三維仿真地圖制作創(chuàng)新應(yīng)用探討范文

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摘要：以往的三維仿真地圖制作是在后臺上一個(gè)個(gè)熱區(qū)手動(dòng)繪制的，并手動(dòng)輸入信息，操作繁瑣、工作效率低。為了提高效率，節(jié)約項(xiàng)目成本，我們通過3Dmax模型圖為基礎(chǔ)來批量制作矢量熱區(qū)面，加載外業(yè)采集的信息要素，主要流程包括：熱區(qū)矢量化、熱區(qū)與采集信息匹配、熱區(qū)的坐標(biāo)校正與檢查。

關(guān)鍵詞：三維仿真地圖；熱區(qū)；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(wèi)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(yè)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(yīng)紋理，以固定的視角展示城市真實(shí)三維景觀。以往的三維仿真地圖制作是在后臺上一個(gè)個(gè)熱區(qū)手動(dòng)繪制的，并手動(dòng)輸入信息，操作繁瑣、工作效率低。為了提高效率，節(jié)約項(xiàng)目成本，研究如何高效率批量地進(jìn)行三維仿真項(xiàng)目的數(shù)據(jù)錄入工作顯得尤為重要，因此本文重點(diǎn)介紹都市圈三維仿真地圖制作與熱區(qū)矢量化的步驟和方法。

1.熱區(qū)矢量化

主要用到三維軟件3dsMax，為了減少重復(fù)工作，需要用到建筑數(shù)據(jù)處理和物體隨機(jī)換顏色這兩個(gè)插件。主要制作過程包括一下幾個(gè)方面：

1.1圖面的預(yù)處理

預(yù)處理內(nèi)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(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“UnfreezeAll”解鎖所有要素。再刪除燈光進(jìn)行解組，然后全選范圍內(nèi)的要素（Ctrl+A），進(jìn)行解組，解完后，仔細(xì)檢查看是否還有組合情況，有的話再進(jìn)行二次解組，直到“Ungroup”是呈現(xiàn)灰色的。制作過程中要注意攝像機(jī)絕對不可刪去，出色塊圖時(shí)需要用攝像機(jī)來確定渲染方向的角度，如果有多個(gè)攝像機(jī)，要判斷哪個(gè)是正確角度的，再把其他的攝像機(jī)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(shè)施物等。在刪除地表要素時(shí)，把工具“建筑數(shù)據(jù)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(diǎn)擊插件框中的“選擇”。凡是低于0.5m（以地面為基準(zhǔn)面）以內(nèi)的要素都會選中，然后把選中的要素獨(dú)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(shè)施物時(shí)，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(shí)候圍墻的高度值是統(tǒng)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(dú)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(jìn)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?jiǎng)h除。

1.3染色建筑物要素

將“物體隨機(jī)換顏色”拉進(jìn)3Dmax中，點(diǎn)擊“換顏色”。染色完后，檢查各個(gè)建筑物是否一個(gè)顏色組成，如果整個(gè)圖幅里的各個(gè)建筑物都是由一個(gè)顏色組成，就可以導(dǎo)出色塊圖，不用做第4步的處理了。如果一個(gè)建筑物由多個(gè)顏色組成，那得要進(jìn)行第4步的處理，用建筑打組工具，把建筑物合并成一個(gè)獨(dú)立的要素，再染色，再導(dǎo)出色塊圖。

1.4物要素進(jìn)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(gè)整體要素，完成打組后必須用“物體隨機(jī)換顏色”再進(jìn)行染色，才可以看到效果。建筑打組分為手動(dòng)打組和自動(dòng)打組。如果只是幾個(gè)建筑物是多個(gè)顏色組成的，就采用手動(dòng)打組；先選擇該建筑物上所有的樓層、窗戶等要素獨(dú)立出來，再選擇其中一個(gè)要素，選擇合并命令，點(diǎn)擊“ALL”，然后點(diǎn)擊合并按鈕，然后用“物體隨機(jī)換顏色”工具進(jìn)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(dòng)打組，建議選擇一部分一部分建筑物獨(dú)立出來進(jìn)行多次的建筑打組。在插件工具“建筑數(shù)據(jù)處理”的對話框里，點(diǎn)擊“建筑打組”中的“包含”，然后再點(diǎn)擊“打組”。完成后，選擇“相交”再進(jìn)行一次“打組”，就完成操作。

1.5導(dǎo)出色塊圖

首先打開渲圖框（快捷鍵F10），點(diǎn)擊如圖的紅框內(nèi)的內(nèi)容，將左下圖紅框內(nèi)的“SaveFile”前的√去掉；將右下圖紅框內(nèi)的“l(fā)ighttracer”改成“nolightplug-in”。最后對總圖進(jìn)行渲染，必須切換到攝像機(jī)角度（快捷鍵C就可以），然后選擇“View”導(dǎo)出色塊圖，格式為tif。

2.色塊圖制作熱區(qū)

