城市建筑三维建模工艺方法研究毕业论文.doc

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1、本 科 毕 业 论 文（设 计）题 目：城 市 建 筑 三 维 建 模 工 艺 方 法 研 究 化 石 林 为 例姓 名：郑 建 康 学 号：2 1 1 4 7 7 2院（系）：信 科 学 院 专 业：地 信指 导 教 师：雷 震 职 称：教 授评 阅 人：职 称：2 0 1 4 年 6 月学位 论文 原创 性声 明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年 月 日学位 论文 版权 使用 授权 书本学位论文作者完全了解

2、学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在 _ 年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：年 月 日导师签名：年 月 日摘 要数 字 城 市 的 提 出 给 传 统 的 地 理 信 息 系 统（G I S）带 来 的 不 仅 仅 是许 许 多 多 的 机 遇，同 时 也 可 以 看 到 很 多 挑 战。数 字 城 市

3、 的 特 点 在 于利 用 真 实 的 地 理 位 置 信 息，包 括 其 中 的 各 种 自 然 情 况，以 及 建 筑 物之 间 的 布 局 与 拓 扑 关 系，来 搭 建 出 城 市 的 数 字 化 信 息 框 架，同 时 在这 个 信 息 框 架 中 嵌 入 人 们 所 需 要 的 相 应 信 息。随 着 科 技 的 进 步 和 人 们 对 信 息 需 求 的 增 长，传 统 的 地 理 信 息 系统 基 于 二 维 数 据 的 查 询 分 析 功 能 已 经 不 能 满 足 市 场 对 更 直 观、更 海量 的 数 据 的 需 求，三 维 可 视 化 的 数 字 城 市 能 够 更

4、加 直 观、更 加 真 实的 表 达 与 展 现 空 间 信 息，特 别 是 随 着 虚 拟 现 实 技 术、视 景 仿 真 技 术以 及 硬 件 设 备 等 等 各 方 面 的 发 展，更 加 加 速 了 三 维 数 字 城 市 和 三 维G I S 的 发 展。在 三 维 虚 拟 场 景 中，能 够 看 到 贴 近 事 实 的 三 维 景 观，并 且 能 够 通 过 动 态 交 互 的 方 式，观 察 和 控 制 场 景，达 到 与 虚 拟 场 景的 交 互 3。由 于 当 前 各 行 业 对 于 构 建 城 市 三 维 G I S 研 究 的 高 成 本、长 周 期、大 手 笔 且 存

5、在 许 多 不 足 之 处，基 于 G I S 行 业 中 三 维 领 域 这 样 的 特 点，本 文 就 利 用 传 统 的 软 硬 件 来 建 立 城 市 三 维 景 观 进 行 一 些 初 步 探 讨，概 述 了 三 维 G I S 数 据 的 特 点 及 其 获 取 方 法，分 析 了 基 于 3 D M A X 建立 建 筑 三 维 模 型 的 技 术 路 线，并 以 地 大 东 区 化 石 林 虚 拟 场 景 建 立 为例 详 细 讨 论 了 基 于 s k y l i n e 构 建 仿 真 三 维 场 景 的 实 现 方 法，提 出 了建 立 城 市 三 维 G I S 的 作

6、 用、意 义 和 发 展 前 景。关 键 字：三 维，s k y l i n e，3 D M A XA b s t r ac tD i g i t a l C i t y p r o p o s e d t o t h e t r a d i t i o n a l g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m(G I S)h a s b r o u g h t o p p o r t u n i t i e s a n d c h a l l e n g e s.I t i s b a s e d o nt h e t r u e

7、l o c a t i o n i n f o r m a t i o n,a s w e l l a s a v a r i e t y o f n a t u r a lc o n d i t i o n s i n w h i c h t h e l a y o u t a n d r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e v a r i o u sb u i l d i n g s,t o c r e a t e d i g i t a l i n f o r m a t i o n f r a m e w o r k o f t h e

8、c i t y,w h i l ep e o p l e c a n g e t r e l e v a n t i n f o r m a t i o n e m b e d d e d w i t h i n t h a t f r a m e w o r k.H o w e v e r,w i t h t h e d e v e l o p m e n t p r o g r e s s o f t h e t i m e s a n dt e c h n o l o g y,g e o g r a p h y d i m e n s i o n a l q u e r y a n a

