城市建筑三维建模工艺方法研究毕业论文(编辑修改稿)

城市建筑三维建模工艺方法研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

只有对客户的需求进行综合分析，并针对本系统的特点，才能制定出合适的数据标准以及交换原则。 制定出一份好的数据标准，能让数据更好的完成共享，数据的转换也会变得轻松、高效。 本文主要讨论的 GIS 数据是三维空间数据，因此，如何达成快速、准确、形象地表达建筑物的空间平面位置和竖向特征是目前 GIS 三维领域研究所急待解决的重要问题。 三维模型的数据源包括空载激光扫描、卫星影像、航空影像、近距激光扫描、近景摄影、人工测量和 GIS/CAD 导出数据等。 这些方式取得的数据各自有各自的特点，制作出来的模型也各不相同，可以应对不同类型场景的数据要求，例如，卫星影像和航空影像以及空载激光扫描一般应用在大范围场景的三维建模上，近距激光扫描、近 景摄影和人工测 量应用于高精 度三维模型的数 据获取中，GIS/CAD 导出数据是利用已有二维数据制作三维场景，其特点是自 6 动化程度高，方法简单，速度快，缺点在于场景模型的精细度低。 遥感影像 在三维场景模拟中，遥感影像通常用于建立地形，方法是基于相应区域的 DEM 数据叠加现有遥感影像以完成三维地形的显示。 可 以对现有 DWG 格式的地形图做处理，将不必要的图层删除掉，保留建筑物物、标注点、绿地面、道路面、树木点以及等高线所在的图层，将其中的等高线图层提取出来，进行内插处理，生成的地形 DEM。 在使用影像图之前需要对影像图做校正和投影变换，对DEM 和影像图的融合可产生能真实反映地表起伏和地面纹理的数据集文件。 在缺少等高线数据且地形起伏没有明显影像的情况下，也可以直接用影像图作为地形底图使用。 在三维建模的时候，通常需要导入矢量图作为坐标和比例的依据，矢量图可以通过对遥感影像的矢量化来获取。 近景摄影测量 近景摄 影测量是采用摄影手段来确定目标物体外形及大小数据的一种测量方法，其关键在于数字照片的定位和相机的姿态定位，两者直接影响到测量及成像精度。 传统摄影测量使用专门为近景摄影测量设计的测量摄影器械，这种摄影机有很多优点，如光学性能好、机械结构稳固，这样获得的测量数据精度更高，但由于专业的器械价格相对比较昂贵，且不便于携带，因此在摄影测量的过程中使用的更多的是普通的数码相机，又称为非量测摄影机。 影响摄影测量精度的因素包括：摄影质量、控制质量、设备性能、被测物体的光照状态、后期处理的软硬件性能。 近景摄影测量设备类 型及各类特点： 结构稳固、光学性能好； 影机的功能，且配有格网； 影机的功能，但他配有改正底片变形的格网； 点是内部点元素不能记录，光学畸变较大，未采取减少或改正底片变形的措施，并且不具备记载外部空间参数的设备 [ 6]。 激光扫描测量 高精度激光扫描仪有 Airborne Scanner、 Laser Facade Scanner 等 7 等，其作用是获取目标物体表面的球面坐标信息并将其制成数字影像图， 这些信息可以被转换到笛卡尔坐标系中，并用来进一步作用于有关的三维应用。 将 GPS、惯性导航系统（ INS）和扫描激光测距仪进行集成，则组成机载激光扫描制图系统（ Airborne Scanning Laser Mapping System），可进行大范围数字地表模型（ Digital Surface Model， DSM）的高精度实时获取。 在激光扫描测量中，包括有 GPS、姿态测量装置和扫描激光测距仪，通常是先获取目标的精确位置和姿态参数，然后利用扫描激光测距仪获取成像中心到采光点的距离，然后用这些数据计算出目标的 位置。 