王曉波，劉 楠

青海省基礎地理信息中心，青海 西寧 810000

0 引言

隨著地理信息向三維化的普及，城市三維景觀模型在三維空間中對城市地形表面以及地表以上各種自然以及人工地物進行三維模擬表現，給人產生與在真實場景中相同的體驗與感知。筆者結合在一個小區(qū)的三維建模試點的實踐經驗，討論根據遙感影像數據以及DEM在Terra Builder模塊中建立地球三維模型后,對城市三維景觀建模的一些技術和經驗。

1 軟件簡介

Terra Explorer Pro是SkyLine公司出品的能夠基于地表的衛(wèi)星影像、航空影像，創(chuàng)建高分辨率的三維虛擬地球場景，實現實時三維地形可視化功能，同時還能夠在三維場景上創(chuàng)建和編輯二維文本、圖片對象和三維模型對象，從標準GIS文件和空間數據庫中讀取各種地形疊加所需要的信息。

2 三維建模流程

為了更好的實現三維模型的真實性，本次建模都選擇在3DsMAX中實現并導出模型后添加到Terra Explorer Pro已經建好的三維場景當中，并在Terra Explorer Pro中實現對場景的布置以及優(yōu)化。由于三維建模大多為整個三維模型系統(tǒng)服務，模型數據量的大小會影響整個系統(tǒng)的運行速度，繁冗而又過大的模型、過多的面、圖片的數據量都會嚴重影響模型加載的速度。所以建模的中心思想即為簡單和突出主題，在不缺失主體的情況下對模型以及場景進行綜合取舍，舍去過多的折角。盡量通過圖片的陰影效果來彌補模型的細節(jié)。

2.1 準備工作

高分辨的衛(wèi)星影像；城區(qū)試點區(qū)域內1:500地形圖；外業(yè)實地拍攝照片。

2.2 實地采集圖片方法

整體的處理是先拍遠景和大的場景，然后需在兩個面的交接處角度進行拍攝，這樣做的目的是對在后期內業(yè)建模時對整體的建模思路和規(guī)劃有所幫助，且使拍攝的照片有有序。局部拍攝要求建筑物的每個面都要求盡量正面拍攝，這樣在后期處理照片時變形較小，然后對具有特點的部分進行特別的拍攝，如門窗、建筑物的特殊標志和圖案等。拍攝完建筑物主體時，也需拍攝如花壇、大門、雕塑等需要在三維建模時擬合真實場景的地方，照片拍攝的越詳細，角度越好，越能夠還原真實的場景。最后光線也對拍攝有很重要的影響，拍攝時盡量選擇明朗的天氣，且在一片小區(qū)域內的拍攝時間相同，這樣拍攝的照片不僅色彩較好，且一棟建筑每個面的色差也不大，后期易處理。

拍攝完成后需對圖片處理，提取出模型每個面的貼圖，圖片寬度和高度的象素數都要設置成2的N次方，；為提高場景運算速度和模型的簡化，例如一棟住宅樓高6層，每層有5個窗戶，那么僅需處理一部分包括窗戶圖片，這樣在后期的模型貼圖中可以將一扇窗戶做6乘5的排列。減少數據量，優(yōu)化模型。

2.3 3DsMAX中的建模以及優(yōu)化

為了使加載模型后的場景具有較快的瀏覽和運行速度，建議對每一棟建筑物分別建模，建模前將地形圖導入3DsMAX作為底圖使用，并依據地形圖中的房屋繪制相應的矩形或者多邊形。對于所建的模型進行優(yōu)化時，在維持模型顯示效果的前提下，使用盡可能少的點、面和多邊形。如創(chuàng)建圓柱使Height Segment 和 Cap Segment的數值都是1，邊數一般為10或12，如果是小細柱，則用4邊即可。如果模型中有重復的部分，那么只創(chuàng)建重復部分的一個模型，然后在Terra Explorer Pro中進行復制。在建模過程中盡量不用布爾運算和切割等工具，減少面的數量和出錯的可能性。使用布爾運算時兩物體法線方向應一致，這樣防止兩物體有壞面。建模完成后確保模型的中心的坐標為（0，0，0）并且確保所有模型的底部在水平面之上。