9、l y s i s a n d d a t a p r o c e s s i n ga n d o t h e r i n f o r m a t i o n h a s b e e n g r e a t l y f a i l e d t o m e e t m a r k e t a n dc u s t o m e r n e e d s f o r m a s s i v e d a t a a n a l y s i s,3 D v i s u a l i z a t i o n o f d i g i t a lc i t y c a n p r o v i d e t h e

10、 c i t y w i t h m o r e r e a l i n t u i t i v e e x p r e s s i o n,e s p e c i a l l y w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f v i r t u a l r e a l i t y t e c h n o l o g y s u c h a sv i r t u a l m o d e l i n g t e c h n o l o g y,v i s u a l s i m u l a t i o n t e c h n o l o g y a n d v

11、i r t u a lh a r d w a r e d e v i c e s a n d o t h e r t e c h n o l o g i e s,a n d p r o m o t e t h ed e v e l o p m e n t o f 3 D d i g i t a l c i t y a n d 3 D G I S.I n t h e t h r e e-d i m e n s i o n a lv i r t u a l s c e n e,f e e l t h e l i f e l i k e t h r e e-d i m e n s i o n a l

12、 l a n d s c a p e,a n d c a nd y n a m i c a l l y i n t e r a c t w i t h,o b s e r v e a n d c o n t r o l t h e s c e n e,t o i n t e r a c tw i t h t h e v i r t u a l s c e n e.B a s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e v a r i o u s s e c t o r s o f t h e c u r r e n tt h r

13、e e-d i m e n s i o n a l G I S U r b a n C o n s t r u c t i o n c o s t,l o n g c y c l e,g e n e r o u s,t h i s a r t i c l e o n h o w t o b u i l d u s i n g t r a d i t i o n a l s o f t w a r e a n dh a r d w a r e 3 D C i t y c o n d u c t e d a p r e l i m i n a r y s t u d y,a n o v e r v

14、 i e w o f t h et h e o d o l i t e p r i s m c o m b i n a t i o n i n b u i l d i n g s w i t h o u t t h r e e-d i m e n s i o n a lc o o r d i n a t e d a t a a c q u i s i t i o n p a r t o f t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n,a n a l y z e dt h e A U T O C A D a n d 3 D M A X e s t

15、a b l i s h m e n t o f u r b a n-b a s e d 3 Dl a n d s c a p e t e c h n o l o g y r o a d m a p,a n d t o p r o d u c e a d i g i t a l d i s t r i c t,f o re x a m p l e d e t a i l e d d i s c u s s i o n o f t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l s c e n e m o d e l i n g,d y n a m i c s i m u

16、l a t i o n a n d r e a l-t i m e d r i v i n g m e t h o d,p r o p o s e dt h r e e-d i m e n s i o n a l G I S t o e s t a b l i s h t h e r o l e o f t h e c i t y,t h es i g n i f i c a n c e a n d d e v e l o p m e n t p r o s p e c t s.K e y w o r d：3 D,s k y l i n e,3 D M A X目 录第 一 章 引 言.11.1

17、 研 究 背 景 和 意 义.11.1.1 研 究 背 景.11.1.2 研 究 意 义.11.2 国 内 外 研 究 现 状.21.3 本 文 主 要 研 究 内 容.31.4 实 现 方 法 和 技 术 路 线.4第 二 章 三 维 模 型 数 据 获 取.52.1 数 据 特 点.52.2 遥 感 影 像.62.3 近 景 摄 影 测 量.62.4 激 光 扫 描 测 量.62.5 G I S/C A D 数 据 导 出.7第 三 章 三 维 模 型 制 作.83.1 导 入 影 像 图.83.2 影 像 图 矢 量 化.83.3 3 D M A X 建 模.83.4 注 意 事 项.1

