| 标题 | 城市园林景观三维建模方法研究综述 |
| 范文 | 管梓言 摘要： 三维建模技术发展已经日趋成熟，其在城市园林景观建模中的应用也受到了广泛关注。本文对三维建模关键技术及其在应用进行了概述，总结了城市园林景观三维建模的几种主要方法。 Abstract： The development of three-dimensional modeling technology has become more and more mature， and its application in urban landscape modeling has also received extensive attention. In this paper， the key technologies of 3D modeling and their applications are summarized， and several main methods of 3D modeling of urban landscape are summarized. 关键词： 城市园林景观；三维建模；虚拟现实 Key words： urban landscape；3D modeling；virtual reality 中图分类号：TU986 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0285-02 0 引言 城市园林景观三维模型主要是对城市地貌、城市建筑物、绿地、水体以及其他景观以三维的方式呈现出来，进而反映城市空间、物理形态以及特定属性等相关信息，构建这类模型所依托的技术主要是计算机图形技术、虚拟技术以及其他数据获取、分析与呈现技术。因此，城市园林景观三维建模要重点探讨表达何种对象、需要呈现到什么程度以及应当运用何种方式进行呈现等问题。 1 城市园林景观三维建模的关键技术及其应用 1.1 三维建模关键技术 当前，三维可视化技术已被广泛应用于建筑、交通与城市景观等诸多领域，如德国的Rostock大学、Stuttgart大学等高共同开发了基于三维技术的数字城市模型，这些机构划分和描绘了城市空间的具体对象，构建了数字城市景观系统，以便于公众查询城市相关设施。此外，许多商用地理信息系统也纷纷引入三维模块，如ArcINFO和IMAGINE等均有三维模块，这些模块可以在实时环境下能够以三維飞行的方式实现访问及漫游。比较典型的城市三维可视化软件有VRMap和IMAGIS等。其中，IMAGIS可以将DOM、DEM、DLG和DRG等众多图形和影像作为该系统的处理对象，实现了三维可视化与虚拟现实技术的融合。 1.2 三维建模技术与软件在城市景观中的应用 付帅[1]比较了当前城市三维景观建模的各种技术优势与不足，如CAD系统、计算机立体视觉、基于遥感与数字摄影测量技术等，其研究发现DEM数据+3DS MAX软件在城市景观三维建模中的应用效果最好。高山等[2]梳理了三维建模现有技术及其标准，探讨城市景观三维建模中的表达、精度及其标准，以及三维模型的几何精度和纹理分辨率检验的一致性标准等问题。左建章等[3]基于三维可视化技术，探讨了城市景观三维建模中存在的海量数据处理、及时呈现以及三维系统实时交换与拓展等问题，并提出了具体的解决措施与途径。刘洁等[4]基于OBJ三维模型文件结构，并结合城市空间信息应用的现实情况，提出了更具有普适性的三维模型对象类结构，该模型能便于抽取OBJ文件的实体信息，其提供的数据和OpenGL技术，能提升三维模型呈现图形的真实感，为城市三维景观复杂建模及其可视化呈现提供了良好的解决方案。 1.3 城市景观三维模型库的构建 王继周等[5]认为城市建筑物通常都有一定共性特征，对这些特征进行全面、系统的梳理，能够为城市景观三维建模提供有效支持，基于该思路设计了城市景观三维模型库结构，这些模型库有城市景观的特征库与纹理库、地面覆盖纹理库以及独立地物模型库等。