建模時應該用實際大小建模，即導入場景中使模型的比例值為1。建模時數據的小數點前或后的位數不應太多，以提高運行速度。然后根據高度信息進行擠壓建立模型，一般來說建筑物的高度都在3m左右，所以當無法知道建筑物的高度時可根據建筑物的層數來估算高度。主體模型完成后根據拍攝的建筑物照片制作貼圖并依附于建立的三維模型。在建模時對一些不必要的模型可以進行精簡，例如一段樓梯不需用一多個矩形建立，僅需建立一個面，將面貼圖即可；一個廣告牌也僅需建一個多邊形，完成貼圖；由于Terra Explorer Pro支持3DMAX模型中使用TAG格式的貼圖來達到鏤空的效果，一組欄桿也只需建立一個多邊形，用鏤空貼圖完成。這些做法都會使得模型即與真實場景吻合，又減少了模型的數據量。

2.4 模型貼圖

由于三維城市建模的目的是展現一片區(qū)域的場景，建模的數量多，但對每一個模型的要求不是特別精細，所以不需對一個模型的紋理需要精細的處理，而紋理文件需要大量的顯卡資源，且當單張貼圖超過1MB時，導入的模型貼圖很有可能出現拉花的現象，所以貼圖大小最好不要超過1024象素，大多為256象素即可。為了便于修改模型，同一模型的貼圖名稱最好按照具體規(guī)定依次進行數字排列，且每個導出的模型及其圖片都要放在一個單獨的文件夾中。

3 Terra Explorer Pro中場景的制作與美化

Terra Explorer Pro中的MPT文件是根據遙感影像數據以及DEM在Terra Builder模塊中建立的地球三維模型，且根據顯示比例的不同，加載的的影像數據分辨率逐級增加。我們可以在這個模型中找到我們需要建模的位置（見圖1）。

圖1 試點影像數據

加載三維模型數據的時候注意以下相關的各項參數信息:Altitude Method為設置是相對高程還是絕對高程，根據建模時需對高度做估算，一般選擇相對高程；X、Y為3D模型的經緯度坐標，Yaw為模型的旋轉角度，導入時選擇0；Scale為導入比例尺，為1.0；Default Viewing Distance為三維模型可見以及可編輯距離，默認設置為500m，也就是說當相對高度在500m外此三維模型在場景中不可見，我們可以根據這個選項設置不同比例尺中顯示模型的內容，做到分級顯示，分級加載，提高加載速度。

由于僅僅加載三維模型不能做到對三維場景的突出和美化，所以我們需要根據真實場景來美化建筑物周邊的三維場景，一般有城市綠地、道路、城市附屬設施等的美化。由于Terra Explorer Pro支持二維貼圖、透明貼圖、GIF動畫等，并且有很多種貼圖模式，我們就利用這些功能美化三維場景。樹木是實現城市三維建模生動化的一個必不可少的美化要素，選取帶有樹木的GIF圖片來貼圖，在貼圖前處理好圖片，使樹木以外的地方透明，圖片導入后需注意兩點:1）參數中Lock Mode的方式一定要選擇Decal保證樹木一定按照Z軸旋轉，這樣無論從哪個方向觀看都是樹木垂直于地面；2）參數中的比例尺Scale的設置。由于每一棵樹木都是獨一無二的，所以靠近在一起的相同樹木圖片應根據大小來控制他們的不同；比較好的方法是不同類的數木可以穿插貼圖，使得看上去更具有真實感。

除了樹木，由于也可以支持GIF格式的動畫貼圖，這樣就可以制作噴泉的水柱、飄動的紅旗等使得三維場景更具有觀賞性，且Terra Explorer Pro本身也附帶動態(tài)模型的加載，也可以將汽車、飛機等模型加載其中，并設定動態(tài)模型的運動軌跡；設定軌跡參數需注意設定其速度、轉彎速度、路徑是否循環(huán)等，設定完成成之后，我們的動態(tài)模型就可以根據自己的需要來運行。

圖2 試點三維場景

4 結論

由于實現了對模型的優(yōu)化以及相關設施場景的建設，提高了三維模型的加載和瀏覽速度，使得在三維場景在Terra Explorer Pro中瀏覽更加流暢和美觀，這些都可以應用在城市、大型廠區(qū)、交通設施等規(guī)劃建設的現場演示中，同時也對數字城市三維瀏覽服務起到重要作用。

[1]文雪中，潘建平，付飛飛.三維建模技術在數字城市中的應用[J].科技資訊,2010(2).

[2]李宗華.武漢市三維數字地圖系統(tǒng)建設與應用示范[J].空間地理信息,2010(3).

[3]李俊，吳建平，胡英杰.基于Terra Explorer Pro的三維城市瀏覽系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機技術與發(fā)展，2009(6).