18、 03.5 贴 图 制 作.1 03.6 成 果 展 示.1 1第 四 章 基 于 s k y l i n e 三 维 场 景.1 34.1 M P T 制 作.1 34.2 S k y l i n e 支 持 的 模 型 格 式.1 34.3 模 型 输 出.1 44.3.1.X 格 式 模 型 输 出.1 44.3.2 导 出 设 置.1 44.3.3 所 记 录 的 模 型 中 心 点 坐 标 值 文 本 格 式.1 74.4 X P L 2 格 式 模 型 的 获 取.1 74.4.1 M a k e X p l 各 项 参 数 说 明.1 74.4.2 操 作 方 法.1 84.5

19、模 型 点 S H P 文 件 的 创 建.1 84.6 批 量 加 载 模 型.1 94.7 B o u n d i n g b o x 的 使 用.2 14.7.1 创 建 B o u n d i n g b o x 的 方 法.2 14.7.2 重 要 参 数.2 24.8 成 果 展 示.2 2第 五 章 结 束 语.2 45.1 过 程 中 出 现 的 问 题 及 解 决 方 案.2 45.2 结 论.2 45.3 存 在 的 问 题.2 55.4 前 景 展 望.2 55.5 致 谢.2 5参 考 文 献.2 71第 一章 引 言1.1 研 究 背 景 和 意 义1.1.1 研 究

20、 背 景城 市 建 筑 三 维 建 模 是 利 用 三 维 建 模 软 件，选 取 特 定 的 目 标 和 区域 根 据 采 集 到 的 数 据 建 立 三 维 模 型，如：树 木，建 筑 物，草 地，道路，水 系，以 及 一 些 辅 助 性 的 设 施，如 天 桥，路 灯，消 防 栓 等 等。前 微 软 首 席 执 行 官 比 尔 盖 茨 认 为，在 今 天 的 世 界 上，如 果 一 个城 市 不 跟 踪 最 新 的 理 念，把 现 有 的 技 术 应 用 到 极 限，明 天 可 能 他 就会 变 成 一 个 鬼 城。说 明 人 们 不 该 把 视 线 停 留 在 现 有 的 二 维 城

21、市 空 间数 据 上，二 维 的 城 市 空 间 数 据 逐 步 被 三 维 空 间 数 据 取 代 是 未 来 地 理信 息 发 展 的 必 然 趋 势。目 前 三 维 虚 拟 场 景 的 主 要 技 术 点 在 于 通 过 三 维 建 模 技 术 建 立 三维 模 型，在 城 市 信 息 化 平 台 上，将 这 些 模 型 编 制 到 相 应 的 三 维 空 间中，以 此 产 生 逼 真 的 环 境，使 用 户 在 视 觉 上 有 一 种“如 临 其 境”的感 觉，它 以 视 觉 和 听 觉 的 形 式 反 映 了 设 计 者 的 思 想，使 用 数 字 化 的虚 拟 场 景 模 拟 技

22、术 代 替 了 过 去 借 助 传 统 沙 盘 模 型 来 展 示 真 实 场 景的 方 法。三 维 空 间 信 息 的 表 达 效 果 是 传 统 的 二 维 空 间 信 息 远 远 所 不能 比 拟 的。1.1.2 研 究 意 义假 想 在 未 来 一 个 年 轻 的 孩 子 对 数 字 地 球 的 成 果 进 行 参 观，在 戴上 专 业 的 显 示 头 盔 后，他 看 见 如 同 真 实 场 景 一 般 的 三 维 画 面，使 用遥 控 器 可 以 对 眼 前 的 画 面 进 行 相 应 的 操 控，放 大、缩 小、移 动；慢慢 放 大 眼 前 显 示 的 三 维 场 景 的 分 辨

23、率，可 以 依 次 看 见 大 陆，之 后 是乡 村、城 市，最 后 是 住 房、街 道、消 防 栓、树 木 以 及 其 他 天 然 和 人工 的 大 大 小 小 的 地 物。他 利 用 带 有 透 视 的 漫 游 功 能 来 欣 赏 眼 前 的 3 D视 图，眼 前 被 发 现 的 区 域 引 起 他 探 究 的 兴 趣。当 然，地 形 仅 仅 是 她能 与 之 互 动 的 多 种 数 据 之 一。利 用 声 音 辨 别 能 力 系 统，他 能 够 获 取类 似 于 植 物 和 动 物 的 物 种 分 布、实 时 天 气、道 路、政 治 范 围、人 口等 等 各 个 方 面 自 己 需 要