与传统的摄影测量作业相比，激光扫描测量有很多优点：无需地面控 制点，可部分穿 越树林遮挡直 接获取地表的高 精度三维信息；对测量环境没有要求，即使是在夜间也可以进行测量；获取数字地表模型的测量成本相比摄影测量要低出很多；相比传统测量，激光扫描测量可以连续自动获取数据；测量速度、精度比传统测量要更高。 GIS/CAD 数据导出 由于三维 GIS 技术的技术不够成熟加普及度不足，市场上仍旧是二维数据占有率较高，然而，很多时候二维数据不能满足一些特殊需求，例如三维 GIS 的研究上，对三维大规模场景数据的需求十分强 烈，但是三维场景数据的获取成本较高，耗时较长，因此产生了这种利用二维数据快速产生三维场景数据的方法。 对于已有二维 GIS 数据可以进行简单的导出处理，基于现有的矢量图可以完成简单的建模，该方法成本低且自动化程度高，在需要快速建立三维模型的领域有着广泛的应用，这也是在现有的数据水平下大多数二维 GIS 提供三维能力的最主要方式，缺点在于生成的三维场景与现实的贴近度降低，数据的直观性也较差，分析功能仍停留在二维数据的水平。 正因为这类数据源存在着许多问题，随着三维技术的发展和成熟，这种方法将会渐渐被新的方法所取代。 8 第三章 三维模型制作 导入影像图 三维模型制作之前要先整理好对应区域的影像图文件，制作模型时要导入整理好的矢量图文件，在建模时可以作为参考线，并且给模型提供相应的坐标，在矢量图的基础上创建三维模型，创建好的模型位置必须与矢量图上相应的地物坐标保持一致。 影像图矢量化 首先要去 google earth 上去下载我们学校化石林的卫星影像图。 对图像进行投影定义。 在 ARCGIS 中 添 加 卫 星 影 像 图 之 后 手 动 添 加 shp 图层，在arccatalog 里面添加点，线 ，面 的 shp 文 件，注意，添 加到时候也要定义投影，选择 WGS1984。 矢量化化石林里面的化石，道路，植物等，其中道路利用擦除方法来进行矢量化，具体步骤如下（针对面）： 先建立一块较大区域的矢量区在被截的图层上，也就是之前正在用的图，然后建立一个临时的图层，和之前的图保持性质相同比如投影等，然后在临时图上画出想要在那块大区域上抠的区域，保存。 利用工具箱中的 overlay 中的 erase 来进行擦除。 右击菜单栏空白处添加 layout 工具模块，将矢量化的图层一起导入到 DWG 格式下。 3DMAX 建模 将上个步骤中产生的 DWG 格式矢量图导入到 3DMAX 中，会显示出地物的二维平面图，在 3DMAX 中需要对二维图的轮廓重新勾画（利用捕捉工具），勾画出的面便是需要建模地物的底面，对该底面进行一系列操作可以得到想要的三维模型，关键技术如下： （ 1）拉伸 拉伸在 3DMAX 中使用挤出修改器来实现，作用是将现有的二维 9 图形在竖直方向上进行拉伸，其操作对象是二维图形，挤出长度的数值为正时二维图形会向其正方向做一个延伸，为负值时则相反。 在对矢 量图进行处理之 后得到的模型 底面通过挤出便 可以得到立体的模型，挤出的长度即是模型的高 度。 （ 2）放样 Loft Object（放样）的作用和拉伸相近，不同点在于二维图形的拉伸方式不仅仅是在竖直方向上，而是可以给拉伸方向赋予一个固定路径，使二维图形沿着这条路径进行拉伸，而且在同一路径上的不同区段的剖面可以按照特定的规则发生改变。 放样是一种常用的建模方法，可以用来实现很多复杂模型的构建。 制作放样模型之前需要预先制作好放样平面和路径。 