三维场景构建手册(2016)

站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一

三维场景构建手册

1技术背景

精细、准确、逼真的三维场景是所有站场管理都需要的基础数据，目前基于三维数据的站场管理平台有着强烈的市场需求。以下为“站场三维场景构建及应用系统”课题对应的研究内容。

图1-1 站场三维场景构建及应用系统框架

在三维场景构建方面，我们已经熟练掌握了航空摄影测量、倾斜摄影测量、激光扫描测量和3DMAX 单体精细建模，正积极进行激光扫描技术与全景影像技术相匹配后的“激光全景”技术研究。

在综合以上多种技术最后实现“三维场景构建”方面，本手册总结几种组合方案，对其优劣性和实用性做出评价，然后逐项介绍流程、关键步骤和操作技巧。

本手册主要依托软件有：

●单体建模软件，如AutoCAD、3DS Max、点云（如CitoVision）和倾斜模型建模软件（如Smart

3D、Dp Modeler）等；

●场景集成软件，如Skyline平台软件、全景影像平台软件等。

2方案分析

从数据采集角度考虑，三维建模的数据源包括：航空摄影成果、倾斜摄影成果、激光点云成果、设计图纸。基于任何一种数据源都可以实现三维建模（此外还有照片、视频、全景影像等媒体形式因为没有空间坐标的概念，所以仅能作为纹理参考或者基于三维模型进行展现）。下面分析4种数据源的特点。

表2-1 几种数据源应用于三维建模的优劣势分析

序号数据源优势劣势典型案例效果

1 航空摄影成果

（DEM和

DOM叠加模

型）

效率最高

效果最差，无法表

示细节。

2 倾斜摄影成果

（敏捷Tin表

面模型）

效率高，整体

效果好

细节有瑕疵，局部

细节需要用

3DMax精模补充。

3 激光点云成果

整体效果一

般，细节效果

最好

周期长（效率低），

成本高。

4 设计图纸效率较高，整

体效果一般，

细节效果与

实际出入大

成本低，无法表现

细节。

针对如上分析，需要组合这些方法，以达到符合项目需求的最佳效果。下边针对几种组合方案进行分析，并依次为推荐的顺序。

表2-2 站场建模方案组合的适用范围

序号建模方案适用范围特点

1 基于倾斜摄影测量的敏捷建所有地形条件下站场效率高，成本低，侧面纹理表现写实，整体表现力较高、

站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一模的快速建模细节表现力差。

2 基于倾斜摄影测量的敏捷建

模+局部3DMax精模

所有地形条件下站场

的快速建模

效率较高，成本较高，整体和细节表现力都好。

3 基于航空摄影测量或者设计

图的快速建模

平原地区站场的快速

建模

效率高、成本低，整体表现力一般，房顶和地面纹理表

现写实，其它细节需要利用模型库和设计图生成，与现

场有一定出入。

4

基于激光或倾斜摄影的

3DMax精细建模

所有地形条件下站场

的精细建模

效率低，成本高，只有不计成本的项目使用。下图为采用方案3完成的某站场三维模型。

图2-1 基于航空摄影测量（方案3）的某典型站场的三维模型

3流程

站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一

图4.1-1 加载影像数据

●加载高程模型

图4.1-2 加载高程模型

3）数据处理

●创建金字塔

将加载的DOM和DEM数据生成金字塔。选中需要创建金字塔的数据，点击Resolution Pyramid。

●编辑处理DOM和DEM数据异常

DOM处理

利用Clip Polygon工具，将DOM、DEM接边处进行裁切。

图4.1-3 影像接边处理

站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一

不规则工艺设备无法通过拉伸获得，所以建议采用3DMax精模下图为某站场矢量化案例：

图4.2-1 某站场矢量化案例

如果以航测正射影像纹理为主，推荐方案二。

表4.2-2 站场建模矢量化图层方案二

序号图层名称内容

1 内部道路线状符号，通常是沥青或水泥路面，可行车

2 围墙线状符号，包括围墙、铁丝网、栏杆等

3）将矢量文件转为Shapefile格式

矢量化完成后，使用Global Mapper将矢量文件转化为Shapefile文件。转化输出时面要素被输出成Areas，线要素被输出成Lines。

图4.2-2 输出成Shapefile文件

4.3 单体粗模

1）导入矢量数据

用Terra Exploer/Home/Load GIS Layer/Shapefile加载矢量文件。导入的要素图层，可以通过右键进

一步，Convert to Group，以便后续拉伸，制作粗模。

2）批转化为模型

这些导入的Group要素可以由系统提供的程序，自动生成建筑物、围墙、管道、电力线等模型。

操作时，使用系统提供的功能，提前选择表示对象位置的要素，在系统提供的功能最下边一行，选择Selected Group，然后执行，则程序会按照Group的空间位置，批制作对应模型。

建筑物也可以这样做，用其本身的字段控制房屋高度和纹理。效率很高，但效果不好。可以先拉起模型，随后再逐一编辑修改。

图4.3-1 复杂围墙高级建模选项

3）单体建模

选择Building功能，首先标记房顶轮廓线，右键结束；然后将该范围拖至正确的位置放置。用属性修改房顶结构和纹理即可。建筑物属性非常丰富，在此不再赘述。

图4.3-2 某典型的单体建筑物效果

4.4 自动建模

基于CAD二次开发3D PIPE，实现专业的管道数据基于数据自动生成，包括如下程序：