三维GIS地上景观建模课件.pptx

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1、本节内容3.3.1 基于二维GIS 数据的三维建模3.3.2基于遥感影像的三维建模3.3.3基于激光扫描系统的三维建模3.3.4基于CAD 模型的三维建模第1 页/共32 页3.3地上景观建模 三维地上景观建模技术面临的问题：三维空间数据模型构建二维模型与三维模型转换海量三维数据的存储与快速处理三维数据实时廉价获取以及三维空间分析等诸多问题第2 页/共32 页利用建模软件建模的优越性：传统的三维景观模型，使得景观设计师只能从一个固定的角度去观察规划成果。利用建模软件建立基本的三维模型后导入三维GIS平台中：可设置动画回放；可以从任意角度、距离和精细程度观察场景；可以选择并自由切换多种运动模式；

2、可以自由控制浏览的路线；在漫游过程中，可以实现多种设计方案、多种环境效果的实时切换比较。第3 页/共32 页三维GIS的数据库第4 页/共32 页现有的GIS系统与三维建模软件各有优缺点：现有GIS系统中的三维可视化模块可利用的数据有限；数据以二维为主，三维可视化模块构建难度大；模型真实感不强，模型处理功能不完善；通用的三维建模和可视化软件：在模型建立与渲染方面表现出色；在GIS具有代表性的空间分析功能上相对薄弱。第5 页/共32 页GIS系统与三维建模软件相结合：第6 页/共32 页主要的建模方法：1、基于二维GIS数据自动建立三维模型的方法2、基于遥感影像的三维模型构建方法3、基于激光扫描

3、系统三维模型构建方法4、CAD建模方法第7 页/共32 页22、地上景观和数字地形建模、地上景观和数字地形建模 地上景观和数字地形模型的构建主要有地上景观和数字地形模型的构建主要有44种：种：（11）基于二维）基于二维GISGIS的方法；的方法；（22）基于影像的方法）基于影像的方法（33）基于激光扫描的方法）基于激光扫描的方法（44）基于）基于CADCAD的方法。的方法。第8 页/共32 页3.3.1基于二维GIS数据的三维建模二维GIS 数据的特点：具有大部分地物实体基础数据完整的数据库及其操作功能第9 页/共32 页从二维数据到三维数据模型有以下两种方法：从二维数据到三维数据模型有以下两

4、种方法：11、基于相对高度和纹理数据建模、基于相对高度和纹理数据建模22、基于、基于DEMDEM建模建模第10 页/共32 页11、数据预处理、数据预处理22、建模、建模第11 页/共32 页（11）二维矢量数据预处理）二维矢量数据预处理 二维矢量数据是三维建模的依据，但二维矢量数据由于 二维矢量数据是三维建模的依据，但二维矢量数据由于表现方式限制，在图面存在很多文字、符号等描述信息。这 表现方式限制，在图面存在很多文字、符号等描述信息。这些信息由于没有高程属性，在导入 些信息由于没有高程属性，在导入3DMAX 3DMAX 之后，容易产生空 之后，容易产生空间位置上的偏差与错位。它们的存在，将

5、给建模过程中的捕 间位置上的偏差与错位。它们的存在，将给建模过程中的捕捉、编辑等操作带来很多不必要的麻烦，故在二维 捉、编辑等操作带来很多不必要的麻烦，故在二维GIS GIS 数据 数据在导入 在导入3DMAX 3DMAX 之前，需以化繁就简为原则，突出建筑的外观 之前，需以化繁就简为原则，突出建筑的外观特点，对二维矢量数据中非关键要素的点、线、注记、填充 特点，对二维矢量数据中非关键要素的点、线、注记、填充图案等信息进行删除和简化。图案等信息进行删除和简化。第12 页/共32 页（22）实景照片预处理）实景照片预处理 要实现三维 要实现三维GIS GIS 建模，必须尽可能掌握实体的空间信息。

