張明,蘇中球

(1.南寧市勘測院,廣西南寧 530001; 2.廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院,廣西南寧 530001)

1 前 言

用數(shù)字形式表示地理空間已成為熱點(diǎn)。數(shù)字城市通過對城市地形、建筑及其他人工設(shè)施進(jìn)行三維地理建模,形成覆蓋全市的數(shù)字城市立體場景,同時結(jié)合虛擬仿真等技術(shù),實(shí)現(xiàn)城市的三維可視化管理。它是提高城市規(guī)劃編制技術(shù)水平,實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃的有效手段,是實(shí)現(xiàn)公共事務(wù)可視化管理的基礎(chǔ)保障。這是一個非常龐大的、復(fù)雜的、長期的系統(tǒng)工程,其中,三維城市模型的建立是數(shù)字城市建設(shè)的首要步驟和重要內(nèi)容。

“海量數(shù)據(jù),軟硬件要求高,任務(wù)繁重,開發(fā)周期長”已經(jīng)成為數(shù)字城市三維建模的瓶頸,筆者根據(jù)目前流行的三維建模軟件3ds Max的特點(diǎn),并以CityMaker系列軟件為平臺,通過對比研究和實(shí)驗(yàn),提出了一整套合理的規(guī)范技術(shù)要求,現(xiàn)以“數(shù)字玉林”的建設(shè)為例,對三維仿真建立的各個過程的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行說明,以供大家探討。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和軟件要求

2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)所選區(qū)域?yàn)橛窳质兄行某菂^(qū),面積約30 km2。以市中心、文化廣場、會展中心、南流江、清灣江沿江以及主要街道沿街 100m帶狀建筑、景觀為精細(xì)模型制作,面積約 9.3 km2,單體建筑上千棟,古老建筑與現(xiàn)代建筑并存,且有大面積的水體和綠地,充分體現(xiàn)出一般城市應(yīng)具有的復(fù)雜性與多樣性,具有很強(qiáng)的代表性。

2.2 數(shù)據(jù)收集

(1)玉林市CAD地形圖,包括建筑、交通、植物、水體等高線等基礎(chǔ)信息。

(2)玉林市中心城區(qū)影像圖。

(3)玉林市中心城區(qū)建筑、景觀的數(shù)碼照片。

2.3 軟件要求

以AutoCAD 2005用于建筑物輪廓提取及數(shù)據(jù)源處理,以3dsMax 8.0作為三維建模工具,用Photoshop進(jìn)行貼圖紋理處理,最后在CityMaker里合成場景,制作后期效果,以及實(shí)時瀏覽。

3 模型制作過程技術(shù)要點(diǎn)

3.1 工作單位

按照項(xiàng)目的制作要求,模型的制作一律以 mm為單位。一旦場景單位定義好之后,不得隨意變動場景單位,以避免建筑尺寸縮放后影響建筑的尺度感。

3.2 導(dǎo)入CAD文件

導(dǎo)入經(jīng)整理過的dwg文件并凍結(jié),在凍結(jié)線的基礎(chǔ)上創(chuàng)建建筑模型。如果導(dǎo)入的CAD地形遠(yuǎn)離MAX的坐標(biāo)中心位置,出現(xiàn)捕捉不準(zhǔn)的情況時可以在保持原始CAD位置不變的情況下,將它的復(fù)本移動到MAX的坐標(biāo)中心進(jìn)行制作。制作完成后將模型再移動到原始CAD的位置。

3.3 建筑模型的建模規(guī)范要求

(1)模型精確度

①模型按實(shí)際尺寸建模,場景模型的位置要與實(shí)際的地理位置保持一致。

②若提供高度信息按實(shí)際高度制作。

③地基和頂棚高度根據(jù)照片估計(jì)制作。

(2)建筑模型等級的劃分

將城市中的眾多建筑分門別類有所重點(diǎn)的進(jìn)行表現(xiàn),既可以大量節(jié)省制作時的人力資源,同時科學(xué)的等級劃分以及制作標(biāo)準(zhǔn)又保證了運(yùn)行的速度及制作的整體效果。我們根據(jù)玉林市現(xiàn)狀建筑的詳細(xì)調(diào)查分析,按照建筑的性質(zhì),地理位置,以及建筑標(biāo)示性將城市中的建筑分為A、B、C,3個等級。

A級別主要包括具有地標(biāo)性質(zhì)的公共建筑,人們對于此類建筑都比較熟悉,因此對于建筑的主體和沿街部分都要求制作正確。例如玉林會展中心,如圖 1、圖2所示。

圖1 玉林會展中心實(shí)景照片

圖2 玉林會展中心模型截圖

B級別主要指沿街的中小型公共建筑、多層住宅,醫(yī)院等。根據(jù)玉林項(xiàng)目的具體情況,本級別以沿街建筑為主,制作中建筑的底商要和實(shí)際情況相符,主要用貼圖表現(xiàn)來節(jié)省數(shù)據(jù)量。

C級別主要指中心城區(qū)或主要展示區(qū)域的沿街建筑及地塊內(nèi)的公共建筑和多層住宅,按照現(xiàn)狀完全制作正確對于整體的效果提升貢獻(xiàn)不大,只要求平面的建筑形體和層數(shù)正確制作即可。

