罗霖

摘 要：运用城市三维建模技术，对城市地物、地形等进行数字化三维模拟，直观的反应出城市建筑物、地面、地物等要素，为城市的管理与规划提供有价值的参考，促进城市健康发展，因此，城市三维建模受到政府职能部了的高度重视。本文对城市三维建模技术与标准进行探讨，为城市二维建模技术更好的应用提供参考。

关键词：城市三维；建模技术；标准研究

1 前言

城市三维建模技术专业性强，不仅需要专业仪器设备，而且还需应用图像处理软件，对仪器采集的数据进行处理，对建模人员的专业技能要求较高，因此，为保证城市三维建模质量，不断提升城市三维建模水平，有必要对城市三维建模技术进行深入探讨。

2 城市三维建模技术

2.1 据源分类

数据源是城市三维建模的依据，数据是否准确、精度是否满足要求，直接影响建模质量。当前城市三维建模数据来源方式较多，包括人工测量数据、激光扫描数据、航空影像、卫星影像等，无论采用何种方式获取数据源，均应保证数据源质量，确保其准确、完整，精度满足要求。

2.2 建模方法

根据应用的建模技术以及表现方式，可将建模方法分为测量建模、半模拟建模、模拟建模，不同的建模方法建模流程、建模要求以及应注意的问题有所不同，选择时应做好充分的论证分析。

2.3 测量类型

根据测量方式，可将城市三维建模进一步细分为三维激光扫描、直接依图而建、数字摄影测量等，不同的测量类型获得的数据量、数据精度并不相同，实际工作中应做好合理规划，选择合适的测量手段，保证测量数据的准确性与全面性。

3 城市三维建模流程

城市三维建模中为保证建模质量与效率，明确建模流程尤为重要。首先，明确建模对象。确定建模对象时，一方面，明确建模对象尺度。如一个对象中的长、宽、高参数，至少有两个指标超过某-阀值，表明其给城市空间的影响较大，建模时应加以体现。另一方面，明确对象的重要程度。城市三维建模时，不同职能部门关注的内容不同， 例如，市政会考虑路灯、道路，园林单位关注树木分布、长势，交管部门关注交通信号等，因此，建模作业前应做好充分的研究，明确城市三维建模中的重点对象，避免遗漏。

其次，掌握建模尺度。城市三维建模时，应确定同一尺度，即，在同一视角范围内各城市元素需按照一定的比例呈現，确保其协调，真实体现各元素之间的关系。另外，针对某特定元素，还应做好深入研究，需体现元素的哪些细节，如何体现等，均应心中有数，例如，对建筑物而言，是否显示出标牌、步入建筑的台阶、飘窗凸出等。

最后，选择合适建模方法。在确定城市三维建模细节之后，应选择合适的建模方法，以保证建模质量与效率。当前城市三维建模多依赖专业软件，包括sketchup、3Dmax、AutoCAD以及国内适普公司的IMAGIS、超图、CityMaker等。建模时依据数字高程模型、三维编码数据使用专业的建模软件，构建出城市的三维几何模型，并将表面真实纹理以及其他多媒体属性插入到三维设计模型中，便可形成较为真实的城市三维模型。

4 城市建模精度与标准

城市三维建模中保证建模精度，满足建模标准要求较为重要，因三维模型数据包括几何、纹理、属性三方面内容，建筑模型制作分为精细模型、普通模型和素模建筑三种级别，根据相关地形图、影像图进行制作，地形图、影像图未表达出的重点建筑，需另外依据整理的设计资料，或规划核实、实景照片等资料进行制作。接下来逐一探讨这三方面内容。

4.1 城市建模标准要求

城市三维建模时应遵守以下标准：保证坐标系正确性，即，使用和城市基础测绘相同的坐标系：同时，统一模型轴点，确保建模对象和模型、模型属性与模型一一对应。命名时保证模型对象与纹理名称全局唯一性。另外，保证数据质量。属性数据应完整、正确，模型精度应满足规范要求：模型数据应全面、正确，且能将对象基本特征反应出来。