李武[6]综合运用AutoCAD、3DMAX和ArcGIS等软件，构建了一系列城市景观的三维场景，包括城市建筑物、周边树木及篮球场等，再基于这些三维场景的GIS数据，实现了城市景观三维属性信息的查询，其研究验证了ArcGIS在城市三维景观建模中应用的可行性与实用性。 2 几种主要的城市园林景观三维建模方法 2.1 基于虚拟现实技术的三维建模方法 郭轶等[7]认为当前园林景观领域的CAD软件在城市景观三维建模中以及虚拟现实的呈现效果方面有比较大的局限性，通常只可实现二维绘图，而不能对城市动态变化的景观进行呈现，因而提出将虚拟现实技术应用于呈现城市三维园林景观，运用面向对象的三维建模方法开展相关建模工作，包括三维实体建模、实时虚拟呈现、景观图像的渲染与动画制作等。万剑华等[8]梳理了VRML应用于虚拟校园三维景观建模的相关技术。罗陆锋等针[9]对大面积虚拟景观三维建模中因为大数据量而导致的一系列问题，如建模工具选择较难、模型冗余度高以及建模复杂、模型文件过大等，提出了优化建模过程的方法，从数据转换、漫游数据设计以及系统集成等方面，分析了漫游系统的构建流程及其体系结构，并提出了具体的数据压缩与转换算法，以及实现了大数据量的漫游系统。刘万青等[10]基于IMAGIS平台，以常见的地基图数据作为数据源，进行城市三维景观的建模，以此获得城市的虚拟现实景观图。 2.2 快速三维建模方法 陈松林等[11]对ERDAS和Sketchup软件性能进行了系统的解析，提出了运用ERDAS和SketchUp软件进行三维建模的具体流程，并着重分析了该三维建模过程中的步骤，再基于Geoye-1立体影像的相关数据，构建了所研究地区的三维景观模型。其实证研究表明，应用ERDAS和SketchUp进行三维建模，能够有效提升建模的自动化程度及建模的效率，可以适应各类三维建模需求，并可以很大程度上支撑ArcGIS软件三维建模。谢衍忆等[12]则运用CityEngine规则化建模方法，对城市的重要景观进行了快速三维重建，包括城市建筑、路面及其绿化景观等，并以江西省赣州市为例进行了快速三维重建的实施研究。吕希奎等[13]运用Google Earth软件大批量提取了某市的空间坐标及正射影像图数据，对该市的地形进行了三维重构，他们运用CityPlan建模软件，快速构建了各类城市景观模型，再利用数据对这些景观模型的空间信息进行管理，运用skyline软件进行再开发，将该城市地形与景观的三维模型进行整合，将其用于快速建立城市轨道交通线路三维景观。 2.3 基于地形的三维建模方法 陈芳[14]提出了一种将GIS、CAD技术与动画技术进行有效整合的三维城市景观建模的方法，其数据组织与分析方式采用GIS的空间数据及属性数据的管理方式，建模技术为CAD技术，并结合动画技术进行动态地呈现，该方法包含了城市景观建模的各种要素，如地形、建筑物、地表绿地以及城市水体等，因而通过该方法构建的模型，能够清晰地揭示城市建筑物与地形及环境之间的关系。刘全海等[15]针对当前城市景观三维建模很难反映地形变化，且建模成本高但效果低下等问题，提出基于三维道路技术标准及建模流程，探索了一套能够对城市道路标志以及城市各个组成部分信息进行采集和处理的三维建模预处理方法，并结合卫星提供的城市街景影像，设计了顾及地形特征的高精度算法，进而实现对城市道路及景观的三维建模。 2.4 基于卫星遥感的三维景观建模方法 伊丕源等[16]基于IKONOS卫星所传送回来的高分辨率立体像数据，运用数字摄影测量法，提取某个城市的三维信息，如生成DEM以及制作正射影像图等，并提取了城市建筑的三维图像信息，再综合运用ERDAS IMAGINE和3ds Max等三维软件工具对该城市进行三维建模，以充分发挥这些软件的效用，完成城市建筑物建模，并运用多种技术构建了该城市的三维虚拟景观。伊丕源等[17]基于QuickBird卫星图像数据，借助VC++6.0平台和DirectX SDK，构建了某市的景观模型，该模型能够运用可见性剔除、LOD和Mipmap等多种技术，对包含大量模型与纹理图像的卫星数据进行有效处理，进而优化DEM和纹理图像，提升城市景观三维模型的可用性。