城市建模_城中村批量快速三维建模方法研究及实现

摘 要

针对当前三维城市建模方法中利用计算机程序对非精细模型批量建模只能保证建筑高度信息，不能利用二维数据的属性信息来控制模型的结构和纹理问题，该文提出基于参数化建模技术与３ＤＭａｘ插件开发技术实现城中村批量快速三维建模方法。首先，利用现有二维测绘数据的空间信息和属性信息作为建模的基础数据；然后，通过Ｃｉ ｔｙＥｎｇｉｎｅ提供的几何操作函数和几何形状属性函数，结合城中村建筑结构、屋顶结构的特点，构造生成建筑结构的函数，编制自动化参数化的建模程序，利用底面的属性信息生成模型；最后，编制Ｐｙｔｈｏｎ语言批量导出模型的插件和ＭａｘＳｃｒｉｐｔ脚本批量导入模型的插件，提高工作效率和模型的兼容性。通过实验及性能分析，表明该方法能保证建筑三维模型的快速建立、结构和纹理的逼真与３ＤＭａｘ很好地兼容，并可直接进行模型修改与格式转换。

三维建模技术是根据研究对象的三维空间信息构造其立体模型， 并利用相关建模软件或编程语言生成该模型的立体图形显示［１］。目前，建筑物的三维建模方法主要可归纳为４类：①利用机载激光雷达或三维扫描仪获取建筑物的三维点云构建其三维模型， 该方法数据预处理过程复杂且数据量大［２-３］；② 利用倾斜摄影测量技术获取目标的多视角影像数据构建其三维模型， 需要借助于专业的倾斜摄影测量软件， 具有自动化程度较高的优点， 但其无法做到三维模型的精细化、单体化制作［４-６］；③ 利用遥感影像、ＣＡＤ 平面图和外业拍摄照片等数据， 通过使用３ＤＭａｘ、ＡｕｔｏＣＡＤ、ＳｋｅｔｃｈＵｐ 等建模软件进行手工建模， 其模型精细度高、单体化， 但需要大量的人工交互［７-８］；④ 计算机程序自动建模， 利用形状规则描述建筑物的结构和部件组成， 通过编写计算机程序自动生成三维模型［９-１１］， 或使用ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＭａｘ二次开发的插件自动生成建筑物的三维模型［１２-１６］。在数字三维城市中， 众多优秀的ＧＩＳ 软件公司也相继推出了各自的三维的软件， 例如：ＳｕｐｅｒＭａｐ８ｃ、Ｓｋｙｌｉｎｅ或ＣｉｔｙＭａｋｅｒ等三维平台；ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＭａｘ、ＳｋｅｔｃｈＵｐ 或ＣｉｔｙＥｎｇｉｎｅ 等三维建模软件。目前， 仍有很多三维数据生成商采用３ＤＭａｘ软件进行建模，再将三维场景转换为对应的格式导入不同的三维平台中。随着城市化的发展， 大小城市普遍存在“城中有村， 村中有城” 的现象。由于城中村建筑结构与形式具有简单性、相似性高、工作量大等特点， 如果对精度要求不高的城中村采用手工建模， 这无疑是财力、物力的浪费；因此， 不断有人提出快速高效的计算机程序建模方法， 以作为３ＤＭａｘ城市建模的补充。文献［１３］ 提出基于ＡｕｔｏＣＡＤ 的数字线划地图（ｄｉｇｉｔａｌｌｉｎｅｇｒａｐｈｉｃ，ＤＬＧ）批量建模， 采用房屋边界加上建筑高度生成建筑模型， 并与３ＤＭａｘ无缝集成， 但这种方法除了建筑高度真实之外， 建筑的结构和纹理都是随机生成的， 且只能生成结构简单的屋顶；文献［１４］ 借助微软的ＤｉｒｅｃｔＸ３Ｄ 组件编制插件批量生成模型， 使建模效率提高， 但不能实现凹凸屋顶的建模。

本文针对城中村基于以上计算机程序批量建模的缺点和实际工作中使用３ＤＭａｘ插件批量建模的不足， 提出基于参数化建模技术与３ＤＭａｘ插件开发技术实现城中村批量快速三维建模方法， 该方法通过编制批量建模程序， 将建筑底面属性信息与模型的结构、纹理等建立联系， 从而用属性信息控制模型的大小、结构、纹理等， 可以实现逼真的三维建筑模型的快速批量构建。然后通过编制模型导出、导入插件，使三维模型与３ＤＭａｘ 无缝集成， 弥补了利用３ＤＭａｘ插件与上文中计算机程序建模方法的不足， 为城市管理中大规模城市快速批量自动非精细三维建模提供实用、低成本、高效率的解决方案。