【文章內(nèi)容簡介】 只有對客戶的需求進(jìn)行綜合分析，并針對本系統(tǒng)的特點，才能制定出合適的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及交換原則。制定出一份好的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，能讓數(shù)據(jù)更好的完成共享，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換也會變得輕松、高效。本文主要討論的 GIS 數(shù)據(jù)是三維空間數(shù)據(jù)，因此，如何達(dá)成快速、準(zhǔn)確、形象地表達(dá)建筑物的空間平面位置和豎向特征是目前 GIS 三維領(lǐng)域研究所急待解決的重要問題。 三維模型的數(shù)據(jù)源包括空載激光掃描、衛(wèi)星影像、航空影像、近距激光掃描、近景攝影、人工測量和 GIS/CAD 導(dǎo)出數(shù)據(jù)等。這些方式取得的數(shù)據(jù)各自有各自的特點，制作出來的模型也各不相同，可以應(yīng)對不同類型場景的數(shù)據(jù)要求，例如，衛(wèi)星影像和航空影像以及空載激光掃描一般應(yīng)用在大范圍場景的三維建模上，近距激光掃描、近 景攝影和人工測 量應(yīng)用于高精 度三維模型的數(shù) 據(jù)獲取中，GIS/CAD 導(dǎo)出數(shù)據(jù)是利用已有二維數(shù)據(jù)制作三維場景，其特點是自 6 動化程度高，方法簡單，速度快，缺點在于場景模型的精細(xì)度低。 遙感影像 在三維場景模擬中，遙感影像通常用于建立地形，方法是基于相應(yīng)區(qū)域的 DEM 數(shù)據(jù)疊加現(xiàn)有遙感影像以完成三維地形的顯示?？?以對現(xiàn)有 DWG 格式的地形圖做處理，將不必要的圖層刪除掉，保留建筑物物、標(biāo)注點、綠地面、道路面、樹木點以及等高線所在的圖層，將其中的等高線圖層提取出來，進(jìn)行內(nèi)插處理，生成的地形 DEM。在使用影像圖之前需要對影像圖做校正和投影變換，對DEM 和影像圖的融合可產(chǎn)生能真實反映地表起伏和地面紋理的數(shù)據(jù)集文件。在缺少等高線數(shù)據(jù)且地形起伏沒有明顯影像的情況下，也可以直接用影像圖作為地形底圖使用。 在三維建模的時候，通常需要導(dǎo)入矢量圖作為坐標(biāo)和比例的依據(jù)，矢量圖可以通過對遙感影像的矢量化來獲取 。 近景攝影測量 近景攝 影測量是采用攝影手段來確定目標(biāo)物體外形及大小數(shù)據(jù)的一種測量方法，其關(guān)鍵在于數(shù)字照片的定位和相機(jī)的姿態(tài)定位，兩者直接影響到測量及成像精度。 傳統(tǒng)攝影測量使用專門為近景攝影測量設(shè)計的測量攝影器械，這種攝影機(jī)有很多優(yōu)點，如光學(xué)性能好、機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，這樣獲得的測量數(shù)據(jù)精度更高，但由于專業(yè)的器械價格相對比較昂貴，且不便于攜帶，因此在攝影測量的過程中使用的更多的是普通的數(shù)碼相機(jī)，又稱為非量測攝影機(jī)。 影響攝影測量精度的因素包括：攝影質(zhì)量、控制質(zhì)量、設(shè)備性能、被測物體的光照狀態(tài)、后期處理的軟硬件性能。 近景攝影測量設(shè)備類 型及各類特點： 結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、光學(xué)性能好； 影機(jī)的功能，且配有格網(wǎng)； 影機(jī)的功能，但他配有改正底片變形的格網(wǎng)； 點是內(nèi)部點元素不能記錄，光學(xué)畸變較大，未采取減少或改正底片變形的措施，并且不具備記載外部空間參數(shù)的設(shè)備 [ 6]。 激光掃描測量 高精度激光掃描儀有 Airborne Scanner、 Laser Facade Scanner 等 7 等，其作用是獲取目標(biāo)物體表面的球面坐標(biāo)信息并將其制成數(shù)字影像圖， 這些信息可以被轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)系中，并用來進(jìn)一步作用于有關(guān)的三維應(yīng)用。 