6、空间的几何信息和 建模，必须尽可能掌握实体的空间信息。空间的几何信息和高程信息我们可以通过实地测量的方法获取。通过常规的测量手段往往只能获取 高程信息我们可以通过实地测量的方法获取。通过常规的测量手段往往只能获取建筑物整体的长、宽、高信息，而建筑外观上具有表象性的局部特征信息却难以 建筑物整体的长、宽、高信息，而建筑外观上具有表象性的局部特征信息却难以表述。为弥补常规测量方式在这方面的不足，我们一般采取拍摄实景照片的方式 表述。为弥补常规测量方式在这方面的不足，我们一般采取拍摄实景照片的方式加以辅助。加以辅助。借助实景照片，我们不仅能获取建筑外部特征的位置关系等信息，还能制作 借助实景照片，我

7、们不仅能获取建筑外部特征的位置关系等信息，还能制作出在 出在3DMAX 3DMAX 中用于表现虚拟模型外观的贴图。但实景照片往往具有以下常见问题：中用于表现虚拟模型外观的贴图。但实景照片往往具有以下常见问题：由于成像的原理，照片存在远近的形变。由于成像的原理，照片存在远近的形变。就同一建筑，照片之间因拍摄角度 就同一建筑，照片之间因拍摄角度和时间上存在着的不同，极易在亮度、色调、饱和度等因素上产生的差异。而这 和时间上存在着的不同，极易在亮度、色调、饱和度等因素上产生的差异。而这些差异的存在，反映在贴图上将直接影响整个系统的整体表现效果。些差异的存在，反映在贴图上将直接影响整个系统的整体表现效

8、果。针对以上的问题，我们可采用 针对以上的问题，我们可采用Photoshop Photoshop 软件进行处理。经过亮度、饱和度 软件进行处理。经过亮度、饱和度的调整，图像的拉伸变换、裁切、填充等技术手段的处理，最终实现模型数据表 的调整，图像的拉伸变换、裁切、填充等技术手段的处理，最终实现模型数据表现效果的和谐、统一。现效果的和谐、统一。第13 页/共32 页3.2 3.2 建模建模在在3DMAX3DMAX中，多边形建模、中，多边形建模、NURBSNURBS建模和面建模和面片建模是建模的三种常见的建模方法。由于三维片建模是建模的三种常见的建模方法。由于三维GISGIS建模以规整的几何建筑物为

9、主要对象，故建模方法建模以规整的几何建筑物为主要对象，故建模方法常采用多边形建模方式。依照常采用多边形建模方式。依照“主体建模主体建模特征表特征表现现”的建模顺序，实现方法可简单的归纳为：的建模顺序，实现方法可简单的归纳为：通过对建筑外观的分析，尽可能使用较少的通过对建筑外观的分析，尽可能使用较少的简单几何模型构建出建筑的主体。简单几何模型构建出建筑的主体。省略局部细节，突出表现具有特征性的局部表省略局部细节，突出表现具有特征性的局部表象，利用可编辑线进行轮廓勾画，以挤压的方式生象，利用可编辑线进行轮廓勾画，以挤压的方式生成，复制。成，复制。第14 页/共32 页建模过程如图建模过程如图44所

10、示：所示：第15 页/共32 页建模的过程仅仅完成了三维空间信息数据的架构，建模的过程仅仅完成了三维空间信息数据的架构，为了实现虚拟建筑模型的真实感，给模型赋予贴图为了实现虚拟建筑模型的真实感，给模型赋予贴图必不可少。借助实景照片预处理阶段制作的局部贴必不可少。借助实景照片预处理阶段制作的局部贴图，我们可在图，我们可在3DMAX3DMAX的的“材质编辑器材质编辑器”（图（图55）里）里实现实现第16 页/共32 页图图66为在建模的基础上结合为在建模的基础上结合UVWUVW贴图所呈现出来的贴图所呈现出来的效果。效果。第17 页/共32 页4 4 建模数据的优化建模数据的优化4.1 4.1 三维

11、三维GISGIS系统的数据特点系统的数据特点对于三维模型，面的数量决定着模型的表现效对于三维模型，面的数量决定着模型的表现效果。就理论而言，三维建模所需面的数量越多，建果。就理论而言，三维建模所需面的数量越多，建模的表现效果越细腻、越贴近真实。但在三维虚拟模的表现效果越细腻、越贴近真实。但在三维虚拟的场景中，画面运行的每一帧都是借助的场景中，画面运行的每一帧都是借助CPUCPU和显卡和显卡实时计算得出，如果模型和面的数量太多，将导致实时计算得出，如果模型和面的数量太多，将导致系统的运行速度急剧降低，甚至无法正常工作，毕系统的运行速度急剧降低，甚至无法正常工作，毕竟它是以牺牲系统资源为代价的。竟

