三維場景構(gòu)建手冊簿2016

1、實用標(biāo)準(zhǔn)三維場景構(gòu)建手冊1技術(shù)背景精細(xì)、準(zhǔn)確、逼真的三維場景是所有站場治理都需要的根底數(shù)據(jù),目前基于三維數(shù)據(jù)的站場治理平臺有著強烈的市場需求.以下為“站場三維場景構(gòu)建及應(yīng)用系統(tǒng)課題對應(yīng)的研究內(nèi)容.I圖1-1站場三維場景構(gòu)建及應(yīng)用系統(tǒng)框架Smart 3D& CltyBuidsrA傅斜碾測影懂4TaraBuilder&1Potrvtshap#A1u3ds MaxLu1三堆刪'f1活總查徇Terra在三維場景構(gòu)建方面,我們已經(jīng)熟練掌握了航空攝影測量、傾斜攝影測量、激光掃描測量和3DMAX單體精細(xì)建模,正積極進(jìn)行激光掃描技術(shù)與全景影像技術(shù)相匹配后的“激光全景技術(shù)研究.在綜合以上

2、多種技術(shù)最后實現(xiàn)“三維場景構(gòu)建方面,本手冊總結(jié)幾種組合方案,對其優(yōu)劣性和實用性做出評價,然后逐項介紹流程、關(guān)鍵步驟和操作技巧.本手冊主要依托軟件有：單體建模軟件,如 AutoCAD 3DSMax、點云如CitoVision 和傾斜模型建模軟件如 Smart 3D Dp Modeler 等；場景集成軟件,如 Skyli ne平臺軟件、全景影像平臺軟件等.2方案分析從數(shù)據(jù)采集角度考慮,三維建模的數(shù)據(jù)源包括：航空攝影成果、傾斜攝影成果、激光點云成果、設(shè)計圖紙.基于任何一種數(shù)據(jù)源都可以實現(xiàn)三維建模此外還有照片、視頻、全景影像等媒體形式由于沒有空間坐標(biāo)的概念,所以僅能作為紋理參考或者基于三維模型進(jìn)行展現(xiàn)

3、.下面分析4種數(shù)據(jù)源的特點.表2-1幾種數(shù)據(jù)源應(yīng)用于三維建模的優(yōu)劣勢分析序號數(shù)據(jù)源優(yōu)勢劣勢典型案例效果文案大全航空攝影成果效果最差,無法表DEM和 DOM疊加模型效率最高示細(xì)節(jié)傾斜攝影成果敏捷Tin表面模型效率高,整體效果好細(xì)節(jié)有瑕疵,局部細(xì)節(jié)需要用3DMax精模補充.激光點云成果整體效果一般,細(xì)節(jié)效果最好周期長效率低本錢高.設(shè)計圖紙效率較高,整體效果一般,細(xì)節(jié)效果與實際出入大本錢低,無法表現(xiàn)細(xì)節(jié).針對如上分析,需要組合這些方法,以到達(dá)符合工程需求的最正確效果.下邊針對幾種組合方案進(jìn)行分析,并依次為推薦的順序.表2-2站場建模方案組合的適用范圍序號建模方案適用范圍特點1基于傾斜攝影測量的敏捷建

4、所有地形條件下站場效率高,本錢低,側(cè)面紋理表現(xiàn)寫實,整體表現(xiàn)力較高、的快速建模細(xì)節(jié)表現(xiàn)力差.2基于傾斜攝影測量的敏捷建模+局部3DMaxl模所有地形條件卜站場的快速建模效率較高,本錢較高,整體和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力都好.3基于航空攝影測量或者設(shè)計圖的快速建模平原地區(qū)站場的快速建模效率高、本錢低,整體表現(xiàn)力一般,房頂和地面紋理表現(xiàn)寫實,其它細(xì)節(jié)需要利用模型庫和設(shè)計圖生成,與現(xiàn)場有一定出入.4基于激光或傾斜攝影的3DMaxl細(xì)建模所有地形條件下站場的精細(xì)建模效率低,本錢高,只有不計本錢的工程使用.F圖為采用方案 3完成的某站場三維模型.圖2-1基于航空攝影測量方案 3的某典型站場的三維模型流程無論采用何方案

