城市建模_城中村批量快速三維建模方法研究及實現

摘 要

針對當前三維城市建模方法中利用計算機程序對非精細模型批量建模只能保證建筑高度信息，不能利用二維數據的屬性信息來控制模型的結構和紋理問題，該文提出基于參數化建模技術與３ＤＭａｘ插件開發技術實現城中村批量快速三維建模方法。首先，利用現有二維測繪數據的空間信息和屬性信息作為建模的基礎數據；然后，通過Ｃｉ ｔｙＥｎｇｉｎｅ提供的幾何操作函數和幾何形狀屬性函數，結合城中村建筑結構、屋頂結構的特點，構造生成建筑結構的函數，編制自動化參數化的建模程序，利用底面的屬性信息生成模型；最后，編制Ｐｙｔｈｏｎ語言批量導出模型的插件和ＭａｘＳｃｒｉｐｔ腳本批量導入模型的插件，提高工作效率和模型的兼容性。通過實驗及性能分析，表明該方法能保證建筑三維模型的快速建立、結構和紋理的逼真與３ＤＭａｘ很好地兼容，并可直接進行模型修改與格式轉換。

三維建模技術是根據研究對象的三維空間信息構造其立體模型， 并利用相關建模軟件或編程語言生成該模型的立體圖形顯示［１］。目前，建筑物的三維建模方法主要可歸納為４類：①利用機載激光雷達或三維掃描儀獲取建筑物的三維點云構建其三維模型， 該方法數據預處理過程復雜且數據量大［２-３］；② 利用傾斜攝影測量技術獲取目標的多視角影像數據構建其三維模型， 需要借助于專業的傾斜攝影測量軟件， 具有自動化程度較高的優點， 但其無法做到三維模型的精細化、單體化制作［４-６］；③ 利用遙感影像、ＣＡＤ 平面圖和外業拍攝照片等數據， 通過使用３ＤＭａｘ、ＡｕｔｏＣＡＤ、ＳｋｅｔｃｈＵｐ 等建模軟件進行手工建模， 其模型精細度高、單體化， 但需要大量的人工交互［７-８］；④ 計算機程序自動建模， 利用形狀規則描述建筑物的結構和部件組成， 通過編寫計算機程序自動生成三維模型［９-１１］， 或使用ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＭａｘ二次開發的插件自動生成建筑物的三維模型［１２-１６］。在數字三維城市中， 眾多優秀的ＧＩＳ 軟件公司也相繼推出了各自的三維的軟件， 例如：ＳｕｐｅｒＭａｐ８ｃ、Ｓｋｙｌｉｎｅ或ＣｉｔｙＭａｋｅｒ等三維平臺；ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＭａｘ、ＳｋｅｔｃｈＵｐ 或ＣｉｔｙＥｎｇｉｎｅ 等三維建模軟件。目前， 仍有很多三維數據生成商采用３ＤＭａｘ軟件進行建模，再將三維場景轉換為對應的格式導入不同的三維平臺中。隨著城市化的發展， 大小城市普遍存在“城中有村， 村中有城” 的現象。由于城中村建筑結構與形式具有簡單性、相似性高、工作量大等特點， 如果對精度要求不高的城中村采用手工建模， 這無疑是財力、物力的浪費；因此， 不斷有人提出快速高效的計算機程序建模方法， 以作為３ＤＭａｘ城市建模的補充。文獻［１３］ 提出基于ＡｕｔｏＣＡＤ 的數字線劃地圖（ｄｉｇｉｔａｌｌｉｎｅｇｒａｐｈｉｃ，ＤＬＧ）批量建模， 采用房屋邊界加上建筑高度生成建筑模型， 并與３ＤＭａｘ無縫集成， 但這種方法除了建筑高度真實之外， 建筑的結構和紋理都是隨機生成的， 且只能生成結構簡單的屋頂；文獻［１４］ 借助微軟的ＤｉｒｅｃｔＸ３Ｄ 組件編制插件批量生成模型， 使建模效率提高， 但不能實現凹凸屋頂的建模。

本文針對城中村基于以上計算機程序批量建模的缺點和實際工作中使用３ＤＭａｘ插件批量建模的不足， 提出基于參數化建模技術與３ＤＭａｘ插件開發技術實現城中村批量快速三維建模方法， 該方法通過編制批量建模程序， 將建筑底面屬性信息與模型的結構、紋理等建立聯系， 從而用屬性信息控制模型的大小、結構、紋理等， 可以實現逼真的三維建筑模型的快速批量構建。然后通過編制模型導出、導入插件，使三維模型與３ＤＭａｘ 無縫集成， 彌補了利用３ＤＭａｘ插件與上文中計算機程序建模方法的不足， 為城市管理中大規模城市快速批量自動非精細三維建模提供實用、低成本、高效率的解決方案。