12、它是以牺牲系统资源为代价的。三维三维GISGIS系统所涉及的范围往往是一片区域或一系统所涉及的范围往往是一片区域或一座城市，相比二维座城市，相比二维GISGIS数据，本身即具备了大数据量数据，本身即具备了大数据量的特点。若每一个建筑模型都强调细节上的表现，的特点。若每一个建筑模型都强调细节上的表现，那必然会给系统带来沉重的运行压力。而那必然会给系统带来沉重的运行压力。而GISGIS系统的系统的执行效率，则是评判一个三维执行效率，则是评判一个三维GISGIS系统优劣的重要标系统优劣的重要标准。准。第18 页/共32 页4.2 4.2 三维三维GISGIS建模数据的优化建模数据的优化模型的虚拟表现

13、与三维模型的虚拟表现与三维GISGIS系统的执行效率之间系统的执行效率之间不仅关系密切而且相互影响。为达到不仅关系密切而且相互影响。为达到“以最少的模以最少的模型数据实现最佳的虚拟表现效果型数据实现最佳的虚拟表现效果”的目的，我们有的目的，我们有必要从必要从“模型面数优化模型面数优化”、“模型个数优化模型个数优化”和和“贴图优化贴图优化”三个方面对模型数据进行优化。三个方面对模型数据进行优化。第19 页/共32 页（11）模型面数优化）模型面数优化面是面是3DMAX3DMAX模型的基本构成单位，在满足模型模型的基本构成单位，在满足模型虚拟表现的前提下，应尽可能减少建模所采用面的虚拟表现的前提下

14、，应尽可能减少建模所采用面的数量。面的优化可通过四种途径实现：数量。面的优化可通过四种途径实现：采用简模搭建三维采用简模搭建三维GISGIS模型模型 删除模型构成内看不见的面删除模型构成内看不见的面 删除物体之间相交的面删除物体之间相交的面删除物体之间相交的面可以通过物体间的合并删除物体之间相交的面可以通过物体间的合并操作快速方便的实现。尽管该处理方式从技术上来操作快速方便的实现。尽管该处理方式从技术上来说没有问题，但是针对不同的三维说没有问题，但是针对不同的三维GISGIS软件平台会产软件平台会产生一些影响，建议结合三维生一些影响，建议结合三维GISGIS软件平台对处理之后软件平台对处理之后

15、模型做一个兼容性测试。模型做一个兼容性测试。建筑外观细节的取舍建筑外观细节的取舍三维三维GISGIS建模的目的在于建立起虚拟化的信息载建模的目的在于建立起虚拟化的信息载体，而不是对客观世界的重塑。故在体现空间三维体，而不是对客观世界的重塑。故在体现空间三维信息的前提下，建模的重点应集中于建筑外观所表信息的前提下，建模的重点应集中于建筑外观所表现的主要特征上，而不是局部细节。现的主要特征上，而不是局部细节。第20 页/共32 页（22）模型个数优化）模型个数优化系统总体要求三维系统总体要求三维GISGIS系统内的模型数量越少越系统内的模型数量越少越好。与二维好。与二维GISGIS矢量数据对建筑街

16、区进行综合的表现矢量数据对建筑街区进行综合的表现方式类似，三维方式类似，三维GISGIS数据也可通过对主次建筑和疏密数据也可通过对主次建筑和疏密建筑区域采用不同的模拟表现，来达到模型个数优建筑区域采用不同的模拟表现，来达到模型个数优化的目的。例如对沿街密集的商铺或成片的居民地，化的目的。例如对沿街密集的商铺或成片的居民地，我们在保证贴图清晰的前提下，可视为一个整体建我们在保证贴图清晰的前提下，可视为一个整体建筑进行建模表现。筑进行建模表现。第21 页/共32 页（33）贴图优化）贴图优化作为影响三维作为影响三维GISGIS系统运行的因素之一，贴图的系统运行的因素之一，贴图的大小和贴图的数量必须

