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        小場(chǎng)景2.5維地圖制作方法研究

        2014-11-24 12:30:14
        江西測(cè)繪 2014年3期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字地圖模型庫(kù)底圖

        (上海市測(cè)繪院 上海市 200063)

        1 前言

        地圖作為記錄地理信息的一種重要載體,不僅為指引人們出行,同時(shí)也是人們了解城市建設(shè)、國(guó)家發(fā)展的手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),特別是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的二維紙質(zhì)地圖被注入了新的活力,2.5維地圖已成為傳統(tǒng)地圖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的方向。

        2.5維地圖最早應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì),許多鳥(niǎo)瞰圖其實(shí)就是2.5維地圖,它的出現(xiàn)豐富了地圖的表現(xiàn)手法。目前的2.5維地圖主要以手繪的形式來(lái)表達(dá),相對(duì)其他地圖產(chǎn)品,其生產(chǎn)周期較長(zhǎng),對(duì)美術(shù)編輯的要求也非常高。技術(shù)上也缺乏普及性,不利于生產(chǎn)鋪開(kāi)。本文對(duì)小場(chǎng)景2.5維地圖制作工藝的研究,旨在解決上述問(wèn)題,在三維模型庫(kù)的基礎(chǔ)上研發(fā)可操作性更強(qiáng),生產(chǎn)上普及性更高的2.5維地圖。

        2 技術(shù)路線

        2.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

        上海市測(cè)繪院作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)單位,擁有覆蓋全市范圍的各種比例尺的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)和信息量豐富的各種專(zhuān)題數(shù)據(jù)。野外作業(yè)和內(nèi)業(yè)編輯數(shù)字化的實(shí)現(xiàn),不斷加快的基礎(chǔ)地理信息更新周期,也為各類(lèi)信息的更新提供了一定的保證。同時(shí),三維模型庫(kù)數(shù)據(jù)的不斷完善,也為2.5維地圖的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

        目前上海市測(cè)繪院已建成了上海市中心城區(qū)100 平方千米區(qū)域內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型庫(kù),該庫(kù)對(duì)區(qū)域內(nèi)的建筑進(jìn)行了三維建模,360度全景模擬城市的每一個(gè)角落;其中的每一幢建筑也都可以單獨(dú)提取出來(lái)。

        已建成的精細(xì)化場(chǎng)景區(qū)域包括陸家嘴、外灘建筑博覽群、南京路步行街、靜安寺商圈、青浦城區(qū)及浦東臨港新城等。

        2.2 小場(chǎng)景2.5維地圖技術(shù)路線

        對(duì)小場(chǎng)景2.5維紙質(zhì)地圖的研究。首先,通過(guò)對(duì)已有成熟2.5維地圖網(wǎng)站的研究分析,并結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果及相關(guān)專(zhuān)家意見(jiàn)對(duì)2.5維地圖進(jìn)行正確定位,明確內(nèi)容需求及表現(xiàn)手段。其次,利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和三維模型庫(kù)數(shù)據(jù),充分體現(xiàn)在地理精度、地圖現(xiàn)勢(shì)性方面的優(yōu)勢(shì)。研究現(xiàn)有三維模型庫(kù)的數(shù)據(jù)提取、處理和輸出。著重研究小范圍場(chǎng)景的燈光、攝像機(jī)和渲染方面的設(shè)置以及2.5維地圖的表現(xiàn)形式和批量生產(chǎn)的工藝流程。最后,結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研以及2.5維地圖的制作工藝進(jìn)行樣圖的策劃與設(shè)計(jì),包括開(kāi)本大小、內(nèi)容選取、地圖配置、表現(xiàn)形式和制作周期等方面的內(nèi)容。試著通過(guò)借鑒已有2.5維地圖表現(xiàn)形式,挖掘適合2.5維地圖服務(wù)人群口味的特色內(nèi)容,讓產(chǎn)品更貼近實(shí)際需求。

        2.3 制作軟件

        小場(chǎng)景2.5維紙質(zhì)地圖需要的制作軟件有3dmax 9.0,Photoshop CS4,Coreldraw X5 三種。其中Coreldraw X5 軟件用于前期底圖制作、后期渲染圖片和專(zhuān)題信息的整合;3dmax 9.0 軟件用于場(chǎng)景搭建和渲染輸出;Photoshop CS4 軟件用于后期渲染圖片的處理。

        3 制作流程

        制作2.5維地圖的流程一般都是首先制作地理底圖,然后將地理底圖導(dǎo)入三維場(chǎng)景,同時(shí)對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行無(wú)透視效果的軸測(cè)渲染,并對(duì)渲染后的圖片進(jìn)行后期處理,最后通過(guò)專(zhuān)業(yè)制圖軟件進(jìn)行渲染底圖與專(zhuān)題信息的整合形成產(chǎn)品。而制作2.5維紙質(zhì)地圖的三維模型,也基本都是只對(duì)視角內(nèi)涉及的地物進(jìn)行建模。具體流程如下圖。

        3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

        基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括場(chǎng)景內(nèi)的三維模型建模和底圖貼圖準(zhǔn)備。