5、,其流程都可以分為“采集和處理、“三維地形制作、“單體建模和場景集成個根本步驟.航測三維傾斜攝影測量遙感三維采和處理形制作單體建集成模和場圖3-1三維場景構(gòu)建流程圖集獲取 DOM'DEM獲取Tin外表模型轉(zhuǎn)換為3DML利J用Terra Builder進(jìn)行地形構(gòu)建三維地景集成利用Modify Terrain編輯局部地形單體粗模單體精模模型庫設(shè)計提供精模貼紋理,制作模型標(biāo)注和屬性數(shù)據(jù)編輯整飾關(guān)鍵步驟4.1構(gòu)建地形1 新建工程軟件支持地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系,推薦使用地理坐標(biāo)系.2加載數(shù)據(jù)加載影像實用標(biāo)準(zhǔn)圖4.1-1加載影像數(shù)據(jù)加載高程模型圖4.1-2加載高程模型文案大全3數(shù)據(jù)處理創(chuàng)立金字塔R

6、esoluti on Pyramid將加載的DOM和DEM數(shù)據(jù)生成金字塔.選中需要創(chuàng)立金字塔的數(shù)據(jù),點擊編輯處理DOM和DEM數(shù)據(jù)異常 DOM處理利用Clip Polygon 工具,將 DOMI DEM接邊處進(jìn)行裁切.圖4.1-3影像接邊處理此外,不同的來源的DEM數(shù)據(jù),接邊處還存在高程差異現(xiàn)象,在三維場景中,這種高程突變將嚴(yán)重對DEM數(shù)據(jù)采用適宜的配色方案進(jìn)行渲染,以便于觀察接邊位置處的高程差異.人工對所有接邊處的高程差異進(jìn)行檢查, 判定是否需要進(jìn)行平滑處理. 絕大多數(shù)情況下都需要進(jìn)行平滑處理.采用人工編輯,根據(jù)情況利用 TerraBuilder 的feather 工具進(jìn)行平滑處理.在 Te

7、rra Builder 中View功能區(qū)的 Elevation Scheme 工具集中Color控件下進(jìn)行修改高程渲染配色方案,推薦使用Classic方案.數(shù)據(jù)渲染-> 人工100%僉查接邊高程差異-> 定義平滑寬度-> 平滑效果檢查-> 調(diào)整接邊位置-> 接邊結(jié) 果復(fù)查-> 不合格處重新調(diào)整接邊平滑寬度和接邊位置.如果采用的是假設(shè)坐標(biāo),可以對站場周邊的根底數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.確定DEM數(shù)據(jù)接邊處的高程差異值,選擇根底DEM數(shù)據(jù),將屬性中的 Elevation Offset參數(shù)設(shè)置為對應(yīng)的差異改正值.4點擊 Create MPT,構(gòu)建 MPT數(shù)據(jù).5數(shù)據(jù)檢查在TE

8、中翻開創(chuàng)立的 MPT文件,檢查數(shù)據(jù)是否滿足要求,檢查內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)是否存在漏洞、缺失.數(shù)據(jù)是否存在高程異常,如斷層、突起等現(xiàn)象.數(shù)據(jù)與根底數(shù)據(jù)接邊處,是否存在高差現(xiàn)象.4.2制作矢量文件1統(tǒng)一坐標(biāo)參考CAD平面圖、TFW正射影像圖、Global Mapper、MPT和最后的FLY三維場景都要求使用相同的坐標(biāo) 參考.為了讓所有步驟空間上能夠嚴(yán)格一致,需要使用相同的坐標(biāo)參考.建議共同使用正射影像圖的 PRJ坐標(biāo)系設(shè)置,從最開始就設(shè)定好.2矢量化加載正射影像并進(jìn)行矢量化.如果大量使用人工紋理,推薦方案一.表4.2-1站場建模矢量化圖層方案一序號圖層名稱內(nèi)容1內(nèi)部道路面狀符號,通常是瀝青或水泥路面,可

