平台一致性问题 , 这样涉及二 、三维平台一
致性的问题 , 而 ArcGIS在传统的 GIS领域占有相当 的市场份额 , 如果三维数据采用 ArcGIS平台进行可 视化与空间分析 , 无疑将具有巨大优势 。 可原来的 ArcGIS数据结构与平台使 ArcGIS本身实现三维建 模困难 重重 , 而 GoogleSketchUp的 出现使 得利 用 ArcGIS平台进行城市三维可视化成为可能 [ 1] 。
图 2 SketchUp和 ArcGIS的三维建模互动
2.建模过程中应注意的问题 1)在此要注意的问题是坐标系的设置 , ArcGIS 中的数据必须要有坐标系 , 否则 SketchUp模型建完 后数据无法导出成 ESRIMultiPatch(＊.mdb)格式 。 2)建模过程中要遵循一个原则 , 模型数据量不 能过大 , 否则会影响运行的 速度 , 即要 以最少的数 据量达到最真实 的现实效果 , 忽略细节 , 突出模型 特征 。 可以通过 群组 、组件 方式来建模 , 减少面的 数量 , 以纹理图片来代替模型细节等 。 3)在 将 Sketchup模型导出为 MultiPatch格式 时 , 有可能会出现部分纹理丢失的现象 。 这要求在 Sketchup建模过程中要注意正反面的区别 , 删除多 余的线和面 , 如 模型 过大 , 可 以将模 型分 解 , 依次 导出 。 3.城市三维建模流程 利用 GoogleSketchUp和 ArcGIS进行三维模型 其流程如图 3所示 , 首先在 ArcMap中对 DLG数据 进行处理 , 数据必须有坐标 系 , 尽量规 则化以及减 少中间不必要的点 , 对于建筑物要有高度字段并有 高度值 。这样导出到 SketchUp文件能自动进行三
MultiGen
很好
Obj 几何 形 体 +材 质 + WaveFront 一般 纹理
Vrl 几何形体 +材质 +纹 理 +光照
VRML
较好
1.ArcGIS三维可视化技术 在 ArcGIS8.3 以前 的版 本中 , 几何图 形均 以 点 、线 、面形式存在 , 不支 持三维数据 , 而后 ArcGIS 支持一种新的 要素类 MultiPatch(多片 ), 专门 用来 描述三维实体表面 , z值作为三维坐标中的高度值 。 ArcGIS9.0 以后的版本 , 在 ArcCatalog中 可以直接 创建 Shape字 段为 MultiPatch类 型的要 素类 (FeatureClass)。 ArcGIS本身 对 MultiPatch的支 持在 使 用时只 能通过 ArcObjects编程实现 。 另外 3DsMax
ArcGIS不直接 提供 建模 工具 , 建模 一般 通过 ArcObjects采 用 两 个 接 口 IconstructMultiPatch和 IgeneralMultiPatchCreater来实现 , 但其纹理 、材质设 置较为复杂 , 参数众多且调 试困难 , 一 般不适宜于 大数据量的场景构建 。 而作为三维标 注符号导入 的 3DsMax、OpenFlight、VRML等三维实体也是单个 实体建立 , 且要求模型不能 太复杂 , 这 同样不适宜 于大数据量的场景构建 。 虽然可以利用 ArcEngine 把其他 三 维 场 景 (＊.3ds、＊.flt、＊.vrl)转化 成 MultiPatch要 素 类 , 但还 是 需要 编 写程 序 。 Google SketchUp的出现为 ArcGIS三维建模提供了一条简 捷的通路 , 具体如何工作在下文阐述 。
图 3 三维建模工作流程
四 、结束语
目前有多种方式可以实现城市三维可视化 , 但 都有其本身的缺点 。而 SketchUp作为一 种方便易 用又功 能强大的三维 建模软件 , 加上 GoogleEarth 中免费海量的数据源作基础 , 与 ArcGIS强大的空间 分析相结合 , 提高了建模的效率和降低了对专业建 模人员的限制 , 极大 地降低了三维建 模的成本 , 是 近年来城市三维可视化中的一个新的亮点 , 已显现 出广阔的发展前景 。
一 、引 言
随着城市建设的 加快 , 城市 规模急剧膨 胀 , 传 统的城市管理模 式急需变革 , 而数字地球 、数字城 市随着数字技术 、网络技术 、空间信息 技术以及虚 拟现实技术的发展越来越成熟 , 并渗入到城市管理 的方方面面 。截至 2008年初 , 全国已有 30多个城 市开展了数字城市地理空间框架建设的试点工作 , 并取得了初步成果 , 而城市三维可视化是构建数字 城市或虚拟城市的前提和基础 , 特别是在城市规划 建设与展示上 , 有利于提高城市的管理水平 。
Researchon3DVisualizationofDigitalrcGIS
XUHanwei, FANXiaohu, RENJiayong, ZHANGZhiqiang
摘要 :城市信息三维可视化是构建数字城市的前提和基础 , 而二 、三维 GIS平台的一 致性使数字城市 应用系统具有 更广泛的应用 前景 。 对各种三维可视化软件进行分析 , 并以 GoogleSketchUp和 ArcGIS为 例 , 对城市信息 三维可视 化以及对 应的空间 分析进行 探讨 , 并研究其相应的三维建模流程与相关技术问题 。 关键词 :GoogleSketchUp;ArcGIS;三维建模 ;数字城市
模 , 先在 SketchUp中导入参考底图 (遥感影像 、CAD 数据 、shp格式等 ), 得到建筑物的轮廓 , 再拉伸得到 初步框架并进行细部修改 ;二是纹理 建模 , 用 数码 相机拍摄建筑物的各个侧面的照片 , 并在 Photoshop 中进行校正处理 , 作为材质导入到 SketchUp软件中 对模型贴图 , 另外 软件本 身也 带有大 量的 常用 的 材质 [ 3] 。
收稿日期 :2009-04-24 作者简介 :许捍卫 (1969— ), 男 , 浙江杭州人 , 副教授 , 博士 , 主要研究方向为地理信息系统应用 。
2010年 第 3期 许捍卫 , 等 :基于 SketchUp和 ArcGIS的城市三维可视化研究
53
创建的 3Ds(＊.3ds)格式 、MultiGenCreator创建的 OpenFlight(＊.flt)格式和 VRML(＊.vrl)格式可通 过三维标注 符号 (3D MakerSymbol)显示 在地图数 据上 。
表 1 几种常见的三维模型格式及对应软件系统
文件格式 包含的三维图形
软件系统 通用性
DXF/DWG 几何形体 +颜色
AutoCAD 好
3Ds
几何形体 +颜色 +纹 3DStudioMAX 很好 理 +光 照 +相 机 + 动画
OpenFlight几何形体 +颜色 +纹 理 +光 照 +相 机 + 动画