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1、数字城市三维建模数字城市三维建模广东南方数码科技有限公司广东南方数码科技有限公司20112011年年3 3月月 数字城市三维模型数据内容 城市三维模型作为数码城市的骨架，不仅仅包括地形、地物（建筑物、交通网络，植被等）的三维空间几何表达，而且还包括这些地物的纹理特征（对地形来说，其纹理特征就是相对应的DOM）以及其他的相关属性信息。 城市三维模型数据生产的内容包括数字地面模型（Digital Elevation Model，简称DEM）、数字正射影像（Digital Orthoimage Map，简称DOM）、城市固定地物的三维模型数据（3D City Model Data，简称CMD）、材质
2、、纹理和相关的多媒体属性数据。数字城市三维模型的数据构成数字城市三维模型数据的获取与建模方法1、使用航空影像、地面测量数据以及地面摄影对建筑物结构和纹理进行提取。这种方式需要人工做大量后续处理，工作量较大，但数据成果较真实，现多用此方法生产数据。2、在地面使用激光扫描仪与GPS，通过测距求算获取。这种方式获取速度也较快，且所获取几何信息相当精确，但工作量相当大，是一种具有发展前景的方法。3、使用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提取。高分辨率影像卫星的出现，使得人们很容易快速获取一个实时的，不低于1m分辨率的城区影像图，对于高分辨率卫星影像目前可用要素法非常有效地判别建筑物，因而是最有发展潜力的
3、一种方法。基于摄影测量的三维城市建模利用解析测图仪或全数字摄影测量工作站可以非常便利地从高分辨率航空影像上获取三维城市模型数据包括数字地面模型、数字正射影像、城市固定地物的三维模型数据，所以目前摄影测量方法是获取三维城市模型数据主要方法。在建模时候，利用建模软件根据三维结构数据和数字高程模型建立起每一个城市目标的三维几何模型，并在此基础上整合表面真实纹理和其他多媒体属性数据或者直接插入其他已有的三维设计模型，从而形成逼真的三维城市景观模型。三维数字城市建模流程纹理拍照纹理拍照属性采集属性采集DEM航片、航片、DOM测量矢量数据测量矢量数据建模平台建模平台白模生产白模生产图图像像软软件件纹纹理理
4、生生产产模型编辑模型编辑纹理映射纹理映射属性定义属性定义数据转换数据转换三维城市景观模型三维城市景观模型属性录入属性录入数字表面模型数字表面模型纹理制作方法纹理采集：纹理采集：1、同一建筑用一张照片无法表现建筑的高、矮、长、短的，照片之间需要有重叠部分进行首尾相连，以便表现出建筑的风格。2、拍照要做到先整体后局部，拍摄时应注意照片的连续性，常用顺时针或逆时针的拍摄顺序，不能出现跳跃性的拍照。 3、相机镜头与建筑实体之间尽量避免不需要的杂物，尤其是实体上的广告牌，不能让杂物遮档住字面和画面。4、尽量将相机视线垂直于要拍摄的面。纹理制作方法纹理处理：纹理处理： 查看采集到的照片，选定一个基准面在p
5、hotoshop中打开，对基准面进行纠正。以基准面为准，将单栋建筑所有的面都处理好，严格保证门窗、建筑附属物、墙体高度的比例。单面做好后对建筑物整体进行匀光、亮度、色彩饱和度进行调整，使得建筑物色调一致，颜色亮丽柔和，纹理清晰。纠正前纠正后最终展开的结果模型制作方法房屋模型：房屋模型：1、将原始地形图中分离出来的建筑物底线导入3dmax中。2、根据调绘资料对房屋的主体部分和附属部分分别挤出，严格控制高程精度。3、单独分离出屋顶的面，根据外业照片和正射影象图建房顶结构，有女儿墙的要建女儿墙。对照外业照片检查模型，修改与照片不符的地方。4、模型建立好后，将前面处理好的纹理对照片赋给模型的每个面。模