(3)基本制作優(yōu)化要求

①對于模型的底部與地面接觸的面,也就是坐落在地面上的建筑底面都應(yīng)該刪除。模型落搭時相對被包裹的小的面要刪除,重復(fù)的面也要刪除。

②對模型結(jié)構(gòu)與貼圖坐標(biāo)起不到作用的點(diǎn)和面要刪除以節(jié)省數(shù)據(jù)量。在保證場景效果的前提下盡量減少場景的數(shù)據(jù)量。

重點(diǎn)主體模型要同時保證模型的視覺效果還要節(jié)省數(shù)據(jù)量,非重點(diǎn)或體積小的附屬設(shè)施可以簡化表現(xiàn)。重點(diǎn)區(qū)域的建筑或主體可以適當(dāng)增加細(xì)節(jié),具體情況根據(jù)建筑的級別以及柱子的位置直徑?jīng)Q定。

③對于需要疊加在物體表面的,例如建筑立面的字或一些招牌廣告等,可以做成片疊加在物體表面,如圖3所示。

圖3 廣告牌制作

3.4 道路景觀模型的規(guī)范要求

道路模型是整個模型數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ),包括的物體為:斑馬線、雙簧線、自行車道、人行道、盲人道、綠化帶、行車線、欄桿、路名指示牌和公車車站。具體制作標(biāo)準(zhǔn)如下:

(1)車道線間尺寸正確,行車道數(shù)目與實(shí)際相符。路面要有車行痕跡,有車行綠籬、車行下水、車行花池分離帶,如圖 4所示。

圖4 道路模型實(shí)例

(2)道路上的隔離帶、指示牌、車站、垃圾桶等按實(shí)際大小和位置制作。

(3)路燈單獨(dú)制作,每一條路上的相同路燈只作一個,每一條路上的相同樹種只做一個。

(4)景觀雕塑根據(jù)情況用貼圖表現(xiàn)或用模型直接建模。

4 貼圖紋理規(guī)范要求

(1)貼圖像素大小為 2的 n次方,正方形或長方形均可,如 256×512、128×128、512×256等。

(2)保證貼圖的透視關(guān)系矯正準(zhǔn)確,所有貼圖的門窗、層高線、字體、建筑立面等必須保持橫平豎直,清晰可見。

(3)表現(xiàn)欄桿等鏤空效果時需要給貼圖創(chuàng)建一個Alpha通道,由于CityMaker不支持雙面貼圖,所以此類貼圖物體模型制作時需在 MAX中原地復(fù)制一個并反轉(zhuǎn)法線作為物體的另一個面,效果如圖 5所示。

圖5 欄桿鏤空貼圖制作

5 三維模型、紋理貼圖的命名要求

玉林?jǐn)?shù)字城市的三維模型、貼圖數(shù)量繁多,必須有一個統(tǒng)一的命名規(guī)范以便于模型數(shù)據(jù)庫的管理和利用。

(1)常規(guī)建筑模型命名方法為:制作人員編號 +地塊編號+JZ+區(qū)域編號+(建筑中文名),例如,玉林市銀豐國際中藥港,位于 08地塊 03區(qū)內(nèi),制作人編號為 06,命名即為:06A008JZ03玉林市銀豐國際中藥港。命名中的字母要大寫,不允許有橫杠或其他錯誤命名。文件夾命名同模型命名一致。

(2)道路景觀模型命名規(guī)范:制作人員編號+DL (或JG)+(道路或景觀中文名)。

(3)貼圖命名規(guī)則:制作人員編號+年月日 +序號,其中年的表示用26個字母,月的表示用“a b c d e f g h i j k l”12個字母,日的表示用當(dāng)天數(shù)字即可。例如:某員工序號為 01,他在 2011年 10月17日做的貼圖則可以表示 01ej1701。同一場景內(nèi)不能出現(xiàn)貼圖重名的情況,也不能出現(xiàn)名字相同后綴不相同的貼圖。如出現(xiàn)11ej1701.jpg與11ej1701.bmp的情況是不允許的。公共貼圖數(shù)據(jù)庫中的文件命名按已有的名稱,不得做任何改動。

年份字母示意表 表 1

月份字母示意表 表 2

6 城市三維景觀的展示

在本試驗(yàn)中,我們主要采用的是CityMaker軟件,漫游方式可分為 3種類型:其一是自由漫游,即漫游路徑由用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤實(shí)時控制;其二是支持特定場景、動畫及動畫輸出成AVI,將重要的或視覺效果好的觀察位置保存成特定場景,基于已有的特定場景組生成動畫,也可以將漫游的過程錄制成動畫,動畫可以輸出為AVI格式的文件。其三是利用視覺走廊功能模擬人沿景觀大道欣賞兩側(cè)景觀的過程,用戶可以基于場景中已經(jīng)存在的任意線條快速生成視覺走廊,沿視覺走廊漫游的過程中可以隨意改變觀察方向,效果如圖 6所示。

圖6 數(shù)字玉林三維景觀

7 結(jié) 語

本文是根據(jù)數(shù)字玉林項(xiàng)目,基于CityMaker平臺,提出的三維建模規(guī)范的要求。通過統(tǒng)一的規(guī)范要求可以達(dá)到精簡模型數(shù)據(jù)庫的冗余數(shù)據(jù),提高實(shí)時系統(tǒng)的運(yùn)行效率,有效展示三維模型的可視化成果。事實(shí)上,在具體的生產(chǎn)實(shí)踐中,海量模型數(shù)據(jù)庫依然是個大問題,這就意味著我們必須進(jìn)一步探索更多、更好的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 王乘,周軍清,李利軍.Creatot可視化仿真建模技術(shù)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,2005