石吉宝,张小波,张俊,陈凯,刘政(成都市勘察测绘研究院,四川成都 610081)

基于FME的2．5维地图生成方法研究

石吉宝∗,张小波,张俊,陈凯,刘政
(成都市勘察测绘研究院,四川成都 610081)

摘 要:随着互联网地图应用日益普及,地图需求发生变化,传统二维地图专业性太强,2．5维地图既具有直观方便又不失专业,被越来越多商业地图网站所运用。本文介绍了一种基于FME软件的快速生成2．5维地图的方法,并详细阐述了该方法的实现技术路线,用具体数据证明方法的可行性和优点。

关键词:互联网地图;2．5维地图;FME

1 前 言

随着互联网地图的逐渐普及,人们对地图的需求也发生了变化,从以前的单一二维平面地图发展到了2．5维地图和三维地图。现在商业互联网地图提供商,如谷歌、百度、腾讯等都在PC端推出了高质量的2．5维矢量地图,再如“E都市”和“都市圈”等很早就推出了全国部分大中城市的2．5维栅格地图。不仅推动了地图制图技术的发展,而且也同时提升了用户对地图的感官享受。

传统的二维平面图是采用平行投影方式将地物和建筑的顶面形状投影到投影面上。这种图形可以近似认为是顶视图,虽然作图简单,但是图形专业性较强,需要一定专业知识才能读懂地图。2．5维数字地图既具有三维数字地图表现力丰富的、视觉效果好,又具备数据量小、显示速度快的优点,需要的网络环境、软硬件要求较低,满足了在远程访问下对三维地图的快速浏览访问,在传统二维地图和真三维地图很好地起到一个承上启下的作用。

2 相关原理

2．12．5维地图原理

目前常见的2．5维地图有固定视点的3D模型图和按照轴测投影的方式生成的2．5维矢量地图,本文讨论的是2．5维矢量地图。轴测投影为平行投影的一种,将物体放在三个坐标面和投影线都不平行的位置,使它的三个坐标面在一个投影上都能看到,从而具有立体感,称为“轴测投影”。选用轴测投影有以下几个优点。

(1)平行性:物体上互相平行的线段,投影后仍互相平行。

(2)定比性:物体上两平行线段或同一直线上的两线段长度之比,投影后保持不变。

(3)实形性:物体上平行轴测投影面的直线和平面,在投影后反映实长和实形。

2．2工具简介

通常情况下一般有三种方法可选择用来生成2．5维矢量建筑物数据,分别是高级语言编程实现;脚本语言编程实现和借助GIS数据处理工具实现。本文讨论的方法是利用FME软件数据处理工具来实现。

FME(Feature Manipulate Engine,简称FME)是加拿大Safe Software公司推出的用于不同数据格式之间转换的一种方法,该方法基于OpenGIS组织提出的新的数据转换理念“语义转换”,通过在转换过程中重新构造数据的功能,实现超过300种空间及非空间数据格式的相互转换。FME不仅能同时浏览各种空间数据的图形和属性信息,保证转换前后信息的一致性;并且在转换过程中能对数据进行重新构造,可以检查或改善数据的质量[4]。

3 技术路线

3．1数据预处理

由于二维的数据是在同一投影面上显示一面的数据,因此不会造成遮挡等问题,在数据生产时也不会考虑建筑物节点顺序等很多问题,如果原始数据不经处理而直接进行三维化操作,势必造成很多与现实世界不相符的情况,为此,在数据三维化之前必须进行数据预处理,预处理的内容主要包括建筑节点排序和建筑物重构等。在本文中我们通过自定义一个FME转换器来实现。实现结果如图1所示:

图1　自定义多边形节点排序转换器

该转换器主要用到Orientor、chopper、sorter和PointConnector等转换器。

Orientor转换器对输入的原始数据按照顺时针方向进行统一;

Chopper转换器实现将提取出的坐标按照一个节点的方式重新生成点几何;

Sorter转换器实现将生成的点几何按照点附带的房屋号属性进行排序;

PointConnector转换器实现将已经进行排序的点几何按照房屋号重构成房屋多边形。

通过该自定义转换器,使输入的原始数据从无序变得有序,从而在后续的工作中处理起来更加方便,处理的结果更加合理。

3．2投影面生成

在完成上述数据预处理后,就可以进行建筑侧面的投影面生成了,为解决后续投影面排序问题,必须事先对建筑物进行分层。

(1)建筑物分层

按照建筑物的拓扑邻接关系对相对较高的建筑物楼层进行分割,分割的依据就是拓扑邻接的建筑物楼层,分层关系示意图如图2所示。

图2　相邻建筑物分层关系示意图

如图2所示,可知建筑物A、B、C存在拓扑邻接关系,线段ad分别对应18层和5层两个楼层;线段ac分别对应18层和2层两个楼层;线段ab分别对应5层和2层两个楼层。在生成侧面以前需要对ab、ac和ad线段进行复制得到ab′、ab″、ac′、ac″和ad′、ad″,而后分别对其进行楼层计算,如,ac的楼层为建筑物C的层数为2,则ac′的楼层为2即建筑物A的低层于建筑物C楼层相同,ac″的楼层为16即建筑物A的楼层减去建筑物C的楼层,且ac″的楼层起算面为建筑物C的楼顶面。