4.2 城市建模精度分析

精细模型为重点路段沿街、重点江段沿岸、商业区及开发区块第一排建筑精细制作，背面以及两侧纹理无法采集的部分可以用相似纹理制作。普通模型制作范围主要为重点路段沿街、重点江段沿岸、商业区及开发区块范围内未被第一排遮挡的第二排建筑和高楼后排建筑，结构可直接用楼块，贴图可用平铺方式处理，只表达沿街面现状贴图，其他面可用相似纹理贴图。

首先，几何精度。研究相关问题时，可参考国家大比例尺地形图规范及标准。城市三维表达时，为提高数据传输效率及绘制效率，三维GIS中一般通过建立不同细节层次实现。CityCML中 将模型分为LOD1～LOD4共五个级别，需要注意的是： CityGML划分的LOD是面向所有对象的，其中点位精度是不同级别间的主要差别所在。该种方式适合应用在建筑物的表示上，但如表示城市其他对象需结合实际情况进行调整。

其次，纹理精度。城市三维模型中有关纹理精度的表述较为含糊，常用较高分辨率、清晰可辨等词语描述。分析不难得知，用户对三维场景的感知有：对城市空间形态的辨识、对建筑立面，城市景观的认知，尤其后者对模型纹理依赖程度较大，因此，纹理在城市三维建模中发挥举足轻重的作用。

城市三维建模时应保证各级LOD匹配对应的几何精度，即，几何精度越高，对应的纹理分别率也越高。当前纹理分辨率多由建模人员根据自身经验加以控制。研究发现，城市三维模型数据量中纹理数据量占80%左右的比例，如纹理精度控制不当，给整个模型质量造成的影响非常之大。

需要注意的是：对精细模型而言，其粒度非常小，常常使用几何建模表现对象细节。其他级别的LOD使用纹理的机率较低，但如进行贴图应注重使用分辨率较高的纹理。

最后，属性精度。几何与纹理呈现对象的外部特征，而属性则呈现对象内部特征，是分析、统计、GIS查询等操作的重要依据，因此，对象的属性信息是否准确、全面，直接影响建模效率以及应用领域。对象属性由专题属性、基本属性之分，顾名思义基本属性主要反映对象的基本信息，包括建筑结构、用途、高度等。专题属性主要描述对象的一些特殊用途，例如，城市规划中还应了解建筑的停车面积、建筑面积等。城市三维模型精度要求，可参考GIS标准中的相关内容，在保证属性数据唯一性的基础上，可参考维GIS数据库中的信息。

5 结论

城市三维模型能真实的呈现出城市的道路、建筑物、绿地等信息，应用于城市管理与规划工作中效果显著，因此，国家职能部门在城市三维模型建设中不断增加投入，取得卓越成效。本文通过研究得出以下结论：城市三维模型技术专业性强、设计的知识点多，为保证模型建设质量，应采取合适的方法获取城市地物信息，保证信息精度与全面性，综合分析人工测量数据、激光扫描数据、航空影像、卫星影像等信息。城市三维建模中，几何、纹理、属性是建模对象的重要数据，严格按照规范要求，保证这些数据精度意义重大，因此，开展城市二维建模作业前座结合建模要求，明确这些数据精度要求，加强建模各环节细节管理，做好建模精度控制。

参考文献：

[1] 谭仁春，姚岚.城市三维快速建模方法探讨[J].测绘科学，2015（5）.

[2] 王建强，钟春惺，江丽钧，谭金石，钭祖民.基于多视航空影像的城市三维建模方法[J].测绘科学，2014（3）.

[3] 姜淑慧.城市三维建模中相关技术问题研究[J].内蒙古科技与经济，2013（12）.

[4] 李德超，张瑞芝.BIM技术在数字城市三维建模中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2012（1）.