基于摄影测量的三维城市建模

基于摄影测量的三维城市建模主要内容三维城市模型数据内容三维城市模型数据的获取与建模方法基于摄影测量的三维城市模型数据的获取与建模方法三维城市模型数据内容数码城市(CyberCity)是城市信息化发展的一个主要方向，数码城市的基本内容是三维城市模型（3DCityModel,简称3DCM）。三维城市模型不仅以三维的形式表示城市景观，而且还能逼真地描述表面特性。因此，表面特征和材质参数的描述如几何形状、相片纹理与属性等都将是三维城市模型的数据内容。三维城市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。三维城市模型数据生产的内容包括数字地面模型（DigitalElevationModel，简称DEM）、数字正射影像（DigitalOrthoimageMap，简称DOM）、城市固定地物的三维模型数据（3DCityModelData，简称CMD）、材质、纹理和相关的多媒体属性数据。三维城市模型DEMDOM地物三维模型数据多媒体属性数据三维城市模型数据生产的内容三维城市模型数据的获取与建模方法在城市环境中尽管很多建筑物具有相似的外形，但往往不同的建筑物具有不同的几何外形特征。在2DGIS中一般只用建筑物的地面轮廓线来表达建筑物，这种表达只反映了建筑物本身很少部分的信息。在三维城市模型中除了建筑物的基本平面位置及高度信息外，还需表达建筑物的色彩纹理与几何外形特征，这些几何外形特征往往体现三维对象特别是建筑物对象的独特风格。由于城市环境中建筑物成百上千，如果采用传统测量方法，其工作量之大令人难以忍受。因而有许多学者在如何获取建筑物的几何外形特征（或要素方面）进行了深入研究，具代表性的工作有如下几种：将2DGIS中的建筑物轮廓线与建筑物高度（由层数计算或其他方式得到）结合，用简单几何体表达建筑物外形特征。这种方法最简便，同时三维数据量最少，但也与实际相差最大。使用航空影像进行交互式获取。由于航空影像真实地反映了城市建筑的所有顶部信息，同时也反映了建筑物的部分侧面信息以及大部分建筑物附属信息，因而可以运用数字化结合人工交互的方式获取建筑物的外形特征。这种方法能较真实地获取所需要的信息，但由于需要人工干预，工作量也是相当大的。使用航空影像以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取。这种方式获取速度最快，但获取几何信息不够完整，需要人工做大量后续处理，目前还难以达到实用。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。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一种方法。三维建模有很多，而且相关的新软件不断出现，目前比较通用的建模软件有国外的AutoCAD、3DMAX、MultiGen等。国内也出现了类似的产品，如灵图公司的VRMap、适普公司的IMAGIS等。AutoCAD致力于模型的精细和机械的完整，它做出的数据是目前的工业标准，有精确的材质定义和大量的属性数据。AutoCAD绘图的目的是通过模拟复杂的数据设计规则来生成工程图，广泛用于工业设计制造行业。3DMAX目前的主要用途在制作动画方面，由于它的交换格式3ds文件能有效的描述大多数三维模型，所以已经很多软件都支持这种格式，有的还把3DMAX模型作为自己的主要数据源。但3DMAX模型没有属性信息，也不支持自动建模。MultiGen建模主要是为了做视觉仿真，对于建筑物的屋顶等复杂对象，提供了丰富的模型库供选择。它做出的模型可以根据需要进行实时简化，并且可以将任意的多边形数据以一种高效率的结构组织，还能保存视觉仿真的控制元素。它的缺点是建模周期大，成本高。MultiGen-Paradigm公司和ESRI公司联合推出的产品SITEBUILDER3D，可以根据Arc/Info二维数据以及建筑物的高度属性自动的重建三维模型，不过目前SITEBUILDER3D自动建立的模型还只是平顶的立方体式的模型，不能有效的表达屋顶的各种复杂形态。灵图公司的VRMap主要目的是三维景观的再现，注重场景实时漫游速度和仿真效果，但建模手段比较简单，目前只能生成一些立方体式的模型，比较复杂的模型要通过3DMAX和AutoCAD制作，只有一些很简单的模型编辑功能。适普公司的IMAGIS可以自动建立比较简单的模型，也有一些编辑功能，可以做出比较复杂的模型，并有100多种建筑物的屋顶模型。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编码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。摄影负片像片扫描控制点数据像对定向或方位元素安置自动相关获取DEMDEM编辑多模型DEM镶嵌存盘或建库质量检查与元数据文件记录全数字化摄影测量生产DEM的工作流程摄影负片像片扫描控制点数据像对定向或方位元素安置DEM采集与编辑数字微分纠正数字正射影像镶嵌存盘或建库质量检查与元数据文件记录全数字摄影测量方法生产数字正射影像遥感数据控制点数据数字影像几何纠正数字影像处理与融合DEM数字影像镶嵌图幅裁切与整饰数字正射影像输出或存盘质量检测与元数据文件记录遥感影像处理制作DOM的生产流程控制点坐标影像定向参数质量检测与元数据文件记录导出ASC文本格式数据检查编辑修改人工测量建筑物顶部轮廓特征点/线人工选择地物类和用户码建立立体模型数字影像图纸数字摄影测量工作站交互式数字摄影测量采集城市三维数据流程图特征编码数据3DS/MAX三维设计模型三维建模与编辑平台实地拍摄纹理影像三维城市景观模型数据转换、模型编辑、纹理映射、属性定义多媒体属性数据正射影像数字高程模型贴面纹理影像图象处理三维城市建模流程图建筑物的测量基本房：平顶房：平顶房是指房屋边界点具有相同的高度屋脊房：屋脊房是指房屋边界点具有不同的高度，但没有内部点的房屋有内部点的屋脊房：指房屋边界点具有相同或不同的高度，但有内部点的房屋弧顶房：弧顶房是指房顶象一个平放的圆柱球顶房：球顶房是指房顶象一个半圆球椭球顶房：椭球顶房是指房顶象一个半椭球曲面顶房：曲面顶房是指房顶象一个任意曲面其它屋脊房：指房屋边界点具有不同的高度，但没有内部点，并且边界有弧状的房屋其它有内部点的屋脊房：指房屋边界点具有不同的高度，有内部点，并且边界有弧状的房屋(1)(2)(3)(4)(5)(5)(6)(6)房上房平顶：指水平或者倾斜的平面屋顶单屋脊顶双屋脊顶弧顶：指房顶象一个平放的圆柱球顶房：球顶房是指房顶象一个半圆球椭球顶房：椭球顶房是指房顶象一个半椭球曲面顶房：曲面顶房是指房顶象一个任意曲面其它无内部点的房其它有内部点的房(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)在测量房屋时，不同类型的房子要用不同的测量码。下属表格定义了不同类型的房子在工作站VirtuoZo和建模软件CCModeler中的编码：类型VirtuoZoCCModeler基本房1211044，或54基本房22361144，或154基本房33490(边界点)248130(内部点)34．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．房上房13230511，或512房上房23300521，或522．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．数据转换建立模型模型编辑建筑物的建模移动、旋转、缩放节点编辑屋顶编辑纹理编辑复制、粘贴、删除属性修改模型转换封闭线TO体线TO侧面线TO面线TO封闭面面TO体移动合并选择关联加特征点改变连线删特征点显示纹理显示样本编辑纹理纹理复制应用纹理坐标旋转角缩放程度UserID纹理名多媒体缺省纹理关联多媒体编辑检查（平行、垂直、共面、等高），并自动裁切屋顶纹理选择物体编辑模块流程建筑物的纹理