24、的 信 息。他 也 能 让 他 和 其 他 学 生 收 集 到 的 相关 数 据 作 为 现 有 的 实 时 数 据 的 具 体 化，这 些 信 息 都 能 被 完 整 无 损 的融 入 当 前 的 数 字 地 图 或 者 地 形 数 据。使 用 遥 控 器 单 击 连 接 按 钮，他 能 够 获 得 他 所 看 见 的 事 物 的 更 为2详 细 的 信 息，例 如，为 毕 业 旅 行 去 国 家 地 质 公 园 游 玩 作 准 备，他 计划 徒 步 去 看 大 片 的 岩 浆 岩，他 刚 刚 阅 读 到 关 于 沉 积 岩 的 知 识。事 实上，利 用 手 中 的 遥 控 器，他 同 样

25、能 完 成 一 场 虚 拟 的 旅 行，同 样 会 很有 趣。他 可 以 穿 越 空 间、穿 越 时 间，丝 毫 不 会 受 到 限 制。在 完 成 一 场虚 拟 的 卢 浮 宫 之 游 之 后，她 利 用 相 应 的 时 间 偏 移 工 具 可 以 观 看 到 一段 时 间 之 前 的 状 态，借 此 可 以 学 习 法 国 的 历 史，观 看 一 些 相 关 新 闻短 片、口 述 历 史 以 及 报 纸 等 等 各 种 各 样 的 原 始 资 料。他 可 以 将 一 些有 用 的 信 息 打 包 起 来 发 送 到 自 己 的 电 子 邮 箱 中，以 便 今 后 学 习。因此，城 市 三

26、维 仿 真 技 术 的 意 义 有：(1)城 市 三 维 仿 真 技 术 对 真 实 场 景 的 表 现 能 带 给 人 更 加 直 观 更 加真 实 的 视 觉 效 果，不 仅 仅 是 这 样，三 维 数 据 相 比 二 维 数 据 的 优 势 在于 不 仅 能 反 应 空 间 对 象 之 间 的 平 面 关 系，还 能 反 应 他 们 之 间 在 竖 直方 向 上 的 关 系。(2)城 市 三 维 仿 真 技 术 已 经 在 许 多 领 域 中 有 了 频 繁 的 应 用，其 对城 市 真 实 场 景 的 表 现 力 吸 引 了 大 量 的 G I S 领 域 工 作 者 以 及 用 户，

27、现阶 段 这 项 技 术 在 国 内 一 些 大 城 市 已 经 开 始 取 得 研 究 成 果。这 种 手 段不 仅 仅 可 以 真 实 的 反 应 真 实 世 界 的 场 景，同 时 在 城 市 规 划 领 域 也 有突 出 的 表 现，利 用 贴 近 现 实 的 三 维 场 景，规 划 者 可 以 更 加 直 观 的 看到 真 实 情 况，从 而 进 行 更 加 准 确 的 判 断，而 且 三 维 仿 真 技 术 还 可 以对 于 新 作 出 的 决 策 作 出 三 维 模 拟，可 以 迅 速 直 观 的 看 到 决 策 的 效果，既 省 时 省 力，又 可 以 帮 助 人 们 筛 选

28、出 最 好 的 规 划 策 略。目 前 这项 技 术 在 北 京、上 海 和 深 圳 都 得 到 了 尝 试 的 机 会，并 且 都 取 得 了 不错 的 成 绩。(3)在 城 市 三 维 仿 真 系 统 中，我 们 可 以 轻 松 的 制 定 出 城 市 规 划 的方 案 并 随 时 对 其 作 出 调 整，这 大 大 加 快 了 城 市 规 划 工 作 的 效 率，提高 了 规 划 效 果。(4)利 用 城 市 三 维 仿 真 系 统 来 研 究 一 些 城 市 规 划 中 存 在 的 问 题时，三 维 的 直 观 性 可 以 帮 助 我 们 获 得 更 加 丰 富 的 信 息，研 究 角