6、型制作方法场景模型：场景模型：1、场景模型的建立同房屋一样，先到入地形图，再在地形土的基础上分别将花坛、 水池、道路、地面等建立起来。2、将植被、独立地物等小品模型按地形图上的位置安放到场景模型中。三维城市数据的质量控制三维城市模型数据质量控制的含义主要指在数据从采集到最后生成的一系列过程中，对可能引起误差的步骤和过程加以控制，对这些步骤和过程的一些指标和参数予以规定，对检查出的误差和错误进行修正，以达到提高系统数据质量和应用水平的目的。三维城市模型数据的质量控制，是针对其中可度量和可控制的质量问题而言的，主要集中在数据源的选择和处理部分。数据质量控制应贯穿整个数据生产过程中。数据源选择中的质
7、量控制数据采集中的质量控制的目的主要是提高源数据的精度和质量（白模的精度）；提高航片数据处理的精度（屋顶结构和高度精度）；提高实地场景纹理采集的正确性和完整性（实地场景还原的精度）。建模过程中的质量控制的目的主要是削弱建模过程中各种计算方法对数据精度的影响，如数据坐标变换、比例变换、纹理投影变换等；减少数字高程模型内插误差（如改进内插算法等）。对阶段性的数据需要及时进行各项检查，保证几何信息的完整、拓扑关系的一致、属性信息的一一对应（如通过人工交互检查）。数据完成后的质量检查数据完成后必须对所有的数据整体组装后进行集成检查，包括数据精度是否符合要求，几何信息是否完整（如是否缺面、少点）、属性信
8、息是否一致（如纹理显示是否正确），以及拓扑关系的一致（如屋角的垂直关系、屋顶边界点的共面等）。几种主要的质量控制方法正射影像的套合检查正射影像的套合检查正射影像套合检查的目的主要是找出建模过程中是否有遗漏的对象、对象位置和屋顶纹理的正确性、对象内部关系的合法性如空间点的共面特性、空间直线的平行特性和相互垂直特性等。这种检查可以通过逐一调出每个目标的几何模型数据并套合正射影像数据或DLG数据以及实地调绘资料进行多角度对比检查。几种主要的质量控制方法几何约束关系的质量检查几何约束关系的质量检查几何约束关系的质量检查的目的主要是为了排除三维模型之间或模型内部的几何不合法性，这些不合法性可能体现在面与
9、面的关系，点与面的关系，线与面的关系，体与体的关系上，如体与体之间不能重叠，面与面的角度有一定限制，线与面不应相交或交点不应在面的内部等。这些检查的内容可以由用户指定，如用户可以指定检查一片区域内的房屋相邻侧面是否互相垂直，或者指定检查所有的电力线是否都不和建筑物相交等。自动检查的结果不一定都一定是错误的，只能作为可疑的对象列出，并由用户依据资料核实其正误。几种主要的质量控制方法属性查询的逻辑检查属性查询的逻辑检查在建立三维模型的过程中，由于数据的建模过程通过人机交换处理完成，所以如果原始数据不合理或人为错误，则可能“造”出各种不符合逻辑的模型。例如生成的建筑物的宽度过小、高度过高或过矮，结构
10、或纹理的比例和表现不合理等。对于这种建筑物，当然不能绝对的认为其一定错误，但很有必要把它们一一列出，以便作业员根据资料一一核实。几种主要的质量控制方法三维可视化的人工检查三维可视化的人工检查为了更直接和全面地检查数据，可以建立三维可视化的环境，直观地对所有数据进行检查。这个过程需要人工交互，由操作人员根据数据显示的效果来判断数据的各种拓扑关系是否合理，纹理是否被正确无误地贴在对应的位置。要实现这个过程，需要系统具有强大方便的可视化功能。最基本的功能包括漫游、旋转、缩放、鸟瞰、沿路径飞行等。有了这些基本的手段，操作员可以方便的进行各项检查。几种主要的质量控制方法DEM质量控制质量控制在地面高程发
11、生突变的时候，比如坡度较大的陡砍，坡度的上边缘与下边缘之间的距离小于DEM格网间隔的时候，坡度总是与实际地形不一致。在地面高程发生突变的地方，总有人工地物的一角或者一边切入地下，被DEM所吞噬，这个时候往往要修改人工地物的下脚点，如，山上的建筑物，山上的道路。为了逼真的重现地表，制作近地面地物几何模型时，根据DEM生成的面模型需修改建筑基底高程或DEM高程。几种主要的质量控制方法DOM质量控制质量控制DOM数据主要是叠加在DEM数据上，用来增强三维地形的真实性。因此，在三维城市模型数据中DOM数据采用原有的2D质量控制方法和相关内容。DOM分辨率要满足该成图比例相应规范要求，数学基础正确，按一