色塊圖制作熱區(qū)需要用到軟件Arcmap，這是一款美國環(huán)境系統(tǒng)研究所開發(fā)的GIS系統(tǒng)，是一個(gè)具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)建庫、空間分析等功能的專業(yè)制圖和編輯系統(tǒng)，是一個(gè)面向?qū)ο蟮木庉嬈鳎彩且粋€(gè)數(shù)據(jù)表生成器。

2.1色塊圖轉(zhuǎn)矢量熱區(qū)

操作過程中需要用到一個(gè)腳本“色塊圖轉(zhuǎn)矢量熱區(qū)20151230.py”，在Arctoolbox里加載這個(gè)腳本，這個(gè)腳本的處理包括了以下內(nèi)容：色塊圖重分類-眾數(shù)濾波-色塊圖轉(zhuǎn)矢量面-計(jì)算熱區(qū)面積-熱區(qū)緩沖處理-熱區(qū)概化處理-熱區(qū)拆分多部分處理-熱區(qū)消除面部分處理-添加字段（圖幅號、實(shí)體編號）-刪去面積小于100和最大面的熱區(qū)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(gè)文件夾“臨時(shí)文件”，和把文件“gsg”放到這文件夾里，腳本處理的中間數(shù)據(jù)會生成在這個(gè)文件夾里，而進(jìn)行第二次處理時(shí)，第一次處理的中間數(shù)據(jù)會被第二次處理的中間數(shù)據(jù)覆蓋掉。然后可以開始對色塊圖進(jìn)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(qū)數(shù)據(jù)的路徑和名稱，等待生成即可。

2.2人工刪去非建筑物熱區(qū)

首先在Arcmap熱區(qū)面和色塊圖，查看熱區(qū)疊加色塊圖的情況，熱區(qū)的底圖都應(yīng)該都是彩色的色塊，如果熱區(qū)的底圖是黑色的，證明該熱區(qū)不是建筑物，只是被周圍建筑物圍成而生成的面，那該熱區(qū)應(yīng)該刪去。

2.3熱區(qū)分割處理

在分割前，先加載材質(zhì)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(yīng)的psd或者tga圖另存為tif格式，再加載到Arcmap中使用。

2.4熱區(qū)圖幅號填寫

打開該熱區(qū)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(gè)圖幅合在一起，如名稱為“1+2+3”的，則熱區(qū)是包括1-3圖幅的熱區(qū)，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(yù)處理軟件”里查看采集成果工程文件，判斷哪些熱區(qū)是屬于哪個(gè)圖幅號的，然后選擇圖幅為1的熱區(qū)，在圖幅號字段里填寫“1”。然后選擇圖幅號為1的，把熱區(qū)導(dǎo)出來，熱區(qū)名稱為1.shp，把熱區(qū)“1+2+3”的熱區(qū)分為熱區(qū)“1.shp”、“2.shp”、“3.shp”，再分別進(jìn)行下一步的信息匹配。

3.熱區(qū)與采集信息匹配

3.1采集信息表導(dǎo)出和整理

運(yùn)行三維地圖制作預(yù)處理軟件，加載對應(yīng)項(xiàng)目工程，導(dǎo)出工程的所有成果記錄表，格式為csv。打開剛導(dǎo)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(jìn)行整理，目的是為了保證E-UID信息的唯一性。

3.2熱區(qū)與采集信息進(jìn)行匹配

加載對應(yīng)的工程數(shù)據(jù)，在Arcmap中加載熱區(qū)矢量和材質(zhì)圖，我們要分別對實(shí)體點(diǎn)、城中村、無法采集區(qū)域、禁止采集區(qū)域等信息進(jìn)行匹配。再在Arcmap中也對熱區(qū)進(jìn)行標(biāo)注的設(shè)置，對熱區(qū)的實(shí)體編號進(jìn)行匹配填寫，對照著“三維地圖制作預(yù)處理軟件”的實(shí)體點(diǎn)與Arcmap中的熱區(qū)，對每個(gè)熱區(qū)的實(shí)體編號字段進(jìn)行填寫，把全部的實(shí)體點(diǎn)個(gè)數(shù)都填寫完。然后對城中村的實(shí)體編號進(jìn)行匹配填寫，首先也先對城中村的標(biāo)注進(jìn)行設(shè)置（與實(shí)體點(diǎn)設(shè)置一樣），對照著“三維地圖制作預(yù)處理軟件”的實(shí)體點(diǎn)與Arcmap中的熱區(qū)，對每個(gè)熱區(qū)的實(shí)體編號字段進(jìn)行填寫，城中村的實(shí)體編號前都要加“c”。

3.3熱區(qū)與采集信息表進(jìn)行連接

完成熱區(qū)實(shí)體編號匹配后，可以進(jìn)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(jìn)來，然后把該熱區(qū)導(dǎo)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(fā)現(xiàn)個(gè)別熱區(qū)沒有實(shí)體編號的，需要人工對“名稱”和“地址”進(jìn)行賦值，名稱字段統(tǒng)一填“居民樓”，地址字段參考附近的熱區(qū)地址填就可以了。

