文档介绍：基于CityEngine的三维场景快速建模研究
摘要:依据GIS数据作为建模基础,在CityEngine中运用CGA规则,以重庆交通大学为研究区域,对该区域进行了快速模型生成,然后对具体模型进行动态参数调整,对特定建筑进行精细化编辑,最后生成了三维场景。
关键词:三维建模;CGA规则建模;三维GIS
1 引言
三维建模技术是运用计算机技术,将地理空间数据从传统的以二维平面图为主的表现方式转换为以三维立体模型的方式显示出来,能更真实、形象地展示现实世界,普遍应用于区域规划、智慧城市、建筑设计、安全应急等领域[1]。通常的三维建模方式以手工方式创建为主,虽然可以产生比较精细,美观的模型,但是需要?诙?密级型的重复工作,人力财力成本较高。而且在数据处理的过程中容易造成数据丢失,精度及位置匹配不一致,属性管理、后期维护困难。建好的模型以展示为主,没有体现其价值。
张晖等基于CityEngine对建筑三维建模技术进行了研究[2];黄良平通过程序编写规则代码,主要对城市重要组成部分进行快速三维建模[3];周玲重点对道路和建筑进行参数化建模,对城市主要构成要素进行了三维建模方法的研究[4]。可见,基于CityEngine,利用CGA规则,编写程序进行批量生产三维模型,降低三维模型生产周期和成本、挖掘三维数据使用的潜力,对三维GIS的应用具有非常重要的意义。
2 数据采集与处理
要构建三维场景建模所需要的数据包括,数字线划地图(DLG, Digital Line Graphic)、建筑物的信息、道路中心线以及纹理贴图等[5]。
数字线画地图
数字线画地图(DLG)是与现有线划基本一致的各地图要素的矢量数据集,且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息[6]。数字线画地图作为三维建模的关键,决定了三维模型的质量,是制作三维场景的基础。
笔者以重庆交通大学为例,通过谷歌地图下载重庆交通大学南岸校区的高分辨率遥感影像图,利用Arc Map软件进行矢量化等一系列操作得到研究区域的数字线画地图。谷歌地图使用的是WGS84地理坐标系,首先使用Data Management Tools下的Project Raster工具进行坐标投影转换为平面坐标系;然后新建地理空间数据库,在数据库里新建Shape file图层,根据地物轮廓对研究区域的遥感影像图进行矢量化;最后对数据编辑,建立要素的属性等一系列操作。数据处理结果如图1所示。
建筑物数据
建筑物在三维场景中是尤为重要的,建模必要的建筑物数据主要包括建筑物几何形状数据,建筑物高度,楼层等信息。
建筑物几何数据获取途径有很多,这里使用遥感影像图人工矢量的线画图来获取;建筑物高度、楼层等其他属性信息采用人工估算的方式来获取,这种方式获得的数据与实际建筑物相差不大,对于精度要求不高的三维景观建模来说,是一个简单快速,节省时间以及人力的最好方法。建筑物属性信息如图2所示。
道路中心线
在一个场景中,道路包含的关键信息包括道路的长度,宽度,绿化带、路灯等。在CityEngine中,所需要的空间数据是道路的中心线数据,道路中心线属性数据包
括了这些道路的基本信息,道路的属性信息如图3所示。
纹理贴图
三维场景模型的渲染离不开纹理贴图,City