9、行車2操作區(qū)面狀符號,通常為水泥地面3碎石地面面狀符號,通常為圍繞操作區(qū)的隔離區(qū)域4綠地面狀符號,草坪5建筑物面狀符號,包括辦公樓、設(shè)備間、廠房等6圍墻線狀符號,包括圍墻、鐵絲網(wǎng)、欄桿等7規(guī)那么工藝設(shè)備面狀符號,如分析小室、消防箱、罐不規(guī)那么工藝設(shè)備無法通過拉伸獲得,所以建議采用3DMaxl模F圖為某站場矢量化案例:圖4.2-1某站場矢量化案例如果以航測正射影像紋理為主,推薦方案二.表4.2-2站場建模矢量化圖層方案序號圖層名稱內(nèi)容1內(nèi)部道路線狀符號,通常是瀝青或水泥路面,可行車2圍墻線狀符號,包括圍墻、鐵絲網(wǎng)、欄桿等3 將矢量文件轉(zhuǎn)為Shapefile格式矢量化完成后,使用 Global M

10、apper將矢量文件轉(zhuǎn)化為Shapefile文件.轉(zhuǎn)化輸出時面要素被輸出成Areas,線要素被輸出成Lines.圖4.2-2 輸出成Shapefile 文件4.3單體粗模1導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)用Terra Exploer/Home/Load GIS Layer/Shapefile加載矢量文件.導(dǎo)入的要素圖層,可以通過右鍵進(jìn)一步,Co nvert to Group,以便后續(xù)拉伸,制作粗模.2批轉(zhuǎn)化為模型實用標(biāo)準(zhǔn)這些導(dǎo)入的Group要素可以由系統(tǒng)提供的程序,自動生成建筑物、圍墻、管道、電力線等模型. 操作時,使用系統(tǒng)提供的功能, 提前選擇表示對象位置的要素,在系統(tǒng)提供的功能最下邊一行,擇Selected

11、Group ,然后執(zhí)行,那么程序會根據(jù)Group的空間位置,批制作對應(yīng)模型.建筑物也可以這樣做,用其本身的字段限制房屋高度和紋理.效率很高,但效果不好.可以先拉起模型,隨后再逐一編輯修改.Fience and WallIBarkGeneral SettingObject Typ>ewanwCreate asLayer (Streamho)審Visibility.悸枷憂eBOOTmtfensWall SettingsFill StleCoksr*Cokwr| IMHeightrneilensvall Widm0.1rndersSarnplingmeleraMinimize lime pcu

12、ntsWall Post SettingsPost TypeNone審圖4.3-1復(fù)雜圍墻咼級建模選項3 單體建模選擇Building 功能,首先標(biāo)記房頂輪廓線,右鍵結(jié)束；然后將該范圍拖至正確的位置放置.用屬 性修改房頂結(jié)構(gòu)和紋理即可.建筑物屬性非常豐富,在此不再贅述.圖4.3-2某典型的單體建筑物效果4.4自動建模基于CAD二次開發(fā)3D PIPE,實現(xiàn)專業(yè)的管道數(shù)據(jù)基于數(shù)據(jù)自動生成,包括如下程序:表4.4-1程序自動建模序號命令描述rP2P2點繪管道.根據(jù)指定的起點和終點,繪制直管段.TP2B4點繪彎頭.根據(jù)制定的起點、終點和直線段方向,繪制彎頭.3P2CB4點繪復(fù)雜彎頭.根據(jù)制定的起點、終

