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摘要:以往的三維仿真地圖制作是在后臺上一個個熱區手動繪制的,并手動輸入信息,操作繁瑣、工作效率低。為了提高效率,節約項目成本,我們通過3Dmax模型圖為基礎來批量制作矢量熱區面,加載外業采集的信息要素,主要流程包括:熱區矢量化、熱區與采集信息匹配、熱區的坐標校正與檢查。
關鍵詞:三維仿真地圖;熱區;矢量化
三維仿真地圖又稱“2.5D地圖”或“2.5維地圖”或“三維仿真城市”,是以高分辨率的衛星圖或航拍圖為底圖,并以此勾勒城市三維建筑地表范圍,使用專業三維建模軟件如3dsMax制作城市建筑三維模型,后期給建筑物貼上相應紋理,以固定的視角展示城市真實三維景觀。以往的三維仿真地圖制作是在后臺上一個個熱區手動繪制的,并手動輸入信息,操作繁瑣、工作效率低。為了提高效率,節約項目成本,研究如何高效率批量地進行三維仿真項目的數據錄入工作顯得尤為重要,因此本文重點介紹都市圈三維仿真地圖制作與熱區矢量化的步驟和方法。
1.熱區矢量化
主要用到三維軟件3dsMax,為了減少重復工作,需要用到建筑數據處理和物體隨機換顏色這兩個插件。主要制作過程包括一下幾個方面:
1.1圖面的預處理
預處理內容包括:顯示全部圖層要素,解凍圖層,刪除燈光,解組。打開模型MAX圖,顯示全部圖層,在空白處右擊,選擇“UnhideAll”顯示所有要素。再對所有圖層解鎖,在空白處點擊鼠標右鍵,選擇“UnfreezeAll”解鎖所有要素。再刪除燈光進行解組,然后全選范圍內的要素(Ctrl+A),進行解組,解完后,仔細檢查看是否還有組合情況,有的話再進行二次解組,直到“Ungroup”是呈現灰色的。制作過程中要注意攝像機絕對不可刪去,出色塊圖時需要用攝像機來確定渲染方向的角度,如果有多個攝像機,要判斷哪個是正確角度的,再把其他的攝像機刪去。
1.2刪除非建筑要素
非建筑要素一般包括地表、圍墻、附屬設施物等。在刪除地表要素時,把工具“建筑數據處理.msi”拉到max視圖界面中,然后全選要素(Ctrl+A),在“按照高度選擇物體”的參考值選擇0.5m高度,點擊插件框中的“選擇”。凡是低于0.5m(以地面為基準面)以內的要素都會選中,然后把選中的要素獨立出來(快捷鍵:Alt+Q),檢查選中的要素,確定后就可以刪除了。刪除圍墻和附屬設施物時,先全選要素(Ctrl+A),在“查找圍墻”中,參考值高度先選擇3m,如果建模的時候圍墻的高度值是統一的,就可以用該功能選擇,否則需要人工選擇刪除。選好后獨立出來,檢查選中的要素,確定后就可以刪除了。最后全查圖中的一些非建筑要素再進行人工刪除,例如高度比較特別特殊的圍墻、臺階、球場、升旗臺和廣告牌等非建筑要素都要刪除。
1.3染色建筑物要素
將“物體隨機換顏色”拉進3Dmax中,點擊“換顏色”。染色完后,檢查各個建筑物是否一個顏色組成,如果整個圖幅里的各個建筑物都是由一個顏色組成,就可以導出色塊圖,不用做第4步的處理了。如果一個建筑物由多個顏色組成,那得要進行第4步的處理,用建筑打組工具,把建筑物合并成一個獨立的要素,再染色,再導出色塊圖。
1.4物要素進行建筑打組
目的是將一棟建筑物上的所有樓層、陽臺等都合并成一個整體要素,完成打組后必須用“物體隨機換顏色”再進行染色,才可以看到效果。建筑打組分為手動打組和自動打組。如果只是幾個建筑物是多個顏色組成的,就采用手動打組;先選擇該建筑物上所有的樓層、窗戶等要素獨立出來,再選擇其中一個要素,選擇合并命令,點擊“ALL”,然后點擊合并按鈕,然后用“物體隨機換顏色”工具進行單棟房屋染色。如果有問題的建筑物要素比較多,就采用自動打組,建議選擇一部分一部分建筑物獨立出來進行多次的建筑打組。在插件工具“建筑數據處理”的對話框里,點擊“建筑打組”中的“包含”,然后再點擊“打組”。完成后,選擇“相交”再進行一次“打組”,就完成操作。