12、定的分幅范围进行裁剪，相邻DOM图幅是要保证一定像素的重叠，相邻DOM图幅的色调保持一致，附件质量：主要指所上交的文档资料填写内容完整、格式正确、元数据文件内容完整等要符合要求。几种主要的质量控制方法地物三维模型数据质量控制地物三维模型数据质量控制地物三维模型数据质量控制主要是基于地物（主要是建筑物）三维模型的拓扑关系和空间位置来实现的。地物三维模型数据的几何拓扑关系主要是点、线、面、体之间或者内部之间的关系，如：两点点同高或者共线、线与线平行或者垂直、点是否在某个面内、建筑物具有一定的对称性、体与体之间不能重叠交叉、是否有裂缝、炸开、废点、废线、废面等 。基于点、线、面、体之间几何约束关系的
13、质量检查。模型空间位置质量控制主要是模型的平面和高程位置是否正确。几种主要的质量控制方法纹理及属性数据的质量控制纹理及属性数据的质量控制三维城市模型数据中的纹理数据及属性数据是相当庞大，对数据一一进行质量检查相当耗时，在三维建模阶段的纹理数据及属性数据的质量控制一般采用质量抽检检查法。纹理数据质量问题主要体现在纹理命名错误、纹理丢失、纹理空间错误、纹理逻辑错误、纹理表现不足、纹理像素和尺寸错误等。模型属性质量问题主要在模型命名错误、模型名称、楼层、地址等属性错误。几种主要的质量控制方法纹理及属性数据的质量控制纹理及属性数据的质量控制纹理数据是否模糊。纹理表现是否完整。纹理是否扭曲、变形。纹理相
14、对位置关系是否正确。建筑物相邻侧面的纹理特征是否衔接。纹理命名是否正确。建筑物侧面纹理是否与建筑物层数一致。建筑物纹理是否与周围环境相协调。纹理空间立体感是否处理较好。纹理逻辑是否错误。相关案例根据国家标准和行业标准，结合合肥市自身需求制定适用于合肥市的三维建模工作标准和规范。建立项目区域内约300平方公里地形地貌、建筑地物及景观的三维模型，并入库管理构建数字城市信息平台。 “数字玉溪”是根据国家标准和行业标准，结合玉溪市自身需求制定适用于玉溪市的三维建模工作标准和规范。在该标准和规范条件下利用已有的数据，建立项目区域内地形地貌、建筑地物及景观的三维模型，并入库管理构建数字玉溪信息平台，建模面
15、积约70平方公里。“数字玉溪数字玉溪”项目项目 上海三维城市建设项目是 “数字上海”的一部分，主要工作内容是把上海市的地面建筑、道路、水系、植被及其附属物，附着物依据现实场景为标准，建设虚拟现实场景。上海三维城市项目上海三维城市项目 典型案例介绍典型案例介绍 2009年6月10日，由国家测绘局、安徽省测绘局、合肥市政府共同参与的“数字合肥”地理空间框架建设工程评审暨共享共建合作协议签署仪式在合肥举行，这标志着“数字合肥”地理空间框架建设工程正式启动。 2010年9月，南方数码通过中标，承担了由合肥市土地管理信息中心委托的合肥市蜀山区和庐阳区的城市三维景观建设任务。 项目背景项目背景 本项目的建
16、设目标是根据国家标准和行业标准，结合合肥市自身需求制定适用于合肥市的三维建模工作标准和规范。在该标准和规范条件下利用已有的数据，建立项目区域内地形地貌、建筑地物及景观的三维模型，并入库管理构建数字城市信息平台。项目目标项目目标地地形形地地貌貌建建筑筑地地物物数据入库数据入库模型生产模型生产标准制定标准制定景景观观小小品品项项目目总总体体目目标标数字合肥信息平台数字合肥信息平台制定三维建模标准制定三维建模标准项目合同要求项目合同要求1、制定合肥市三维建模工作的标准和规范。2、完成蜀山区和庐阳区内所有建筑模型建模生产入库。3、完成蜀山区和庐阳区建筑附属、道路附属、绿化小品等模型生产入库。4、完成模
17、型基本属性的录入挂接。5、坐标参考采用1980西安坐标系、1985国家高程基准。6、提交的成果包括原始模型文件（格式：*.3ds）、最终汇总成果文件（格式：*.wrl）以及原始纹理库和材质库。7、工期要求：2010年12月10日完成主体工作。项目节点项目节点完成合肥市蜀山区和庐阳区全区共完成合肥市蜀山区和庐阳区全区共403403平方公里的平方公里的外业采集、模型生产、属性录入、成果入库等工外业采集、模型生产、属性录入、成果入库等工作，其中模型生产区域约作，其中模型生产区域约300300平方公里（其余部分平方公里（其余部分为农田、水域、林地等不需要建模区域）。为农田、水域、林地等不需要建模区域）