17、从优化的角度进行处理，但大小和贴图的数量必须从优化的角度进行处理，但不能以破坏贴图的质感和清晰度为代价。为了做到不能以破坏贴图的质感和清晰度为代价。为了做到这点，首先要把握好贴图的数据量，贴图的大小最这点，首先要把握好贴图的数据量，贴图的大小最好控制在好控制在256K256K以内，其次是尽可能选取局部的特征以内，其次是尽可能选取局部的特征作为贴图，例如若要表现出一面砖砌的外墙，贴图作为贴图，例如若要表现出一面砖砌的外墙，贴图只需选取外墙的一块砖即可。通过只需选取外墙的一块砖即可。通过UVWUVW对该贴图的对该贴图的设置，完全能模拟出整面外墙的效果。设置，完全能模拟出整面外墙的效果。第22 页/

18、共32 页（22）基于影像的方法）基于影像的方法 基于影像的方法可利用近景、航空与遥感图像基于影像的方法可利用近景、航空与遥感图像建立包括顶部细节在内的逼真表面模型，该方法建立包括顶部细节在内的逼真表面模型，该方法相对比较费时和昂贵，建模过程很大程度上还依相对比较费时和昂贵，建模过程很大程度上还依赖人工辅助赖人工辅助 3.3.2 基于遥感影像的三维建模第23 页/共32 页第24 页/共32 页（33）基于激光扫描的方法）基于激光扫描的方法 基于激光扫描的方法可基于地面与车载激光扫基于激光扫描的方法可基于地面与车载激光扫描和机载激光扫描灯移动测量设备快速获得大量描和机载激光扫描灯移动测量设备快

19、速获得大量地上目标三维点群数据，经过处理可利用这些点地上目标三维点群数据，经过处理可利用这些点群数据自动建立目标几何表面模型。群数据自动建立目标几何表面模型。3.3.3 基于激光扫描系统的三维建模第25 页/共32 页（44）基于）基于CADCAD的方法。的方法。基于基于CADCAD的方法被用于一些复杂人工目标的全的方法被用于一些复杂人工目标的全三维逼真重建，该方法建模过程复杂，不适合于三维逼真重建，该方法建模过程复杂，不适合于大规模场景批量生产，但由于对数据和模型复杂大规模场景批量生产，但由于对数据和模型复杂程度没有过高要求，在实际工程中被广泛应用。程度没有过高要求，在实际工程中被广泛应用。

20、由于上述方法各有优缺点，实际工作中往往混合由于上述方法各有优缺点，实际工作中往往混合使用三种方法来进行建模。上述多种模型获取方使用三种方法来进行建模。上述多种模型获取方法广泛应用于地上景观建模及数字地形建模等模法广泛应用于地上景观建模及数字地形建模等模型构建中。型构建中。3.3.4 基于CAD 模型的三维建模第26 页/共32 页 三维地形的生成有多种方法：三维地形的生成有多种方法：11、基于真实数据的地形生成技术、基于真实数据的地形生成技术22、基于分形算法的地形生成技术、基于分形算法的地形生成技术33、基于数据拟合的地形生成技术、基于数据拟合的地形生成技术44、航空航天摄影测量数据创建、航

21、空航天摄影测量数据创建 3.4 3.4 数字地形建模数字地形建模第27 页/共32 页 三维建模技术应用于空中物质建模主要是指对遥感影像、机载雷达测量等大气专业数据进行三维建模。3.4.1 基于真实数据的地形生成技术第28 页/共32 页 三维建模技术应用于空中物质建模主要是指对遥感影像、机载雷达测量等大气专业数据进行三维建模。3.4.2 基于真实数据的地形生成技术第29 页/共32 页 三维建模技术应用于空中物质建模主要是指对遥感影像、机载雷达测量等大气专业数据进行三维建模。3.4.3 基于真实数据的地形生成技术第30 页/共32 页谢 谢！第31 页/共32 页感谢您的欣赏！第32 页/共32 页