浅析地理信息系统三维城市建模的应用

浅析地理信息系统三维城市建模的应用

李彬源陈叶禄

南宁市国土测绘地理信息中心广西南宁530000

摘要：三维模型数据以其直观性、客观性和真实性等特性，成为数字城市数据库中的重要组成部分。为了解决三维模型数据获取的精准性和高效性等，在建设数字城市过程中，采取多种技术方式实现三维模型的获取。三维GIS技术体系正在不断健全，主要分为软件系统和硬件系统。三维模型数据应用于数字城市的历史文保、教育、经济等多个领域，为智慧城市的建设奠定了坚实的数据基础。目前市场上常见的三维建模软件有AutoDesk3DsMax、GoogleSketchUp以及MultiGenCreator等，相比较而言，3DsMax的功能以及可扩展性更强大些。本文将以3DsMax为例，详细介绍地理信息系统三维城市建模的应用。

关键词：地理信息系统；三维城市建模；应用

引言

目前，地理信息系统技术仍以二维信息为主，相比较而言，三维地理信息系统技术可以使信息的表现更真实、丰富、具体，特别是在城市建设与规划应用等方面，通过三维方式展示相关信息更是具有二维方式所不能比拟的优势。随着三维技术以及地理信息技术的发展，能实现城市三维建模技术与GIS技术的良好集成，为城市应用提供有效的手段。

1地理信息系统的概述

地理信息系统是信息系统的一个学科分支，是一个利用计算机硬件和软件，利用信息科学理论和系统理论相关的知识，来实现对地理信息采集、获取、存储、分析和利用的空间信息系统。地理信息系统是多学科交叉产生的结果。应用性是地理信息系统存在的根本价值。随着信息技术的不断发展，地理信息系统的理论和实践也在不断地丰富。地理信息系统的采集的数据包括两种，空间数据和属性数据，地理信息系统利用这些数据，然后在利用地学模型，得出地学相关的结论，作出对人们有益的决策。

2三维建模概念及存在的问题

2.1基本概念

我国正处于经济蓬勃发展的时期，城市规模不断扩大，在城市发展中，与城市建设相关的数字化体系和信息化建设问题引起了广泛关注。数字城市应用范围的扩大促进了三维城市体系的发展，而城市经济的发展又推动了三维城市技术模式的更新。使用三维建模技术，可以很好地处理城市的三维空间信息。目前，虽然我国的三维数字城市建模技术尚不成熟，但可以预见，该技术将会在未来城市信息化发展中发挥巨大的作用。三维地理信息技术的发展是建立在传统二维建模模式的基础之上的，它实现了对二维地理信息数据的利用。它将土地使用信息、土地规划数据信息等转换为三维数据信息，利用这些数据建立三维地理信息系统，所建立系统的功能包括数据信息定位和数据漫游等。三维地理信息技术的使用，有利于促进国土资源数字化进程的发展，使国土数据信息具有直观性和立体性。三维地理信息技术将会成为监测城镇建设用地扩展动态变化的有效方法和途径，有助于对城镇建设用地进行经济评估，有利于合理利用土地资源。

2.2存在的问题

我国在数字城市三维建模技术方面已取得了一些成就，但总的来看，数字城市三维建模技术尚处于发展阶段，还存在一些问题，如传统的三维建模方法工作量大、耗时长、人力消耗大、制作繁琐及场景不真实等。

2.2.1手工方式。在数字城市建模过程中，很多模块都是通过手工操作完成的，而且需要使用一系列建筑模拟软件，如AutoCAD、3DMAX等。虽然通过手工建模方式创建三维模型具有良好的可操作性，但是缺点也比较明显：花费时间长、工作效率低，不能很好地应用城市GIS数据，不能满足现代化三维GIS数据技术的工作要求。

