基于virtools城市超精细三维场景构建方法探究

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1、基于Virtools城市超精细三维场景构建方法探究　　摘要：本文结合实际生产经验，总结了数字城市三维模型生产的相关方法，并以陆家嘴为试验区域利用3dsMax构建模型，基于Virtools搭建了城市超精细三维场景交互平台，对城市三维模型生产和交互式场景构建具有借鉴意义。关键词：数字城市；Virtools；三维场景中图分类号：F291.1文章标识码：A文章编号：0引言城市数字三维模型在各方面具有广泛的应用前景，目前全国多个城市都在积极推进城市现状三维模型覆盖生产工作。我院始终关注三维技术的发展和动态。城市超精

2、细三维场景是在普通三维场景的基础上，对模型进行再加工以提升效果，添加树木、植被、路灯、路牌等小品，增加动态人和车等动画，实现场景的漫游和互相操作等功能，所构建的逼真再现城市环境的虚拟场景。城市超精细三维场景，是对现有的城市大范围的三维现状模型的进一步加工和细化，可以满足更高层次的应用需求，在城市规划和管理、景观方案评审、城市旅游和宣传、历史古建筑保护等领域有着非常广泛的应用。71城市三维模型构建1.1城市三维模型数据级别由于应用需求以及建筑复杂程度不同，有必要对城市三维模型进行一定的分类和分级，从而对不同

3、的建筑应采取不同的建模标准，这样既可以提高模型生产效率，也可有效地控制生产成本。在实际生产中，划分的级别有如下几类：1.1.1简单模型，仅描述了建筑物主体的基本轮廓的模型，纹理来自标准纹理库。1.1.2标准模型，描述了构筑物主体的基本轮廓和外结构的模型，纹理来自现场采集照片。1.1.3精细模型，精细模型是在标准模型基础上要表现明显可见的构筑物细节的模型。1.1.4超精细小场景，超精细小场景即需要重点加工和处理的局部区域，另外在场景中增加道路、树木、植被、路牌、路灯、护栏等模型要素。1.2城市三维建模方法在

4、三维模型生产过程中，根据采用的建模资料，可以有多种建模方法。具体生产时，可根据模型级别、应用需求、模型精度等要求，采用相应的建模方法或几种方法结合使用。目前常采用的模型生产方法有以下几种：1.2.17基础地理数据库自动建模。对于城市郊区的白模型和简单模型，可以根据数据库中的地形图和楼层信息，直接将二维矢量数据自动拉伸为三维白模型，并给予一定的标准纹理。此种建模方法生产快、成本低，但模型精度较低。1.2.2航空摄影测量方法建模。此种方法是利用数字摄影测量原理，在数字摄影测量工作站上采集建模所需的三维特征点线

5、面，如屋顶点、地面点等，并在3dsMax中进行一定的后期编辑，结合现场采集照片给予模型纹理。此种方法生产速度快。模型精度也较高。1.2.3三维激光扫描建模。此种方法分为两部分，一是数据分类和提取；二是模型重建。此种方法速度快、精度高，但数据处理环节较为复杂，成本高。1.2.4三维竣工建模。三维竣工建模利用三维竣工的相关资料如CAD平立剖数据、效果图、实景照片、相关属性资料等进行的建模，通过三维竣工可同步完成城市三维模型的建立和更新工作。1.3模型纹理采集和处理7模型纹理是模型的重要组成部分，直接关系到模型

6、的显示效果和精度。因此外业采集来的纹理照片不能直接用来贴图，还需按照以下要求进行处理：贴图的规格应为2的n次方；材质长宽比不应差异较大，宜采用正方形（如128*128）；采用实景照片作为纹理时，不应存在人、车、植物、空调、衣物等非建筑物体；不清晰的文字标识、Logo等需要用图像处理软件进行清晰化处理；完成后的贴图应反映一个独立单元（如一个完整的窗户或楼层），如某张纹理贴图需要进行平铺操作，则该贴图应满足无缝贴图标准。1.4小品模型库建立小品模型是城市超精细三维场景的组成部分，可以增强场景的逼真性，提升场景

7、的显示效果。对于三维场景中常用到的树木、植被、路灯、路牌、垃圾箱、护栏、人物、车辆等，都应建立相应的模型库，该模型库应该具有完整性、多样性、扩充性等特点，这样可以重复利用、从而提高生产效率、节约生产成本。2漫游场景的搭建2.1数据导入和编辑Virtools本身不能制作三维模型，只能在场景中对模型进行组织和细微的调整。因此建好的模型，可通过插件导出.nmo格式的文件来导入Virtools场景。需注意场景中的环境光、灯光等都会影响模型的显示效果，因此模型导入后可通过场景中光源的摆放和设置，场景环境光颜色和亮度

8、的调整，来调节场景中模型的显示效果。对于单个模型，也可单独调整其某个材质设置（MaterialSetup），来改变其显示效果。2.2场景漫游实现7场景漫游可以让用户在场景中自由地浏览，从而增强用户体验。场景漫游设计的功能有，通过鼠标键盘的控制，用户可以在场景中前进、后退、旋转，升高、降低视角，放大，缩小等操作。2.3场景动画实现2.3.1人动画的实现人的行为动作较为复杂，需要先借助3dsMax建立人的模型，设置好人的行为动作如