18、。完成面积完成面积完成内容完成内容成果入库成果入库内业模型生产内业模型生产DOM处理处理DEM处理处理模型属性录入模型属性录入1980西安坐标系西安坐标系1985高程基准高程基准格式转换格式转换外业场景采集外业场景采集建筑模型：建筑模型：5800058000个个绿化模型：绿化模型：1000010000个个路灯模型：路灯模型：2000020000个个桥梁模型：桥梁模型：3535个个小品模型：小品模型：1800018000个个其它模型：其它模型：350350个个属性挂接：属性挂接：5800058000条条完成数量完成数量总模型数总模型数108000建筑模型建筑模型58000个个绿化模型绿化模型10
19、000个个路灯模型路灯模型20000个个桥梁模型桥梁模型35个个小品模型小品模型18000个个其它模型其它模型350个个属性挂接属性挂接58000条条数据成果数据成果1 1、提交了蜀山区和、提交了蜀山区和庐阳区完成属性录入庐阳区完成属性录入挂接的挂接的MultiPatchMultiPatch格格式的模型成果库、纹式的模型成果库、纹理库和理库和WrlWrl、3DS3DS格式格式模型成果数据。模型成果数据。2 2、提交了蜀山区和、提交了蜀山区和庐阳区完成坐标转换庐阳区完成坐标转换处理的处理的DOMDOM成果数据。成果数据。3 3、提交了蜀山区和、提交了蜀山区和庐阳区完成建筑基底庐阳区完成建筑基底整
20、平的整平的DEMDEM成果数据。成果数据。提交成果提交成果中间成果中间成果1 1、提交了外业、提交了外业实地采集场景实地采集场景照片。照片。2 2、提交了外业、提交了外业采集原始底图。采集原始底图。3 3、提交了外业、提交了外业采集原始记录采集原始记录表。表。提交成果提交成果文档成果文档成果1 1、项目技术设计书。、项目技术设计书。2 2、项目实施方案。、项目实施方案。3 3、项目总结报告。、项目总结报告。4 4、项目自检报告（附原始、项目自检报告（附原始检查记录表）。检查记录表）。5 5、项目实施报告（项目实、项目实施报告（项目实施过程中的节点汇总，问施过程中的节点汇总，问题解决情况汇总等）
21、题解决情况汇总等）提交成果提交成果项目投入项目投入领导管理领导管理组、外业组、外业组、内业组、内业组、质检组、质检组、后勤组、后勤组共组共5 5个大个大组，组，2121个个小组，总小组，总投入人员投入人员152152人。人。投入主要人员投入主要人员工作场景一览工作场景一览广州项目部广州项目部合肥项目部合肥项目部投入主要设备投入主要设备序号名称数量型号备注1计算机120台兼容机专业图形显卡2相机50台佳能 20倍光学变焦3绘图仪1台HPA1幅面4工程车1辆金龙50座5办公设备及软件1套作业软件、外业记录设备等工作流程从工作流程从数据采集预数据采集预处理开始进处理开始进行项目资料行项目资料准备，外
22、业准备，外业场景采集及场景采集及模型生产完模型生产完成模型检查成模型检查和生产，通和生产，通过坐标及格过坐标及格式转换完成式转换完成成果入库。成果入库。工作流程工作流程成成果果入入库三三维模模型型生生产 数数据据采采集集及及预处理理采集数据采集数据满足要求足要求场景采集、属性景采集、属性调查否否否否格式格式转换数据入数据入库PhotoShop3ds max三三维成果数据成果数据满足要求？足要求？三三维成果数据成果数据场景美化景美化处理理纹理理编辑模型建立模型建立模型属性模型属性录入入DEM处理理DOM处理理数据数据预处理理矢量及白模矢量及白模标准制定准制定坐坐标转换1 1、据要求，项目最、据要