2.2.2地形因素。在地形构建过程中，由于受到地形因素多样性的影响，无法进行地形数据的统一匹配，这导致了地形数据精度不统一。要解决这个问题，就需要做好地形因素的精细化处理，以实现地形因素数据的统一化，确保地形因素与建筑物信息数据的完美融合。

2.2.3资源共享。为满足现阶段数字城市建模技术工作的需要，首先解决GIS交互的问题，以适应数字城市GIS技术模块的发展要求。其次解决地理数据信息资源共享的问题，以实现对城市数据信息网络资源的利用和三维模型网络共享。

3城市三维建模技术

3.1数据准备

3.1.1现场采集的数据。主要指为进行三维建模而拍摄的照片或者多媒体数据。根据后期制作的要求，拍摄时应选择不同的侧重点。在与GIS进行集成时，如需要构建可以实时漫游的三维场景，则需要对城市建筑物进行全方位、细致的拍摄；如只需要制作类似于E都市效果的三维电子地图，则只对建筑物的可见面进行拍摄即可。

3.1.2城市地形数据。为保证三维建模过程中建筑大小及位置的准确性，需要以城市地形数据为参照，应选择1：500或更大比例尺的城市建筑地形图。

3.2数据导入与配准

3DsMax支持导入DWG与DXF两种类型的地形数据[。在进行数据导入之前，需要将3DsMax的单位设置为“米”，以使数据单位保持一致。为保证后期三维模型导入GIS软件中时位置不发生偏移，所使用的地形数据必须采用GIS软件所能识别的通用坐标系统，如北京54坐标系或西安80坐标系。如果地形数据采用的是地方坐标系或者经纬度坐标系，则在导入之前需要先进行转化。地形数据导入之后，由于采用了特定的坐标系，因此在3DsMax中显示的地形数据的坐标值都较大。为使下一步的建模工作能方便进行，需要将地形数据坐标归零。记录下归零坐标所采用的X、Y方向上的偏移量，以供后续使用。

3.3三维建模

以导入的地形数据为基础，结合所采集的照片等数据，便可对城市进行三维建模。在建模的过程中，需要注意如下两个问题：

3.3.1建筑物建模的精细程度。应根据后期制作的需要来确定对建筑物建模时的精度。如果需要制作三维电子地图，则只需要对建筑物的三个可见面进行建模。另外，在制作过程中，将三维建筑物渲染成最终的效果图即可，不需要将建筑模型导入到GIS软件之中，因此可以进行更加精细的建模，以使三维地图的细节更加丰富。如果需要制作真实的三维场景，则需要对建筑物的所有面都进行建模。另外，由于需要将所有的三维模型都导入到GIS软件中进行管理和实时显示，因此应尽量采用真实贴图的方式来进行建模，以减少建筑模型的面数，保证后期运行的效率。

3.1.2三维模型的管理。为了便于三维模型的管理和后期的维护，需要对模型进行合理的命名与分组，对于大场景的城市三维建模尤其如此。特别地，如果需要将三维模型导入到GIS软件中进行管理，则需要根据应用需求将三维模型分为多个不同的组别，如城市建筑模型、附属设施模型、地面模型等。这样，在将模型导入时，可以根据其组别分次导入，从而形成多个层，便于GIS软件的分层管理。

3.4城市三维模型导出

在完成城市三维建模之后，便可将模型数据进行导出，为GIS软件提供相应的数据基础。根据应用目的的不同，3DsMax中的数据导出分为城市渲染图像输出和城市三维模型导出两部分。

结语

随着科技的进步，三维数字建模技术不断发展，大大促进了可视化技术的发展，可满足动态化获取三维数据的工作要求及海量数据信息的储存要求。三维模型数据以其直观性、客观性和精准性成为数字城市建设中的重要成果。

参考文献：

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[2]王星，田茂义，宁化展，等．基于ArcGIS与3dsMax三维地形可视化关键技术的研究[J]．城市勘测，2011（6）．

[3]朱恒．关于数字城市三维建模可视化技术分析[J]．西部资源，2017（1）．