1.5導出色塊圖
首先打開渲圖框(快捷鍵F10),點擊如圖的紅框內的內容,將左下圖紅框內的“SaveFile”前的√去掉;將右下圖紅框內的“lighttracer”改成“nolightplug-in”。最后對總圖進行渲染,必須切換到攝像機角度(快捷鍵C就可以),然后選擇“View”導出色塊圖,格式為tif。
2.色塊圖制作熱區
色塊圖制作熱區需要用到軟件Arcmap,這是一款美國環境系統研究所開發的GIS系統,是一個具有強大的空間數據建庫、空間分析等功能的專業制圖和編輯系統,是一個面向對象的編輯器,也是一個數據表生成器。
2.1色塊圖轉矢量熱區
操作過程中需要用到一個腳本“色塊圖轉矢量熱區20151230.py”,在Arctoolbox里加載這個腳本,這個腳本的處理包括了以下內容:色塊圖重分類-眾數濾波-色塊圖轉矢量面-計算熱區面積-熱區緩沖處理-熱區概化處理-熱區拆分多部分處理-熱區消除面部分處理-添加字段(圖幅號、實體編號)-刪去面積小于100和最大面的熱區刪去無用的字段在開始處理前,在要電腦本地的C盤下建立一個文件夾“臨時文件”,和把文件“gsg”放到這文件夾里,腳本處理的中間數據會生成在這個文件夾里,而進行第二次處理時,第一次處理的中間數據會被第二次處理的中間數據覆蓋掉。然后可以開始對色塊圖進行處理了,打開剛剛加載好的腳本,輸入色塊圖,然后選擇輸出的矢量熱區數據的路徑和名稱,等待生成即可。
2.2人工刪去非建筑物熱區
首先在Arcmap熱區面和色塊圖,查看熱區疊加色塊圖的情況,熱區的底圖都應該都是彩色的色塊,如果熱區的底圖是黑色的,證明該熱區不是建筑物,只是被周圍建筑物圍成而生成的面,那該熱區應該刪去。
2.3熱區分割處理
在分割前,先加載材質圖psd或者tga圖都可以用,由于arcgis都不支持psd、tag格式,所以要用ps軟件打開對應的psd或者tga圖另存為tif格式,再加載到Arcmap中使用。
2.4熱區圖幅號填寫
打開該熱區的屬性表,在“圖幅號”字段上,填寫該圖幅的圖幅號。由于有些的模型是多個圖幅合在一起,如名稱為“1+2+3”的,則熱區是包括1-3圖幅的熱區,字段圖幅號的填寫必須分開填寫圖幅號“1”、圖幅號“2”、圖幅號“3”,可以在“三維地圖制作預處理軟件”里查看采集成果工程文件,判斷哪些熱區是屬于哪個圖幅號的,然后選擇圖幅為1的熱區,在圖幅號字段里填寫“1”。然后選擇圖幅號為1的,把熱區導出來,熱區名稱為1.shp,把熱區“1+2+3”的熱區分為熱區“1.shp”、“2.shp”、“3.shp”,再分別進行下一步的信息匹配。
3.熱區與采集信息匹配
3.1采集信息表導出和整理
運行三維地圖制作預處理軟件,加載對應項目工程,導出工程的所有成果記錄表,格式為csv。打開剛導出的csv表格,刪除無用的記錄(包括接幅表、河流、道路和城市部件),然后對“E-OID”字段進行整理,目的是為了保證E-UID信息的唯一性。
3.2熱區與采集信息進行匹配
加載對應的工程數據,在Arcmap中加載熱區矢量和材質圖,我們要分別對實體點、城中村、無法采集區域、禁止采集區域等信息進行匹配。再在Arcmap中也對熱區進行標注的設置,對熱區的實體編號進行匹配填寫,對照著“三維地圖制作預處理軟件”的實體點與Arcmap中的熱區,對每個熱區的實體編號字段進行填寫,把全部的實體點個數都填寫完。然后對城中村的實體編號進行匹配填寫,首先也先對城中村的標注進行設置(與實體點設置一樣),對照著“三維地圖制作預處理軟件”的實體點與Arcmap中的熱區,對每個熱區的實體編號字段進行填寫,城中村的實體編號前都要加“c”。