29、 度 更加 全 面，从 而 能 够 做 出 更 为 客 观 全 面 的 决 策。同 时，在 三 维 仿 真 系统 中 可 以 随 时 对 目 标 项 目 进 行 修 改 和 更 新，这 可 以 帮 助 我 们 更 加 轻松 的 发 现 一 些 潜 在 的 问 题，既 可 以 减 少 处 理 问 题 的 时 间，又 可 以 提供 更 多 种 解 决 问 题 的 方 法。1.2 国 内 外 研 究 现 状G I S 从 二 维 数 据 进 步 到 大 规 模 三 维 数 据 是 其 发 展 的 必 然 趋 势。由 于 三 维 G I S 有 着 巨 大 的 应 用 潜 力，众 多 高 等 院 校、

30、公 司、科 研3机 构 积 极 投 身 于 三 维 G I S 的 开 发 研 究 中。但 是 由 于 三 维 G I S 的 理 论和 技 术 远 比 二 维 G I S 复 杂，有 关 其 的 大 部 分 内 容 的 研 究 目 前 还 处 于探 索 阶 段，存 在 许 多 有 关 数 据 获 取 方 法 以 及 模 型 制 作 中 的 实 际 问 题有 待 解 决。目 前 国 内 外 对 于 三 维 G I S 的 研 究 重 心 还 更 多 的 停 留 在 三 维 可 视化 和 场 景 漫 游 技 术 上 面，对 于 空 间 查 询 和 空 间 分 析 方 面 E R D A S 在I

31、 M A G I N G V I R T U A L G I S 模 块 中 做 了 一 部 分 功 能，可 以 对 已 有 三 维场 景 做 查 询 检 索、通 视 性 分 析 等 操 作，另 外 三 维 G I S 领 域 中 比 较 有名 的 软 件 有:E S R I 公 司 的 产 品 A r c V i e w G I S 3 D a n a l y s t，A r c I n f o 3 D X，E R D A S 公 司 的 产 品 I m a g i n g V i r t u a l G I S，适 普 公 司 的 I M A G I S,吉 奥的 C C G I S 等

32、等。随 着 地 理 信 息 系 统，数 字 城 市 的 发 展 和 普 及，三 维 景 观 仿 真 技术 已 经 逐 渐 应 用 在 各 个 行 业 当 中，大 规 模 城 市 三 维 建 模 不 断 出 现，并 且 呈 现 出 十 分 乐 观 的 市 场 需 求，其 在 三 维 表 达 模 拟 方 面 表 现 出 了直 观 性，在 分 析 方 面 虽 然 目 前 技 术 不 够 成 熟，但 是 已 经 可 以 预 见 到其 丰 富 的 信 息 特 性，客 户 完 全 可 以 借 助 三 维 数 据 凭 借 自 己 的 经 验 与理 解 快 速 做 出 准 确 的 空 间 决 策 1 2。所

33、以 近 年 来 城 市 三 维 模 型 越 来 越 广 泛 地 应 用 于 城 市 的 数 据 处 理与 管 理。比 如 城 市 开 发 决 策 支 持、城 市 规 划 与 管 理、三 维 空 间 分 析、虚 拟 城 市 三 维 可 视 化：如 空 气 污 染 与 噪 声 扩 散 分 析、日 照 分 析、可视 性 与 视 觉 景 观、土 木 工 程 与 军 事 行 动 支 持、电 磁 波 传 播 分 析、污染 分 布 仿 真 等。在 众 多 领 域 显 现 出 巨 大 的 应 用 潜 力，从 而 成 为 普 遍关 注 的 焦 点，三 维 数 字 城 市 中 三 维 场 景 模 块 渐 渐 成

34、为 地 球 空 间 信 息服 务 的 主 要 方 式。1.3 本 文 主 要 研 究 内 容在 三 维 场 景 制 作 需 求 量 越 来 越 大 的 今 天，许 多 民 用 项 目 也 有 三维 场 景 方 面 的 需 求，由 于 这 方 面 的 项 目 跨 两 个 领 域，三 维 建 模 方 面的 人 员 大 多 不 常 接 触 G I S 相 关 的 软 件，而 G I S 相 关 的 专 业 人 士 通 常存 在 三 维 建 模 方 面 知 识 的 空 缺。本 文 以 地 大 东 区 化 石 林 为 研 究 对 象，从 三 维 数 据 采 集，三 维 建模，到 三 维 场 景 的 桌