13、點和直線段方向,繪制彎頭.由于手工操作時, 所做彎頭可能有瑕疵.本程序可以自動在切線長的一端加一個短接.保證曲線連續(xù), 并且兩端直線和圓弧相接處法線過圓心.4D2L數(shù)據(jù)繪三維折線.該折線可以作為后續(xù)拉彎頭的路徑.5D2P數(shù)據(jù)繪管道.根據(jù)折線繪復(fù)雜管道.可以自動繪制彎頭、彎管、焊口和根據(jù)指定的管 道長度分成單根管道.6L2P折線繪管道.根據(jù)折線繪管道.7IM插入標(biāo)準(zhǔn)部件.如：電動球閥 手動球閥電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力表溫度 表平安閥普通球閥法蘭平板閘閥XX泵電機(jī)消防箱離心泵立式罐臥式罐消 氣器過濾器消防設(shè)備箱圖441局部3D Pipe制作的管道4.5單體精模1 點云模型通過RIEGLVZ-1

14、000掃描儀采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)點云及影像,要求盡可能詳細(xì)的反響物體的外部特征, 通過后期的點云拼接、坐標(biāo)糾正、去噪等處理,得到最終的現(xiàn)場點云模型,具體操作見技術(shù)文檔?地面 三維激光掃描與數(shù)據(jù)處理手冊?.2精模構(gòu)建精模構(gòu)建利用Pointshape軟件,對管道進(jìn)行精確建模,包含管道、法蘭、閥門、罐、管道支護(hù)樁、 墩、梁、架、泵等.具體操作見技術(shù)文檔?地面三維激光掃描測量三維建模操作手冊?.需要注意的是 Pointshape軟件只支持CAD2021和2021兩個版本,最好安裝正版軟件,穩(wěn)定性好, 正版軟件安裝方法如下：電腦連接CPPE內(nèi)網(wǎng),在“開始,“運行里面輸入W10.100.216.42或者W10.1

15、00.216.82,用戶名為cppe郵箱名,加后綴 cppe密碼為郵箱密碼.進(jìn)入后翻開BDSP64點擊setup安裝即可,許可欄里填寫自己電腦名字,如果需要3D MAX那么同時安裝 CAD和3D MAX軟件,安裝過程較長,中間不可斷網(wǎng).安裝完畢后,如果不能運行,根據(jù)說明修改變量,運行成功后在 CAD工具欄下面借用許可,以后即可單機(jī)使用,最長借用時間是半年.3紋理映射CAD完成的模型屬于白模,需要導(dǎo)入3D MAX進(jìn)行紋理貼圖.具體操作如下：導(dǎo)入模型3D MAX軟件支持直接將 DWG&式的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入 3D MAX中,以對模型進(jìn)行后續(xù)處理.在導(dǎo)入過程 中,幾何體標(biāo)簽下,根據(jù)以下項導(dǎo)出 Au

16、toCAD圖元中可選擇的方式有很多,為了后續(xù)操作方便以及文件所占存儲空間更下, 可選擇按顏色或者一個對象導(dǎo)入,這樣模型數(shù)量會很小, 隨后可根據(jù)實際需要對模型進(jìn)行別離,從而滿足實際工程中對象操作的需要.模型修整由于AutoCAD建模熟練度不同以及導(dǎo)入選項設(shè)置等問題,可能存在MAX莫型的狀態(tài)、位置不符合要求.比方面與面銜接的位置不對某個面伸出去過長、該接上的地方存在很大的裂縫、該垂直或者水平的面傾斜了等等、獨立模型劃分的不對這個主要是由于導(dǎo)入?yún)?shù)設(shè)置導(dǎo)致的,原始文件中也會存在 同樣的問題、模型渲染的顏色或者紋理有問題、存在很多不需要的元素實體等.可解決的方法有：在 原來模型的位置上重新建立 MAX