4.熱區(qū)的坐標(biāo)校正與檢查

要檢查熱區(qū)，必須把熱區(qū)分別都糾正到對應(yīng)的2.5d大圖上，再合并成一個(gè)熱區(qū)成果，才能進(jìn)行完整的檢查和修改。

4.1熱區(qū)糾正到2.5D大圖

首先在Arcmap加載需要校正的熱區(qū)和2.5D大圖，一般情況只要把熱區(qū)平移到相應(yīng)位置就可以。

4.2熱區(qū)的檢查和修改

熱區(qū)的圖形檢查包括四項(xiàng)：相交、碎面、組合面和環(huán)狀面。檢查過程是先建立數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行相交、碎面和組合面的檢查和修改，最后再進(jìn)行環(huán)狀面的檢查和修改。檢查后建立拓?fù)錈釁^(qū)數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行ArcCatalog，在對應(yīng)的文件夾里空白的地方，右鍵新建“文件地理數(shù)據(jù)庫”，然后再該數(shù)據(jù)庫里右鍵新建“要素?cái)?shù)據(jù)集”，“要素?cái)?shù)據(jù)集”的命名可以隨便寫，但必須是英文，然后右鍵導(dǎo)入對應(yīng)的熱區(qū)數(shù)據(jù)，這樣就完成數(shù)據(jù)庫的建立。

4.3相交的修改

首先把新建里的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫加載到Arcmap界面中，然后把“拓?fù)洹惫ぞ邨l拉到界面，開始對熱區(qū)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編輯，點(diǎn)擊“拓?fù)洹惫ぞ邨l最右邊的按鈕，會顯示該熱區(qū)出現(xiàn)的拓?fù)溴e(cuò)誤記錄，就可以根據(jù)顯示的記錄對熱區(qū)進(jìn)行修改，直到修改全部的報(bào)錯(cuò)記錄。

5.OGIS平臺坐標(biāo)校正

OGIS平臺校正就是把上一步通過檢查并合格的熱區(qū)導(dǎo)進(jìn)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(biāo)系的，而熱區(qū)不用舊OGIS平臺的導(dǎo)入工具導(dǎo)入平臺，熱區(qū)是提交糾正到平臺坐標(biāo)后的shp格式成果即可，以下詳細(xì)說明如何制作新OGIS平臺的切片。

5.1制作坐標(biāo)匹配參數(shù)

首先查找2.5D大圖糾正匹配點(diǎn)，將2.5D大圖用PhotoShop打開，先設(shè)置圖像標(biāo)尺單位為像素單位，拾取圖上點(diǎn)像素坐標(biāo)值，拾取時(shí)第一個(gè)點(diǎn)必須是圖的大概中心點(diǎn)。用Arcgis打開對應(yīng)坐標(biāo)系為WGS84影像圖，查找對應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)。使用屬性查詢功能查詢圖像位置的坐標(biāo)并記錄下來。將像素坐標(biāo)、影像圖坐標(biāo)保存到文本文件，坐標(biāo)之間用英文逗號隔開。

5.2.制作2.5d大圖切片

運(yùn)行2.5D切圖助手(TileHelper文件)，導(dǎo)入已保存的地圖匹配點(diǎn)，設(shè)置圖像大小、切圖級別、輸出目錄，最后點(diǎn)擊生成目錄后在切片輸出目錄自動(dòng)生成切圖目錄。生成目錄成功后提示創(chuàng)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(gè)新圖層設(shè)置為白色。然后合并所有圖層到一個(gè)圖層。將上一步自動(dòng)保存在剪切板中的坐標(biāo)范圍粘貼到坐標(biāo)范圍對話框中。設(shè)置對應(yīng)的切圖級別和輸出目錄，然后點(diǎn)擊生成目錄開始切圖。切圖完畢后提示切圖成功。

5.3熱區(qū)坐標(biāo)糾正與平臺導(dǎo)入

先連接數(shù)據(jù)，右鍵“連接”，再選擇要導(dǎo)的數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容全部清空運(yùn)行“OGIS平臺SHAPE轉(zhuǎn)換工具”，填寫好服務(wù)器和端口號，數(shù)據(jù)庫的填寫根據(jù)項(xiàng)目名稱來填。服務(wù)器一般是10.10.254.21，端口默認(rèn)是3306，用戶名是root，密碼為空。導(dǎo)入坐標(biāo)文件后，再導(dǎo)入熱區(qū)shp文件，然后填寫字段映射的內(nèi)容。

6結(jié)論

通過都市圈三維仿真項(xiàng)目的反復(fù)實(shí)踐，我們通過3Dmax模型圖為基礎(chǔ)來批量制作矢量熱區(qū)面，加載外業(yè)采集的信息要素，大大減少工作量，縮短了項(xiàng)目成本。這是由于采集的是使用平面影像，而熱區(qū)是2.5D的角度，無法用空間關(guān)系來進(jìn)行掛接，則采用數(shù)值的唯一性的方式進(jìn)行信息匹配連接，填寫相應(yīng)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(xué)院