35、面 窗 口 显 示 的 完 整 过 程 做 一 个 系 统 的 概 述 和 研究。三 维 数 据 采 集 部 分 主 要 先 介 绍 了 G I S 三 维 数 据 的 特 点，然 后 对常 用 的 数 据 采 集 方 法 逐 一 做 了 系 统 的 介 绍；三 维 建 模 部 分 对 于 数 据准 备，建 模 关 键 技 术，以 及 需 要 注 意 的 问 题 都 做 了 说 明；第 四 章 基于 s k y l i n e 的 三 维 场 景 模 拟 对 于 成 品 模 型 入 库 到 s k y l i n e 并 且 完 成 可4视 化 的 过 程 进 行 了 分 步 讲 解；最 后

36、对 于 整 个 过 程 中 遇 到 的 问 题 及 解决 办 法，以 及 仍 存 在 的 问 题 做 出 了 总 结，并 对 G I S 三 维 方 向 的 前 景作 出 了 展 望 5。1.4 实 现 方 法 和 技 术 路 线本 文 中 我 们 制 作 化 石 林 三 维 场 景 的 实 现 方 法 是：利 用 稻 歌G o o g l e m a p 截 获 器 下 载 影 像 图，利 用 影 像 图 来 制 作 M P T 文 件，对影 像 图 进 行 矢 量 化 获 取 矢 量 文 件 获 取 地 物 坐 标，制 作 出 s h p 文 件，利 用 近 景 摄 影 获 取 的 照 片

37、 来 制 作 地 物 模 型，并 在 照 片 上 截 取 地 物 纹理，将 纹 理 附 加 到 模 型 上。具 体 流 程 图 如 图 1-1 所 示。图 1-1 三 维 场 景 建 立 流 程 图5第 二章 三 维模 型数 据 获取2.1 数 据 特 点不 同 的 G I S 系 统 的 面 向 的 对 象 不 同，目 的 不 同，对 数 据 的 要 求也 就 会 相 应 的 有 差 别。与 其 他 G I S 系 统 相 比 较，三 维 G I S 所 使 用 的空 间 数 据 有 自 己 的 特 点：(1)数 据 量 大。它 包 括 了 地 表 的 地 形 数 据、模 型 高 程 数 据

38、、模 型纹 理 数 据、规 划 用 地 等 数 据，其 包 含 城 市 地 上、地 下 的 全 部 空 间 数据 及 信 息。(2)定 位 精 度 高。由 于 城 市 景 观 三 维 模 拟 中 使 用 的 多 为 大 比 例 尺的 地 形 图，特 别 是 大 比 例 尺 的 城 市 基 本 地 形 图，对 三 维 模 型 进 行 匹配 时 要 达 到 完 美 契 合，数 据 精 度 也 就 相 当 高，平 面 精 度 相 对 邻 近 已知 点 的 点 位 中 误 差 为 5 厘 米。(3)空 间 数 据 的 使 用 部 门，相 对 比 较 固 定。(4)空 间 数 据 范 围 相 对 固 定

39、。一 个 城 市 规 划 勘 测 信 息 系 统，其 所管 理 和 操 作 的 数 据 对 象 长 期 都 是 针 对 本 城 市 市 域 范 围，不 会 发 生 多大 的 变 化。(5)传 统 对 空 间 数 据 的 采 集、使 用 的 作 业 过 程 多 以 国 家 制 定 的 标准、规 范，相 应 的 行 业 规 范 作 为 依 据。(6)同 一 空 间 位 置 上 依 附 的 属 性 信 息 多 样 化 且 复 杂，不 同 需 求 的用 户 其 关 心 的 属 性 信 息 各 不 相 同。(7)纹 理 数 据 的 表 现，现 实 中 的 建 模 实 体 纹 理 多 样 化，表 达 难