將 GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（ INS）和掃描激光測距儀進(jìn)行集成，則組成機(jī)載激光掃描制圖系統(tǒng)（ Airborne Scanning Laser Mapping System），可進(jìn)行大范圍數(shù)字地表模型（ Digital Surface Model， DSM）的高精度實時獲取。 在激光掃描測量中，包括有 GPS、姿態(tài)測量裝置和掃描激光測距儀，通常是先獲取目標(biāo)的精確位置和姿態(tài)參數(shù)，然后利用掃描激光測距儀獲取成像中心到采光點的距離，然后用這些數(shù)據(jù)計算出目標(biāo)的 位置。 與傳統(tǒng)的攝影測量作業(yè)相比，激光掃描測量有很多優(yōu)點：無需地面控 制點，可部分穿 越樹林遮擋直 接獲取地表的高 精度三維信息；對測量環(huán)境沒有要求，即使是在夜間也可以進(jìn)行測量；獲取數(shù)字地表模型的測量成本相比攝影測量要低出很多；相比傳統(tǒng)測量，激光掃描測量可以連續(xù)自動獲取數(shù)據(jù)；測量速度、精度比傳統(tǒng)測量要更高。 GIS/CAD 數(shù)據(jù)導(dǎo)出 由于三維 GIS 技術(shù)的技術(shù)不夠成熟加普及度不足，市場上仍舊是二維數(shù)據(jù)占有率較高，然而，很多時候二維數(shù)據(jù)不能滿足一些特殊需求，例如三維 GIS 的研究上，對三維大規(guī)模場景數(shù)據(jù)的需求十分強(qiáng) 烈，但是三維場景數(shù)據(jù)的獲取成本較高，耗時較長，因此產(chǎn)生了這種利用二維數(shù)據(jù)快速產(chǎn)生三維場景數(shù)據(jù)的方法。 對于已有二維 GIS 數(shù)據(jù)可以進(jìn)行簡單的導(dǎo)出處理，基于現(xiàn)有的矢量圖可以完成簡單的建模，該方法成本低且自動化程度高，在需要快速建立三維模型的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，這也是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)水平下大多數(shù)二維 GIS 提供三維能力的最主要方式，缺點在于生成的三維場景與現(xiàn)實的貼近度降低，數(shù)據(jù)的直觀性也較差，分析功能仍停留在二維數(shù)據(jù)的水平。 正因為這類數(shù)據(jù)源存在著許多問題，隨著三維技術(shù)的發(fā)展和成熟，這種方法將會漸漸被新的方法所取代。 8 第三章 三維模型制作 導(dǎo)入影像圖 三維模型制作之前要先整理好對應(yīng)區(qū)域的影像圖文件，制作模型時要導(dǎo)入整理好的矢量圖文件，在建模時可以作為參考線，并且給模型提供相應(yīng)的坐標(biāo)，在矢量圖的基礎(chǔ)上創(chuàng)建三維模型，創(chuàng)建好的模型位置必須與矢量圖上相應(yīng)的地物坐標(biāo)保持一致。 影像圖矢量化 首先要去 google earth 上去下載我們學(xué)校化石林的衛(wèi)星影像圖。 對圖像進(jìn)行投影定義。 在 ARCGIS 中 添 加 衛(wèi) 星 影 像 圖 之 后 手 動 添 加 shp 圖層，在arccatalog 里面添加點，線 ，面 的 shp 文 件，注意，添 加到時候也要定義投影，選擇 WGS1984。 矢量化化石林里面的化石，道路，植物等，其中道路利用擦除方法來進(jìn)行矢量化，具體步驟如下（針對面）： 先建立一塊較大區(qū)域的矢量區(qū)在被截的圖層上，也就是之前正在用的圖，然后建立一個臨時的圖層，和之前的圖保持性質(zhì)相同比如投影等，然后在臨時圖上畫出想要在那塊大區(qū)域上摳的區(qū)域，保存。利用工具箱中的 overlay 中的 erase 來進(jìn)行擦除。 右擊菜單欄空白處添加 layout 工具模塊，將矢量化的圖層一起導(dǎo)入到 DWG 格式下。 3DMAX 建模 將上個步驟中產(chǎn)生的 DWG 格式矢量圖導(dǎo)入到 3DMAX 中，會顯示出地物的二維平面圖，在 3DMAX 中需要對二維圖的輪廓重新勾畫（利用捕捉工具），勾畫出的面便是需要建模地物的底面，對該底面進(jìn)行一系列操作可以得到想要的三維模型，關(guān)鍵技術(shù)如下： （ 1）拉伸 拉伸在 3DMAX 中使用擠出修改器來實現(xiàn)，作用是將現(xiàn)有的二維 9 圖形在豎直方向上進(jìn)行拉伸，其操作對象是二維圖形，擠出長度的數(shù)值為正時二維圖形會向其正方向做一個延伸，為負(fù)值時則相反。在對矢 量圖進(jìn)行處理之 后得到的模型 底面通過擠出便 可以得到立體的模型，擠出的長度即是模型的高 度。 （ 2）放樣 Loft Object（放樣）的作用和拉伸相近，不同點在于二維圖形的拉伸方式不僅僅是在豎直方向上，而是可以給拉伸方向賦予一個固定路徑，使二維圖形沿著這條路徑進(jìn)行拉伸，而且在同一路徑上的不同區(qū)段的剖面可以按照特定的規(guī)則發(fā)生改變。放樣是一種常用的建模方法，可以用來實現(xiàn)很多復(fù)雜模型的構(gòu)建。制作放樣模型之前需要預(yù)先制作好放樣平面和路徑。 在 3DMAX 中，放樣的重要參數(shù)包括放樣路徑、放樣圖形、縮放、扭曲、傾斜、倒角、擬合等等，可以實現(xiàn)圖形隨著路徑進(jìn)行縮放、扭曲、傾斜等等特殊效果，可以選擇二維剖面 后捕捉路徑進(jìn)行放樣制作模型，也可通過選擇路徑后捕捉二維剖面進(jìn)行放樣。 （ 3）布爾運(yùn)算 Boolean（布爾運(yùn)算）是通過對兩個或兩個以上的對象采用交集、并集、差集運(yùn)算而得到新形態(tài)模型的建模方法。在 3DMAX 中可對一個物體進(jìn)行多次布爾運(yùn)算。 布爾的重要參數(shù)包括運(yùn)算對象、并集、交集、差集 AB、差集BA、切割，并集 可以獲得兩個對象合并的物體；交集可以獲得兩個對象相交的部分，刪除不相交的部分；差集 AB 在 A 物體中減去和 B 物體重合的部分；差集 BA 同理；切割可以用一個物體去切除另一個物體，且不添加該物體的任何部分。 （ 4） 倒角 倒角修改器可以將圖形擠出為 3D 模型，并 且使邊緣處平滑，是常見的建模中經(jīng)常需要用到的方法，其重要參數(shù)包括封口、曲面、相交、起始輪廓，封口可以指定是否在圖形一端封閉開口，曲面可以控制曲面的側(cè)面速率、平滑度以及貼圖，相交可以防止重疊的相鄰邊產(chǎn)生銳角，起始輪廓用來設(shè)定輪廓到原始圖形的距離。 （ 5） 扭曲 扭曲修改器可以 對一個三維模型產(chǎn)生一個類似于擰毛巾的旋轉(zhuǎn)效果，并且可以控制 x、 y、 z 軸上的扭曲角度，同時可以對模型的一部分限制扭曲效果。 （ 6） FFD 修改器 FFD 翻譯過來是“自由變形”，其包含 5 種類型： FFD 2 2 2修改器、 FFD 3 3 3 修改器、 FFD 4 4 4 修改器、 FFD 圓柱體修改器以及 FFD 長方體修改器，這類修改器的作用是使用晶格框包圍 10 模型，通過對晶格框上控制點的調(diào)整來完成對模型的調(diào)整。 3DMAX 中有大量的建模工具和修改工具，建模工具包括多邊形建模和樣條線建模，修改工具包括拉伸、布爾、放 樣、倒角、扭 曲、FFD 修改器、對齊、旋轉(zhuǎn)等等，利用這些工具我們可以針對真實場景制作出十分逼真的三維模型。 在 三 維 建模 之 前先 思 考采 用 什 么樣 的 建模 方 法和 合 適的 修改器，在建模過程中可以對照實物圖片逐步對已有模型作出修改，盡量減少不必要的工作，例如將模型面分段，這會增大模型的數(shù)據(jù)量，會對后面模型到場景的導(dǎo)入工作產(chǎn)生影響。當(dāng)然對于復(fù)雜的模型還是應(yīng)該對細(xì)節(jié)部分逐步調(diào)整，以達(dá)到更加貼近真實的效果。 注意事項 由于建成的模型不僅僅要在 3DMAX 中顯示，同時需要導(dǎo)出到固定的格式，最后需要導(dǎo)入到 skyline 上的三維場景中，因此許多細(xì)節(jié)上的 處理不當(dāng)可能會直接導(dǎo)致模型無法導(dǎo)出，在場景中的顯示效果不佳、顯示錯誤或者無法顯示，因此，在建模的過程中，需要注意如下事項： （ 1）刪除掉所有建筑以及其他模型的底面。 （ 2）避免模型出現(xiàn)兩面或多面重疊的情況，要刪除模型中重合的面，否則會造成重疊面在場景中閃爍的情況。 （ 3）所有的三維模型的 z 坐標(biāo)必須要大于 0，包括地面。 （ 4）對三維模型結(jié)構(gòu)與貼圖坐標(biāo)起不到作用的點和面都要刪除以節(jié)省數(shù)據(jù)量。 （ 5）在創(chuàng)建模型的時候，注意利用捕捉使模型的點與點之間相互對齊，不要出現(xiàn)點之間有縫隙或錯位導(dǎo)致面與面之間出現(xiàn)交叉的情況， 這樣可以避免場景漫游時出現(xiàn)閃面或破面的情況影響效果 [ 9]。 （ 6）盡量減少模型的數(shù)據(jù)量，但前提是保證場景的顯示效果，線的段數(shù)盡量不要過多，可能的情況下用折線來代替曲線以減小數(shù)據(jù)量 [ 11]。 貼圖制作 在三維模型的制作中，貼圖是很重要一個部分，他可以真實的反映物體表面的紋理和材質(zhì)，如果沒有貼圖，沒有紋理的模型的表現(xiàn)力是蒼白無力的。他不僅僅可以表現(xiàn)出木質(zhì)、塑料、玻璃等各種材