23、求，项目最终数据成果的展示及终数据成果的展示及应用平台为应用平台为ESRIESRI公司公司的的ARCGLOBEARCGLOBE平台，数平台，数据需入库到据需入库到ARCGISARCGIS的的MultiPatchMultiPatch中，而采中，而采用用ARCGISARCGIS自带的导入自带的导入工具只能逐个模型单工具只能逐个模型单独导入，入库的速度独导入，入库的速度较慢，且容易出错。较慢，且容易出错。为此，我司专门开发为此，我司专门开发了模型批量入库的脚了模型批量入库的脚本，成功将成果模型本，成功将成果模型批量的跳过并记录错批量的跳过并记录错误转换，完成批量模误转换，完成批量模型入库。型入库。采
24、用新方法采用新方法2 2、在在最最终终的的成成果果展展示示中中，城城市市景景三三维维观观模模型型需需和和数数字字正正射射影影像像图图、数数字字高高程程模模型型一一起起在在统统一一坐坐标标系系统统下下叠叠合合到到应应用用平平台台上上使使用用，形形成成虚虚拟拟地地表表模模型型及及立立体体城城市市景景观观。而而在在正正射射影影像像图图、数数字字高高程程模模型型和和城城市市三三维维景景观观模模型型的的叠叠加加中中，由由于于数数字字高高程程模模型型的的现现势势性性和和精精度度不不足足，城城市市景景三三维维观观模模型型和和虚虚拟拟地地表表模模型型在在附附合合的的过过程程中中常常出出现现部部分分凹凹陷陷和和
25、局局部部托托起起的的现现象象，不不符符合合现现实实又又影影响响美美观观。为为此此，我我司司采采用用了了求求模模型型投投影影面面内内DEMDEM均均值值抹抹平平后后替替换换原原DEMDEM的的方方法法，较较好好地地解解决决了了城城市市景景三三维维观观模模型型和和虚虚拟拟地地表表模模型型接接合合的的问问题题，确确保保了了城城市市三三维维景景观观成成果的准确性、合理性、美观性。果的准确性、合理性、美观性。采用新方法采用新方法1 1、外业自检、外业自检完完成成了了测测区区所所有有外外业业实实地地场场景景照照片片的的检检查查工工作作，对对照照片片模模糊糊，照照片片丢丢失失的的情情况进行重新补照。况进行重
26、新补照。2 2、模型成果检查、模型成果检查完完成成了了所所有有模模型型的的检检查查，对对模模型型纹纹理理丢丢失失，模模型型漏漏面面，模模型型裂裂缝缝，纹纹理理尺尺寸寸错错误误等等进进行行了了修修改改并并重重新新检查。检查。自检查情况自检查情况3 3、模型格式转换检查、模型格式转换检查完完 成成 了了 模模 型型 从从 WrlWrl格格 式式 到到MultiPatchMultiPatch格格式式转转换换的的检检查查，对对转转换换模模型型丢丢失失，纹纹理理丢丢失失，空空间间坐坐标标错错误误的的问问题题进进行行了了修修改并重新转移和检查。改并重新转移和检查。4 4、属性挂接检查、属性挂接检查完完成成
27、了了模模型型属属性性挂挂接接的的检检查查，对对模模型型属属性性挂挂接接丢丢失失，挂挂接接错错误的问题进行了修改。误的问题进行了修改。5 5、成果入库检查、成果入库检查完完成成了了成成果果模模型型数数据据入入库库的的检检查查，对对模模型型入入库库丢丢失失，纹纹理理丢丢失失，坐坐标标丢丢失失的的问问题题进进行行了了修修改。改。自检查情况自检查情况本项目在外业场景采集过程本项目在外业场景采集过程中，测区内共有有中，测区内共有有547547个单个单位不允许拍照，后经业主多位不允许拍照，后经业主多方协调和帮助，对不能拍照方协调和帮助，对不能拍照单位重新进行了地毯式的补单位重新进行了地毯式的补采集，但仍有部分单位（主采集，但仍有部分单位（主要为工厂、科研基地、小区、要为工厂、科研基地、小区、学校）不允许拍照，因此形学校）不允许拍照，因此形成了数据空洞。在数据库中，成了数据空洞。在数据库中，缺失的数据不影响项目成果缺失的数据不影响项目成果的总体运行和应用。我司承的总体运行和应用。我司承诺，如后继原不允许拍照的诺，如后继原不允许拍照的单位经协调可以采集场景，单位经协调可以采集场景，我司将继续完成该部分数据我司将继续完成该部分数据的生产入库。的生产入库。遗留问题遗留问题成果一览成果一览成果一览成果一览成果一览成果一览谢谢！谢谢！
