摘要：随着地理空间信息技术发展与应用的不断进步，数字城市建设正在从二维向三维发展，数字城市的一项重要工作就是数字城市可视化模型的构建。虚拟现实作为一门新兴的技术，已经受到了人们广泛的关注。本文将结合3D MAX软件实现虚拟现实城市的三维生成。
关键词：虚拟现实,3D MAX,三维城市
在城市规划领域中,三维信息显示方法正逐渐替代过去的二维信息显示方法成为当下显示方法的主流方向。随着计算机技术以及测绘技术的不断结合,虚拟现实[1]技术得到了广泛的关注,基于虚拟现实构建三维数字城市具有三维视觉意义,能为公众提供新颖的服务。3D MAX是Discreet公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件,广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、游戏等领域。本文着重介绍了它在三维数字城市中的应用。
1 虚拟现实技术
虚拟现实技术于20世纪末兴起。它是集计算机技术、传感器与测量技术、仿真技术、微电子技术等于一体的综合性技术。虚拟现实是利用计算机模拟来创建一个三维虚拟世界,为用户提供听觉、视觉、触觉等感官模拟,使用户能够如现实世界中观察事物。
2 三维城市的建模方法
在三维城市建设中,建筑物模型数据的生产十分关键。而不同的数据源获取方式会影响最终三维模型数据的精确性及其用途,从数据源上分类,建模方法大致分为基于传统测绘资料、基于激光点云和基于航空摄影测量三种,下面我们简单分析一下各种方法的优缺点。
1)基于传统测绘资料的方法
由于大多数城市都具备内容详尽的基础地形图数据,因此此种方法目前应用最为广泛。这种方法的优点在于可以利用传统的测绘资料,能够保证平面位置的精确性,但此种方法后期建模使用图形软件进行手工搭建,需要投入大量的人力物力,且生产效率也不高。
2)基于点云的方法
激光点云能够直接获取到建筑物的深度,为城市三维建模提供非常有效的数据源,此种方法可以方便快捷地获取数据且数据的准确性较高。激光点云可分为地面点云和空中点云。地面上的点云在建筑物高的时候无法获取高层和建筑物顶部的信息。当路两侧有树木遮挡时,此方法获取的建筑物底部信息也会有丢漏。而航空点云能够准确获取建筑物顶部的三维信息,但由于数据完全从高空获取,建筑物底部的信息必然会缺失,难以满足高精度的要求。
3)基于航空摄影测量的方法
航空摄影测量在制作三维城市模型方面具有非常大的优势。这是3种方法中最经济、最快的一种。航空摄影测量为数字城市提供了3种重要数据:建立三维重建模型(DLG)、数字高程模型(DEM)和数字正射影像(DOM)。但当建筑物结构复杂时,建筑物的复杂结构无法与航空资料区分开来。由于建筑物和树木的遮挡,一些纹理信息会丢失。本文采用航空摄影测量的方法获取数据源。
3 基于3D MAX虚拟现实的三维城市建模
目前,使用最广泛的建模软件是3D MAX[3],3D MAX适合用于建筑建模,该模型具有比例相等、精度高的特点,保证了模型的真实可靠性。
1)模型的搭建
依据航空摄影构建立体环境,在立体环境下采集所要制作模型的结构线,搭建基础三维模型结构,并与3D MAX相结合,调整复杂模型的精细化结构。从而既可满足模型的位置精度高程精度,也可在3D MAX辅助下进行立体测量无法做到的精细化美观操作。
2)纹理的处理
基于航空摄影测量[4]的三维模型都有与空三相对应的方位坐标,提取模型纹理的过程即是将模型的每一个面对应到空三中相同坐标的像片,从而得到基础的模型纹理。然而由于航空摄影测量对于飞行高度、角度、精度等的限制和要求,通过提取纹理所得到的模型纹理有很大的局限性,如树木对房屋的遮挡、房屋密集区域房屋间的相互遮挡、高层建筑底部遮挡及阳光所致房屋阴暗差别明显等,这些问题需要作业员在作业过程中进行处理。对于纹理的编辑,常用方法可以挑选同位置更好视角的像片进行纹理替换,并与Photoshop相结合,进行纹理的颜色、亮度、遮挡物处理、位置调整等操作。对于特殊结构的纹理要做特殊处理,如一些医院或商场会有立于楼体上方的艺术字体,也可以通过Photoshop进行纹理处理,由α通道与3D MAX连通得到预期成果。
3)平台的搭建
纹理编辑完成后,需对所有模型进行纹理渲染,添加灯光文件,使得纹理更清晰明亮更真实且具有观赏性。一旦发布到编译器平台,它将与应用程序一起工作或显示结果。
4 三维城市建模的现实应用
三维实景城市作为脱离固有的二维平面形态搭建的新型测绘产品,拥有一些传统产品无法替代的优势。
1)立体化的展示平台
立体化的展示平台,对于一座城市,大到标志性建筑,小到街边门牌路灯,真实生动的展现方式,不但增强了观赏性而且加强了宣传效果。不论政府对公众的宣传教育还是企业对消费者的宣传介绍,都可以通过三维城市平台来实现,让大家更真切地感受到一座城市的整体风貌。
2)城市市政
除了建筑模型的建设,三维城市建模还可根据真实的路面情况搭建树木、路灯、地下管线等城市设施,更生动准确地了解城市的需要,可提升城市市政的工作效率和准确性。
3)城市规划
在城市规划的过程中,传统的规划方案要针对大量的平面图纸进行研究比对,为了得到精准的成果,往往要花费大量的人力精力,而三维城市的搭建可以大幅度节约这些劳动成本。在三维城市中,可以建造规划模型,将规划模型与现实建筑模型相结合。如规划用地的预期效果展示,并与现有状态在同一环境下进行对比。也可在相同环境下进行几个规划方案的对比,清晰明确地择优选取,这样一方面可以规避规划设计的风险;另一方面可以加快设计速度,提升方案质量。在城市的棚户区改造中,三维城市也可以通过展示预期效果,增强居民的信心和满意度,尽量避免不必要的纠纷。
结束语
3D MAX在三维城市建模中应用得越来越广泛。相对于其他,该技术更易于掌握,操作更加方便,具有广泛的应用价值。因此,熟练掌握3D MAX的操作方法,对创建立体城市具有重要意义。
三维城市的生产过程,充分展现了测绘行业精确全面的优势,也拓宽了业务范围,为市政、规划等行业提供专业的技术支撑。而3D MAX在广告、游戏等行业的广泛应用也给了我们推进传统测绘产品一个新的方向,基于3D MAX的三维城市以其所生产的单体化模型优势在三维建模舞台上占据重要位置。
参考文献
[1]刘亚婷．虚拟现实新媒体应用模式发展研究[J]．今传媒，2017,25(9):110-112.
[2]冯仰英．城市规划管理对城市规划设计的影响浅谈[J]．智能城市，2016(10):202.
[3]方明．基于3D MAX的建筑物三维模型构建[J]．交通科技与经济，2017,19(3):68-71.
[4] 齐丹．无人机航空摄影测量在地形图测绘中应用[J]．福建质量管理，2017(24):244．
