三维数字城市建模技术

三维数字城市建模技术

摘要：数字理念应用于城市规划，工程检测，交通服务，政策决定等方面，并

在应用中进一步推广了数字应用的纵深发展。使用较为先进的信息化手段，能够

为城市的规划、建设、管理、运营以及一些应急措施的应用发挥良好作用。三维

数字城市的建模，能够在很大程度上有效提高政府的实际服务和管理水平，从而

有效增强城市的管理效率，为有效节约城市资源发挥重要的作用。

关键词：三维数字；城市建模；建模技术

1引言

城市三维空间信息则具有直观性强、信息量大、内容丰富等优点。三维GIS

作为一种能够综合地处理各种空间和属性信息的工具在城市规划、国土监测、交

通管理、辅助决策等方面都有广泛的应用，随着人们对三维GIS的认识的不断深入，对城市三维信息需求的不断增加进而提出了三维城市模型的概念。通过对三

维GIS中三维城市模型理论及相关的技术方法的探讨，对今后三维城市模型的研

究有更为深刻的认识，为今后的工作提供指导。

1.1数字城市概述

随着信息技术的高速发展，美国率先提出了国家信息基础设施和全球信息基

础设施计划，随之越来越多的国家加入到全球信息化的行列，从而演变出了数字

城市的基本概念。数字城市主要是通过对空间信息的应用，构筑一个虚拟的平台，其中，关于一些社会资源、基础设施、自然资源、人文以及经济方面的信息和内容，能够通过数字形式进行有效获取，从而为社会和政府提供众多的服务。通过

数字城市的建设，能够为实现城市信息的综合应用，提供良好的效果。可持续发

展是当前社会的重要发展原则之一，对于社会生产生活具有重要影响。建设数字

化的城市，能够有效促进可持续发展，增强城市的发展效力。

1.2数字城市是数字地球建设中的重要节点，在实现数字地球计划中占有举足轻重的地位。数字城市建设随着计算机水平的提高，目前正向三维数字城市方向

快速发展。自“数字地球”的概念提出以来，在国际国内已引起广泛的关注。数字

城市作为数字地球的一个节点，是数字地球中一个不可缺少的重要组成部分。数

字城市的建设不仅仅是城市地图的数字化和大比例尺地图测绘、计算机化，它有

自身的技术体系。因此，进行相关技术的研究和理论的探讨对数字城市的建设不

仅是必要的，而且是必须的。数字城市的建成将为城市各行各业提供权威的、唯

一的、通用的空间信息平台，有力促进各部门地理信息资源共享与应用，充分发

挥地理信息在政府宏观决策、应急管理、社会公益服务、人民生活改善等方面的

作用。

2三维技术构建及建模方法

数字城市需要一个逼真的模拟，实时动态的环境中，考虑到硬件限制和虚拟

现实系统。数字城市建模和模拟的动画要求建模方法有一个显着不同的数字城市

建模模型分割和纹理映射技术。目前众多世界城市虚拟场景结构在以下方面：基

于模型和BR这两种方法可以实现在3DSMAX中验证。多边形模式是第一次使用

的建模技术，用一个小平面来模拟表面，从而形成各种形状的三维对象的一个小

的平面可以是三角形，矩形或其它多边形，但在实践中更多的使用三角形或矩形。多边形建模的，直接创建基本几何体，根据要求修改调整对象的形状，或使用放

样面片建模，组合对象创建的虚拟现实工程，多边形建模的主要优点是简单、方便、快捷，但它产生一个光滑的表面，因此适于构建规则形状的对象，如大多数

的人造物体的多边形建模技术是困难的，同时可根据要求，只可通过调整的参数

建立的虚拟现实系统该模型可以得到不同的分辨率的模型的虚拟场景的实时显示

的需要和适应。

目前实现三维建模的方法大致有以下几种：一是直接利用三维建模软件，如

计算机辅助设计软件（AutoCAD）、三维动画渲染和制作软件（3DStudioMax）等

工具人机交互式三维建模；二是直接利用GIS的二维数据和高度信息建立三维模型，但这种方法只局限于规则对象的建模；三是基于数字摄影测量原理对物体快

速建模。随着数据采集技术的不断发展和自动化，根据三维激光点云数据自动构

建三维模型正成为研究的热点。

3三维数字城市建模技术

3.1数字摄影测量技术

数字摄影测量技术的飞速发展与高分辨率卫星影像的出现，使三维数据大批

量地快速获取已成为可能。这种建模方法主要的原理是基于遥感影像数据，根据

遥感影像之间的相互关系，利用数字摄影测量的基本原理，建立相应的交会模型，进而得到实际地物点的三维坐标，并且建立数字地表模型，再通过相应的纹理映

射关系，实现三维景观模型的建立。该技术能够帮助设计人员进行目标建筑物的

几何空间与高程数据的快速构建，并且精度高、快速成像。因此，数字摄影测量

技术在三维建模中具有十分重要的作用。

3.2航空摄影测量技术

在三维建模领域，航空摄影测量技术的应用较早，在多年来的发展中，已经

非常成熟。使用该技术，能够创建立体环境，实现三维模型数据的位置、高度、

形状信息的快速与准确获取。然后结合外业纹理采集与正射影响屋顶信息能够进

行精细三维模型的构建。然而该技术对建筑物纹理进行提取的过程中，侧面纹理

无法被有效获取，因此，同新时期我国的精细化城市三维建模的要求不符。

3.3机载/车载激光扫描技术

在对该技术进行应用的过程中，所构建而成的模型在细节方面可以被充分的

表现出来，因此能够形成较高的精度，不需要进行大量的外业就能够完成建模。

然而，在应用该技术提取数据的过程中，需要经历复杂的算法过程，可供操作的

软硬件短缺，在构建三维模型的时候，应对大量的数据进行应用，如果三维场景

模型范围较大，那么在后期传输、存储数据以及浏览的时候，难度较高。

3.4倾斜摄影测量技术

在对近景测量技术和航空摄影技术进行综合应用的过程中，就产生了倾斜摄

影测量技术。使用倾斜摄影技术时，能够有效及时地获取到较为丰富的空间影像

情况，还能够将其分级别地进行应用，这对于三维建模工作的有效进行，具有较

为明显突出的作用。倾斜摄影技术主要是通过倾斜的角度进行成像的，因而，相

较于传统的直观角度，这种技术能够让用户们从多个角度进行观察，对于形象、

直观地展示地理实际形态具有重要作用，有效改善了正射影像的不足之处。该技

术可以从多个层面对建筑物进行观察，同时也能够对贴图纹理进行批量提取，拥

有较快的建模速度，也能够更加真实的对地物周边环境进行反映，同时仅需要应

用少量的数据就能够完成建模。该技术已经成为我国数字城市精细化三维建模技

术未来发展的重要方向。

结语

不断发展的城市环境建设过程中，人工、地形和资源共享等原因造成的耗时长、工作量大等问题会影响建设效率，而应用三维数字城市建模技术可以有效解