17、模型,調(diào)整原模型或者面片的位置使其接合上,重新別離或者附加模型,刪除多余的模型.精細(xì)模型的三角面數(shù)限制在1500以內(nèi),一般模型限制在 500以內(nèi).紋理渲染對MAX模型進(jìn)行紋理渲染, 首先需要制作相應(yīng)的材質(zhì).可以對模型進(jìn)行整體渲染或者不同的面分別渲染不同的材質(zhì).為了使模型導(dǎo)出為 X文件后在Skyline三維場景中能夠正常顯示紋理,在制作紋理的材質(zhì)時需要注意如下幾個問題：' 使用標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)球中位圖貼圖制作材質(zhì). 通過漫反射貼圖方式進(jìn)行貼圖. 如果模型需要制作透明效果,比方欄桿,鏤空等結(jié)構(gòu),要使用帶透明通道的 png或者tga格式 的圖片通過漫反射貼圖方式進(jìn)行貼圖.' 如果使用多維子材

18、質(zhì)進(jìn)行渲染,每種子材質(zhì)必須是標(biāo)準(zhǔn)位圖形式的材質(zhì).1 保存紋理尺寸最好是正方形的, 寬和高 保存紋理尺寸最好是正方形的,寬和高 的象素大小不能超過1024,貼圖長寬比盡量為1:1, 1： 2,如果貼圖實在太長或?qū)?那么將模型面進(jìn)行分割單獨.模型導(dǎo)出如果需要將模型放入 Skyline的TerraExplorer 等其他第三方軟件中,需要轉(zhuǎn)換三維模型的文件格 式通常為.x文件.在進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換時,需要注意不同格式文件中模型坐標(biāo)系、材質(zhì)信息、外部紋理 文件、骨架結(jié)構(gòu)等參數(shù)的轉(zhuǎn)換,保證模型在目標(biāo)軟件中根據(jù)預(yù)想的形式展示出來.4.6數(shù)據(jù)集成基于MPT地形,加載粗模、精模等單體模型,并對模型附加數(shù)據(jù)信息等,最

19、終實現(xiàn)場景集成.推薦建筑物和場景的信息標(biāo)注采用如下形式：固定的三維場景標(biāo)注,推薦用Label 文字/圖片動態(tài)提示用Tooltip屬性詳細(xì)的用 Message屬性4.7整飾通過前面粗模、精模構(gòu)建等一系列操作,站場數(shù)據(jù)項較多,需要對圖層進(jìn)行歸類整理,具體方案 見下表.表4.7-1站場圖層治理方案序號圖層名稱內(nèi)容1敏捷模型無人機(jī)航測獲取的敏捷模型2地形站場內(nèi)重點關(guān)注的區(qū)域進(jìn)行地形修改,以便于后期單體建模3建筑粗模,在三維場景中直接建模、貼紋理實現(xiàn),包括辦公樓、變電所、標(biāo)定間、維搶修中央、消防泵房、油罐、門衛(wèi)房、圍墻、柵欄等4工藝設(shè)備精模,通過地面三維激光點建模實現(xiàn),包括球閥、調(diào)節(jié)閥、壓縮機(jī)、泵、過濾器、 消氣器等5根底設(shè)施粗模,采用3DMAXS模實現(xiàn),包括消防箱、警示牌、路燈、監(jiān)控設(shè)備等6電力設(shè)施粗模,采用skyline電力線模型工具,包括高壓線等7綠地采用skyline綠地模型工具,按植被類型分組排列8名稱采用skyline文本標(biāo)注工具,對重點關(guān)注對象進(jìn)行屬性信息標(biāo)注,包括主要建筑物 名稱等9演示根據(jù)業(yè)主要求,提前預(yù)設(shè)動作,包括工藝流程、應(yīng)急治理、瀏覽路線等F圖為某站場圖層治理案例:嚴(yán)Ml戰(zhàn)逮檯型 田® _地形 囪也建筑工藝設(shè)