        3.1.1 制作區(qū)三維模型

        利用現(xiàn)有三維數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行制作區(qū)域模型提取。

        3.1.2 底圖貼圖的制作

        底圖貼圖主要在Coreldraw中進(jìn)行制作。這一部分主要處理街區(qū)、地面、河流和綠化等要素,最后輸出300DPI 高精度JPG 數(shù)據(jù)。

        a.道路放寬。為了擴(kuò)大道路,利用縮放工具將所有街坊面、綠化和河流同步縮小至90%。這個(gè)比例可以根據(jù)實(shí)際要求作適當(dāng)調(diào)整,但不建議小于80%。

        b.街區(qū)制作。利用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的街坊數(shù)據(jù),在Coreldraw中處理,包括陰影效果的制作、街區(qū)輪廓效果、指定圖案填充、綠化河流配色和地面搭建等。

        c.底圖輸出。在Coreldraw中輸出300DPI 高精度JPG 數(shù)據(jù),色彩模式改為RGB,在3DMAX中貼圖色彩模式支持RGB 而不支持CMYK。像素寬度和高度均為原來(lái)的300%,分辨率300DPI。

        3.2 場(chǎng)景搭建

        3.2.1 場(chǎng)景內(nèi)建筑物模型處理

        借調(diào)所需范圍的三維模型數(shù)據(jù),在底面建立一個(gè)尺寸為1000mm×1000mm的面片,將生成好的底圖貼圖貼在面片上,在頂視圖下調(diào)整面片位置,使其和建筑模型匹配。在材質(zhì)編輯器中,底圖貼圖導(dǎo)入。

        在貼圖的輸出選項(xiàng)中,輸出量改為0.3。

        在繪制選擇區(qū)域中將每個(gè)街區(qū)范圍內(nèi)的建筑選中并群組。將每個(gè)街區(qū)內(nèi)的建筑物根據(jù)情況縮小80%-90%,其中對(duì)于Y軸方向的縮小,注意其建筑物底面始終與底面相接。

        3.2.2 攝像機(jī)的架設(shè)和燈光設(shè)置

        在合并好的場(chǎng)景中需要架設(shè)攝像機(jī)以進(jìn)行下一步的渲染工作。3dmax中選用的攝像機(jī)是Free Camera。

        插入攝像機(jī),使其攝像角度為45度角(一般角度設(shè)置范圍為45-50度),建立VR 燈光,其參數(shù)倍增器設(shè)置為3.5。

        3.2.3 渲染和輸出

        光具有反射和折射的性質(zhì)。在真實(shí)的大自然中,光從太陽(yáng)照射到地面是經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的反射和折射的,所以我們看到地面的任何地方都是清晰的,在3dmax中,里面的光雖然也具有現(xiàn)實(shí)中光的所有性質(zhì),但是光的熱能傳遞卻不是很明顯。所以在渲染的時(shí)候,為了實(shí)現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景效果,就要在渲染器中指定全局光照。

        為了使2.5維數(shù)字地圖有良好的層次感和豐富的色彩,必須采用能夠渲染全局光的渲染器。這樣就能夠在增強(qiáng)立體層次的同時(shí),不會(huì)讓人覺(jué)得很刺眼,大大提高地圖的友好度。在渲染設(shè)置中將高度寬度設(shè)置為11000×11000 像素,輸出為JPG格式。

        3.3 2.5維地圖后期制作

        2.5維地圖后期制作在Coreldraw中進(jìn)行處理。將3dmax 導(dǎo)出的2.5維地圖圖片經(jīng)Photoshop 處理后,包括對(duì)圖片色彩、飽和度、亮度等方面的調(diào)整,導(dǎo)入Coreldraw中,作為地理底圖,在此基礎(chǔ)上疊加其它地理要素和專(zhuān)題信息。如下圖。

        4 小結(jié)

        筆者總結(jié)了一種基于三維模型庫(kù)制作2.5維地圖的方法,該方法可充分利用現(xiàn)有城市三維模型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果,克服傳統(tǒng)方法中的制作周期長(zhǎng),需要相關(guān)美編全程參與,制作工藝集中在少數(shù)幾個(gè)美編中,批量生產(chǎn)比較困難,技術(shù)工藝要求高,需要較高的美術(shù)功底,不利于技術(shù)普及等弊端。2.5維紙質(zhì)地圖可以說(shuō)是三維地圖的終端產(chǎn)品之一,它的出現(xiàn)對(duì)彌補(bǔ)立體地圖市場(chǎng)的空缺,推進(jìn)“數(shù)字城市”建設(shè),進(jìn)一步提升測(cè)繪地圖信息服務(wù)水平、提升城市形象有著重要的意義。

        [1]高劍鋒.2.5維數(shù)字地圖制作[J].2012.

        [2]寧波市三維數(shù)字地圖采集與繪制技術(shù)規(guī)程[S].2012.

        [3]M.J.Kraak 著.杜清運(yùn)譯.3維地圖設(shè)計(jì) [J],武測(cè)譯文,1994.

        [4]李燕山,連紅運(yùn),孫志林.3維數(shù)字地圖的實(shí)現(xiàn)方法[J].中國(guó)科技信息,2007.

        [5]徐智勇,艾廷華,危擁軍.3維地圖符號(hào)視覺(jué)參量研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2006.

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