40、度较 大，不 同 精 细 程 度 的 三 维 模 型 对 纹 理 的 表 达 要 求 也 不 一 样。只 有 对 客 户 的 需 求 进 行 综 合 分 析，并 针 对 本 系 统 的 特 点，才 能制 定 出 合 适 的 数 据 标 准 以 及 交 换 原 则。制 定 出 一 份 好 的 数 据 标 准，能 让 数 据 更 好 的 完 成 共 享，数 据 的 转 换 也 会 变 得 轻 松、高 效。本 文主 要 讨 论 的 G I S 数 据 是 三 维 空 间 数 据，因 此，如 何 达 成 快 速、准 确、形 象 地 表 达 建 筑 物 的 空 间 平 面 位 置 和 竖 向 特 征 是

41、 目 前 G I S 三 维 领 域研 究 所 急 待 解 决 的 重 要 问 题。三 维 模 型 的 数 据 源 包 括 空 载 激 光 扫 描、卫 星 影 像、航 空 影 像、近 距 激 光 扫 描、近 景 摄 影、人 工 测 量 和 G I S/C A D 导 出 数 据 等。这 些方 式 取 得 的 数 据 各 自 有 各 自 的 特 点，制 作 出 来 的 模 型 也 各 不 相 同，可 以 应 对 不 同 类 型 场 景 的 数 据 要 求，例 如，卫 星 影 像 和 航 空 影 像 以及 空 载 激 光 扫 描 一 般 应 用 在 大 范 围 场 景 的 三 维 建 模 上，近

42、距 激 光 扫描、近 景 摄 影 和 人 工 测 量 应 用 于 高 精 度 三 维 模 型 的 数 据 获 取 中，G I S/C A D 导 出 数 据 是 利 用 已 有 二 维 数 据 制 作 三 维 场 景，其 特 点 是 自6动 化 程 度 高，方 法 简 单，速 度 快，缺 点 在 于 场 景 模 型 的 精 细 度 低。2.2 遥 感 影 像在 三 维 场 景 模 拟 中，遥 感 影 像 通 常 用 于 建 立 地 形，方 法 是 基 于相 应 区 域 的 D E M 数 据 叠 加 现 有 遥 感 影 像 以 完 成 三 维 地 形 的 显 示。可 以 对 现 有 D W G

43、 格 式 的 地 形 图 做 处 理，将 不 必 要 的 图 层 删 除 掉，保 留 建 筑 物 物、标 注 点、绿 地 面、道 路 面、树 木 点 以 及 等 高 线 所 在的 图 层，将 其 中 的 等 高 线 图 层 提 取 出 来，进 行 内 插 处 理，生 成 的 地形 D E M。在 使 用 影 像 图 之 前 需 要 对 影 像 图 做 校 正 和 投 影 变 换，对D E M 和 影 像 图 的 融 合 可 产 生 能 真 实 反 映 地 表 起 伏 和 地 面 纹 理 的 数据 集 文 件。在 缺 少 等 高 线 数 据 且 地 形 起 伏 没 有 明 显 影 像 的 情 况

44、 下，也 可 以 直 接 用 影 像 图 作 为 地 形 底 图 使 用。在 三 维 建 模 的 时 候，通 常 需 要 导 入 矢 量 图 作 为 坐 标 和 比 例 的 依据，矢 量 图 可 以 通 过 对 遥 感 影 像 的 矢 量 化 来 获 取。2.3 近 景 摄 影 测 量近 景 摄 影 测 量 是 采 用 摄 影 手 段 来 确 定 目 标 物 体 外 形 及 大 小 数 据的 一 种 测 量 方 法，其 关 键 在 于 数 字 照 片 的 定 位 和 相 机 的 姿 态 定 位，两 者 直 接 影 响 到 测 量 及 成 像 精 度。传 统 摄 影 测 量 使 用 专 门 为