在 3DMAX 中，放样的重要参数包括放样路径、放样图形、缩放、扭曲、倾斜、倒角、拟合等等，可以实现图形随着路径进行缩放、扭曲、倾斜等等特殊效果，可以选择二维剖面 后捕捉路径进行放样制作模型，也可通过选择路径后捕捉二维剖面进行放样。 （ 3）布尔运算 Boolean（布尔运算）是通过对两个或两个以上的对象采用交集、并集、差集运算而得到新形态模型的建模方法。 在 3DMAX 中可对一个物体进行多次布尔运算。 布尔的重要参数包括运算对象、并集、交集、差集 AB、差集BA、切割，并集 可以获得两个对象合并的物体；交集可以获得两个对象相交的部分，删除不相交的部分；差集 AB 在 A 物体中减去和 B 物体重合的部分；差集 BA 同理；切割可以用一个物体去切除另一个物体，且不添加该物体的任何部分。 （ 4） 倒角 倒角修改器可以将图形挤出为 3D 模型，并 且使边缘处平滑，是常见的建模中经常需要用到的方法，其重要参数包括封口、曲面、相交、起始轮廓，封口可以指定是否在图形一端封闭开口，曲面可以控制曲面的侧面速率、平滑度以及贴图，相交可以防止重叠的相邻边产生锐角，起始轮廓用来设定轮廓到原始图形的距离。 （ 5） 扭曲 扭曲修改器可以 对一个三维模型产生一个类似于拧毛巾的旋转效果，并且可以控制 x、 y、 z 轴上的扭曲角度，同时可以对模型的一部分限制扭曲效果。 （ 6） FFD 修改器 FFD 翻译过来是“自由变形”，其包含 5 种类型： FFD 2 2 2修改器、 FFD 3 3 3 修改器、 FFD 4 4 4 修改器、 FFD 圆柱体修改器以及 FFD 长方体修改器，这类修改器的作用是使用晶格框包围 10 模型，通过对晶格框上控制点的调整来完成对模型的调整。 3DMAX 中有大量的建模工具和修改工具，建模工具包括多边形建模和样条线建模，修改工具包括拉伸、布尔、放 样、倒角、扭 曲、FFD 修改器、对齐、旋转等等，利用这些工具我们可以针对真实场景制作出十分逼真的三维模型。 在 三 维 建模 之 前先 思 考采 用 什 么样 的 建模 方 法和 合 适的 修改器，在建模过程中可以对照实物图片逐步对已有模型作出修改，尽量减少不必要的工作，例如将模型面分段，这会增大模型的数据量，会对后面模型到场景的导入工作产生影响。 当然对于复杂的模型还是应该对细节部分逐步调整，以达到更加贴近真实的效果。 注意事项 由于建成的模型不仅仅要在 3DMAX 中显示，同时需要导出到固定的格式，最后需要导入到 skyline 上的三维场景中，因此许多细节上的 处理不当可能会直接导致模型无法导出，在场景中的显示效果不佳、显示错误或者无法显示，因此，在建模的过程中，需要注意如下事项： （ 1）删除掉所有建筑以及其他模型的底面。 （ 2）避免模型出现两面或多面重叠的情况，要删除模型中重合的面，否则会造成重叠面在场景中闪烁的情况。 （ 3）所有的三维模型的 z 坐标必须要大于 0，包括地面。 （ 4）对三维模型结构与贴图坐标起不到作用的点和面都要删除以节省数据量。 （ 5）在创建模型的时候，注意利用捕捉使模型的点与点之间相互对齐，不要出现点之间有缝隙或错位导致面与面之间出现交叉的情况， 这样可以避免场景漫游时出现闪面或破面的情况影响效果 [ 9]。 （ 6）尽量减少模型的数据量，但前提是保证场景的显示效果，线的段数尽量不要过多，可能的情况下用折线来代替曲线以减小数据量 [ 11]。 贴图制作 在三维模型的制作中，贴图是很重要一个部分，他可以真实的反映物体表面的纹理和材质，如果没有贴图，没有纹理的模型的表现力是苍白无力的。 他不仅仅可以表现出木质、塑料、玻璃等各种材。