张竞等[18]基于CAD地形图和遥感影像数据，运用城市建筑物的多边、多层特征，通过生成立柱体与正射影像投影，构建了城市景观三维模型，并以南京市新街口为例进行实证研究，研究结果表明该方法是有效的城市景观三维建模方式。 3 结论 本文调研了三维建模的关键技术及其在城市景观三维建模中的具体应用，发现当前城市园林景观三维建模与虚拟现实、GIS以及卫星遥感等技术联系十分紧密，在此基础上总结了城市园林景观建模的几种主要方法，包括基于虚拟现实技术的三维建模方法、快速三维建模方法、基于地形的三维建模方法以及基于卫星遥感的三维景观建模方法等，这些三维建模方法所依托的分析软件、数据来源、建模流程及其对城市园林景观要素的展示都各有不同，因而能够获得截然不同的呈现效果。但总体上来看，城市园林景观三维建模方法发展不仅要追求呈现效果的日益优化，还要能够动态展现城市景观的变化，实时虚拟景观图像，且要解决当前因大数据量而导致的一系列复杂建模问题，因而基于实时卫星图像数据、能够虚拟现实以及自动化程度高的三维建模技术将是以后发展方向。 参考文献： [1]付帅.城市三维景观建模技术比较研究[J].地理空间信息，2003，1（4）：24-28. [2]高山，陈思.城市三维建模技术与标准研究[J].测绘通报，2013（3）：95-97. [3] 左建章，关艳玲，朱强.大范围三维城市立体景观建模系统的研究[J].测绘科学，2005，30（2）：22-24. [4]刘洁，裴继红.基于通用模型文件的城市三维景观面向对象可视化方法[J].计算机工程与应用，2004，40（18）：96-199. [5]王继周，李成名.城市景观三维模型库的原理、构建及应用[J].测绘科学，2007，32（4）：20-22. [6]李武.基于ArcGIS的三维景观建模技术研究[J].地理空间信息，2014（3）：76-78. [7]郭轶，陈岱林，张雷，等.基于虚拟现实的三维园林景观设计仿真系统[J].计算机仿真，2009，26（2）：320-324. [8]万剑华，郑红霞，盛辉，等.基于VRML的虚拟校园中的三维景观建模[J].计算机应用与软件，2004，21（7）：82-84. [9]罗陆锋，邹湘军，刘天湖，等.大数据量虚拟景观的三维模型优化与漫游[J].系统仿真学报，2009，21（6）：1654-1657. [10]劉万青，石云，刘勃利.利用IMAGIS快速制作城市三维景观图的方法——以西北大学校园为例[J].西北大学学报：自然科学版，2006，36（3）：481-484. [11]陈松林，刘专，董胜光.应用ERDAS和SketchUp构建城市三维景观模型实验[J].地理空间信息，2011，09（1）：46-49. [12]谢衍忆，黄良平，陈元增，等.基于CityEngine的城市三维快速建模方法及应用[J].地理空间信息，2016（2）：39-40. [13]吕希奎，王明生，李鸣，等.城市轨道交通三维城市景观快速建模方法研究[J].城市轨道交通研究，2013，16（9）：43-46. [14]陈芳.顾及地形的三维城市建筑景观模拟的方法研究[D]. 武汉测绘科技大学 武汉大学，1995. [15]刘全海，冉慧敏，李楼.顾及地形特征的三维道路及景观快速建模方法[J].测绘通报，2016（6）：30-34. [16]伊丕源，赵英俊，刘德长，等.基于Erdas和DirectX平台的三维景观建模与应用[J].地球信息科学学报，2010，12（4）：473-479. [17]伊丕源，赵英俊.基于卫星遥感的三维景观建模与优化技术应用[J].遥感信息，2013，28（2）：42-46. [18]张竞，王结臣.一种便捷的城市三维景观可视化方法[J]. 测绘科学，2009，34（4）：125-126. |
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