45、近 景 摄 影 测 量 设 计 的 测 量 摄 影 器 械，这 种 摄 影 机 有 很 多 优 点，如 光 学 性 能 好、机 械 结 构 稳 固，这 样 获 得的 测 量 数 据 精 度 更 高，但 由 于 专 业 的 器 械 价 格 相 对 比 较 昂 贵，且 不便 于 携 带，因 此 在 摄 影 测 量 的 过 程 中 使 用 的 更 多 的 是 普 通 的 数 码 相机，又 称 为 非 量 测 摄 影 机。影 响 摄 影 测 量 精 度 的 因 素 包 括：摄 影 质 量、控 制 质 量、设 备 性能、被 测 物 体 的 光 照 状 态、后 期 处 理 的 软 硬 件 性 能。近 景

46、摄 影 测 量 设 备 类 型 及 各 类 特 点：1.量 测 摄 影 机 的 特 点 是 机 械结 构 稳 固、光 学 性 能 好；2.格 网 测 量 摄 影 机 的 特 点 是 既 具 有 量 测 摄影 机 的 功 能，且 配 有 格 网；3.半 量 测 摄 影 机 的 特 点 是 不 具 备 量 测 摄影 机 的 功 能，但 他 配 有 改 正 底 片 变 形 的 格 网；4.非 量 测 摄 影 机 的 特点 是 内 部 点 元 素 不 能 记 录，光 学 畸 变 较 大，未 采 取 减 少 或 改 正 底 片变 形 的 措 施，并 且 不 具 备 记 载 外 部 空 间 参 数 的 设

47、 备 6。2.4 激 光 扫 描 测 量高 精 度 激 光 扫 描 仪 有 A i r b o r n e S c a n n e r、L a s e r F a c a d e S c a n n e r 等7等，其 作 用 是 获 取 目 标 物 体 表 面 的 球 面 坐 标 信 息 并 将 其 制 成 数 字 影像 图，这 些 信 息 可 以 被 转 换 到 笛 卡 尔 坐 标 系 中，并 用 来 进 一 步 作 用于 有 关 的 三 维 应 用。将 G P S、惯 性 导 航 系 统（I N S）和 扫 描 激 光 测 距 仪 进 行 集 成，则组 成 机 载 激 光 扫 描 制 图

48、 系 统（A i r b o r n e S c a n n i n g L a s e r M a p p i n gS y s t e m），可 进 行 大 范 围 数 字 地 表 模 型（D i g i t a l S u r f a c e M o d e l，D S M）的 高 精 度 实 时 获 取。在 激 光 扫 描 测 量 中，包 括 有 G P S、姿 态 测 量 装 置 和 扫 描 激 光 测距 仪，通 常 是 先 获 取 目 标 的 精 确 位 置 和 姿 态 参 数，然 后 利 用 扫 描 激光 测 距 仪 获 取 成 像 中 心 到 采 光 点 的 距 离，然 后 用

49、 这 些 数 据 计 算 出 目标 的 位 置。与 传 统 的 摄 影 测 量 作 业 相 比，激 光 扫 描 测 量 有 很 多 优 点：无 需地 面 控 制 点，可 部 分 穿 越 树 林 遮 挡 直 接 获 取 地 表 的 高 精 度 三 维 信息；对 测 量 环 境 没 有 要 求，即 使 是 在 夜 间 也 可 以 进 行 测 量；获 取 数字 地 表 模 型 的 测 量 成 本 相 比 摄 影 测 量 要 低 出 很 多；相 比 传 统 测 量，激 光 扫 描 测 量 可 以 连 续 自 动 获 取 数 据；测 量 速 度、精 度 比 传 统 测 量要 更 高。2.5 G I S/

50、C A D 数 据 导 出由 于 三 维 G I S 技 术 的 技 术 不 够 成 熟 加 普 及 度 不 足，市 场 上 仍 旧是 二 维 数 据 占 有 率 较 高，然 而，很 多 时 候 二 维 数 据 不 能 满 足 一 些 特殊 需 求，例 如 三 维 G I S 的 研 究 上，对 三 维 大 规 模 场 景 数 据 的 需 求 十分 强 烈，但 是 三 维 场 景 数 据 的 获 取 成 本 较 高，耗 时 较 长，因 此 产 生了 这 种 利 用 二 维 数 据 快 速 产 生 三 维 场 景 数 据 的 方 法。对 于 已 有 二 维 G I S 数 据 可 以 进 行 简