李新鋒，于志路，溫婉麗，尹建國

(1.山東正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司，山東煙臺264000;2.青州市國土資源局，山東青島262500;3.河北建筑工程學(xué)院數(shù)理系，河北張家口075024;4.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東濰坊261021)

一、引 言

近幾年來，隨著計算機技術(shù)，特別是計算機圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維仿真技術(shù)的快速發(fā)展，地圖學(xué)發(fā)生了很大的變化，正在向多媒體、網(wǎng)絡(luò)和三維方向發(fā)展。以E都市為代表的三維仿真地圖因其直觀性和訪問速度快的特點，迅速在網(wǎng)絡(luò)上得到網(wǎng)民的認可。因此，如何進一步設(shè)計一個仿真度高、且具備空間地理位置坐標(biāo)的三維仿真地圖成為該領(lǐng)域研究的一個熱點問題。

二、三維仿真地圖制作流程

首先，采用AutoCAD地形數(shù)據(jù)、正射影像和已拍攝好的建筑物照片制作三維建筑模型;其次，通過3ds Max軟件進行無透視渲染，生成45°角的三維模型圖片，較大區(qū)域可以分成幾個分區(qū)渲染后再拼接，這樣渲染出來的圖片一般比較大;然后，進行有規(guī)律的切分，切分的圖片一般為正方形，大小為256像素×256像素;最后，對切分的圖片進行名稱標(biāo)注，即完成了三維仿真地圖的制作。

三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

通過3ds Max輸出的三維仿真地圖圖片，如果存在分區(qū)，可以將其拼接為一張圖片，同時準(zhǔn)備好原始的基于空間地理坐標(biāo)系統(tǒng)的AutoCAD地形數(shù)據(jù)。借助以上數(shù)據(jù)，可根據(jù)實際地理內(nèi)容(如道路交叉口、地面設(shè)施拐點等)，手工尋找若干個同名點(理論上3個就可以，實際一般尋找至少5個以上的均勻分布的點，以保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度)，分別得到其像素坐標(biāo)和空間地理坐標(biāo)。其中，像素坐標(biāo)系的單位為Pixel，坐標(biāo)值使用(sx，sy)表示;空間地理坐標(biāo)系的單位為m，坐標(biāo)值使用(gx，gy)表示。

首先，在AutoCAD圖形上選取6個交角明顯的同名點，取其各自的空間地理坐標(biāo)值，點位如圖1所示。

圖1 AutoCAD地形數(shù)據(jù)中的同名點點位圖

其次，在三維仿真地圖圖片上選取6個與Auto-CAD圖形中相同點位的同名點，取其各自的像素坐標(biāo)值，像素坐標(biāo)方向應(yīng)與空間地理坐標(biāo)方向一致，點位如圖2所示。

圖2 三維仿真圖片中的同名點點位圖

依據(jù)最小二乘法建立矩陣方程如下［1］

可以借助Matlab求解矩陣方程的A、B、C、D、E、F等6參數(shù)，根據(jù)式(1)解得的結(jié)果，建立如下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換正算公式

再由式(2)解出如下坐標(biāo)反算公式

四、精度驗證

在三維仿真地圖圖片上隨機選取6個點，作為精度驗證點，采用PhotoShop軟件獲取其像素坐標(biāo)，點位分布如圖3所示。

圖3 三維仿真圖片上的驗證點點位圖

根據(jù)所求得的6參數(shù)，通過坐標(biāo)正算公式將像素值換算為空間地理坐標(biāo)值，并將得到的計算值和實際原始的AutoCAD圖形的空間地理坐標(biāo)進行比較，精度達到厘米級，見表1。

表1 誤差對比表m

五、結(jié)束語

三維仿真地圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的實現(xiàn)為三維仿真圖片和具有空間地理坐標(biāo)的三維仿真地圖建立了轉(zhuǎn)換關(guān)系，轉(zhuǎn)換后經(jīng)檢查地理精度可以達到厘米級，能夠很好地保證三維仿真地圖的空間位置精度，可以運用到三維城市仿真地圖、三維校園仿真地圖、三維港口仿真地圖及三維廠區(qū)仿真地圖等系統(tǒng)的建立中。同時，由于它具有空間地理坐標(biāo)，可以針對輪船、汽車、飛機等的實時地理坐標(biāo)，模擬其實時的運動軌跡。

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