3.3熱區與采集信息表進行連接
完成熱區實體編號匹配后,可以進行對采集信息表的連接了。連接后檢查是否把表的字段都連接進來,然后把該熱區導出一份shp成果,再把不必要的字段刪去,只保留需要的字段。如果有發現個別熱區沒有實體編號的,需要人工對“名稱”和“地址”進行賦值,名稱字段統一填“居民樓”,地址字段參考附近的熱區地址填就可以了。
4.熱區的坐標校正與檢查
要檢查熱區,必須把熱區分別都糾正到對應的2.5d大圖上,再合并成一個熱區成果,才能進行完整的檢查和修改。
4.1熱區糾正到2.5D大圖
首先在Arcmap加載需要校正的熱區和2.5D大圖,一般情況只要把熱區平移到相應位置就可以。
4.2熱區的檢查和修改
熱區的圖形檢查包括四項:相交、碎面、組合面和環狀面。檢查過程是先建立數據庫,在該數據庫中進行相交、碎面和組合面的檢查和修改,最后再進行環狀面的檢查和修改。檢查后建立拓撲熱區數據庫,運行ArcCatalog,在對應的文件夾里空白的地方,右鍵新建“文件地理數據庫”,然后再該數據庫里右鍵新建“要素數據集”,“要素數據集”的命名可以隨便寫,但必須是英文,然后右鍵導入對應的熱區數據,這樣就完成數據庫的建立。
4.3相交的修改
首先把新建里的拓撲數據庫加載到Arcmap界面中,然后把“拓撲”工具條拉到界面,開始對熱區數據庫進行編輯,點擊“拓撲”工具條最右邊的按鈕,會顯示該熱區出現的拓撲錯誤記錄,就可以根據顯示的記錄對熱區進行修改,直到修改全部的報錯記錄。
5.OGIS平臺坐標校正
OGIS平臺校正就是把上一步通過檢查并合格的熱區導進OGIS平臺里。OGIS平臺的切片不同于舊OGIS平臺的切片,新OGIS平臺是引用天地圖坐標系的,而熱區不用舊OGIS平臺的導入工具導入平臺,熱區是提交糾正到平臺坐標后的shp格式成果即可,以下詳細說明如何制作新OGIS平臺的切片。
5.1制作坐標匹配參數
首先查找2.5D大圖糾正匹配點,將2.5D大圖用PhotoShop打開,先設置圖像標尺單位為像素單位,拾取圖上點像素坐標值,拾取時第一個點必須是圖的大概中心點。用Arcgis打開對應坐標系為WGS84影像圖,查找對應點坐標。使用屬性查詢功能查詢圖像位置的坐標并記錄下來。將像素坐標、影像圖坐標保存到文本文件,坐標之間用英文逗號隔開。
5.2.制作2.5d大圖切片
運行2.5D切圖助手(TileHelper文件),導入已保存的地圖匹配點,設置圖像大小、切圖級別、輸出目錄,最后點擊生成目錄后在切片輸出目錄自動生成切圖目錄。生成目錄成功后提示創建成功,切圖范圍已保存。打開PhotoShop軟件,打開2.5D大圖。如果影像有空白,需要添加一個新圖層設置為白色。然后合并所有圖層到一個圖層。將上一步自動保存在剪切板中的坐標范圍粘貼到坐標范圍對話框中。設置對應的切圖級別和輸出目錄,然后點擊生成目錄開始切圖。切圖完畢后提示切圖成功。
5.3熱區坐標糾正與平臺導入
先連接數據,右鍵“連接”,再選擇要導的數據庫,將數據庫的內容全部清空運行“OGIS平臺SHAPE轉換工具”,填寫好服務器和端口號,數據庫的填寫根據項目名稱來填。服務器一般是10.10.254.21,端口默認是3306,用戶名是root,密碼為空。導入坐標文件后,再導入熱區shp文件,然后填寫字段映射的內容。
6結論
通過都市圈三維仿真項目的反復實踐,我們通過3Dmax模型圖為基礎來批量制作矢量熱區面,加載外業采集的信息要素,大大減少工作量,縮短了項目成本。這是由于采集的是使用平面影像,而熱區是2.5D的角度,無法用空間關系來進行掛接,則采用數值的唯一性的方式進行信息匹配連接,填寫相應信息得到最終的成果。
作者:王澤武;彭平;胡垂立 單位:廣州工商學院