(2)投影侧面生成

经过拓扑处理后就可以生成投影侧面了,建筑物在FME中实现投影侧面的生成主要要使用Extruder 3DAffiner和2DForcer。

Extruder转换器实现建筑物在Z坐标轴方向上的拉伸形成三维体;

3DAffiner转换器依据仿射变换公式(见公式1),将真实三维坐标系下的建筑物经过仿射变换后转换到数学三维坐标系下,按照公式要求转换必须设置A～L 这12个参数,其中A、F、K必须是非零值,3DAffiner转换器参数具体设置值如图3所示。

图3　3DAffiner转换器参数设置表

2DForcer转换用来是实现将生成好三维建筑物体进行二维化,从而在二维坐标系显示。

3．3投影面排序

由于2．5维数据最终都显示在二维环境下,所有的2．5维数据都经过投影算法来投影到投影面上,则投影后的建筑物距离视点较远的应被距离视点较近的遮挡,高程较低的建筑物应被高程较高的建筑物遮挡,背向视点的建筑物面应被面向视点的建筑物面遮挡,这些遮挡关系如图4所示[1]。

图4　建筑物投影遮挡关系图

如图4所示,建筑物1和建筑物2投影后存在遮挡关系,即建筑物2处在观察视点近处,应当遮挡住建筑物1;建筑物2高度高于建筑物1,建筑物2应遮挡建筑物1。具体为建筑物2的顶面C遮挡建筑物1的侧面B,建筑物1的侧面A应遮挡住建筑物顶面C。侧面A的层数有可能小于建筑物2的层数,因此不能仅从A的层数来判断其高低,而应加上侧面B的层数,方可正确判断高低关系。从图上关系可得出应按照以下由低到高顺序进行排列,即建筑物2侧面→侧面B→顶面C→侧面A和建筑物1其他侧面→顶面D。即在FME软件中使用Sorter转换器依据整个数据处理方案中创建的各种属性进行排序。

4 实现结果

借助FME软件强大的数据处理能力和高效的处理效率,结合上述各步骤最终形成如图5所示的数据处理流程方案,通过该方案将数据处理后直接输出到ArcGIS 的FileGeodataBase中,再利用ArcGIS软件打开数据按照顶面和侧面进行分别着色后得到图6的效果,从结果的局部细节放大图上可看出,通过该方法得到了建筑物正确的显示顺序。成图效果满足实际需要。

图5　完整数据处理方案流程图

图6生成图及局部放大图

5 讨论与展望

本文讨论利用FME软件进行静态2．5维矢量地图的生产方法,使用文中的方法可以快速的生成2．5维矢量地图,生成结果美观,显示正确。笔者通过某城市真实500比例尺地形图数据测试发现,处理10 834栋建筑物只需2 min57 s,生成8万多投影面,效率较使用高级语言编程实现具有明显优势。该方法具有一定的推广价值,然而在本方法中没有处理带岛建筑物,需要在以后优化中进一步改进。同时在使用本方法时可以结合建筑物的边界方位角以减少投影面的生成数,亦可据此设置侧面的光照明暗程度。

参考文献

[1] 宋珉,刘鹏超,赵维等．2．5维地图制作算法研究与实现[J]．城市勘测,2010(5):104～106．

[2] 倪凯．2．5维电子地图的制作流程[J]．科技咨询导报, 2013(16):50～50．

[3] 李新双,张果,王前华等．基于FME的规划数据格式转换研究[J]．测绘,2014(4):169～172．

[4] 扬帆,薄成．基于FME的DWG数据到ArcGIS转换的应用研究[J]．测绘科学,2012,3(2):143～145．

[5] 黄静,袁建东．FME在空间数据处理中的应用[J]．测绘标准化,2011(2):40～42．

Research on 2．5 Dimensional Map Generation Method Based on FME

Shi Jibao,Zhang Xiaobo,Zhang Jun,Chen Kai,Liu Zheng
(Chengdu Institute of Survey and Investigation,Chengdu 610081,China)

Abstract:With the increasing popularity of internet map application,The need about map is changing,Traditional 2 dimensional map is too special for ordinary people,2．5 dimensional map is both Anschauung and special,So more and more commercial map site are using the 2．5 dimensional map．This Paper introduces a method of generating 2．5 dimensional map based on FME software to you,and describes the implementation of the method in detail,Finally,the feasibility and advantages of the method are proved by using the concrete data in this paper．

Key words:internet map;2．5 dimsional map;FME

文章编号:1672-8262(2015)06-47-04中图分类号:P208．2

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—10—18

作者简介:石吉宝(1977—),男,高级工程师,注册测绘师,主要从事地理信息系统开发以及地理信息数据应用挖掘研究。