skechp三維建模技術(shù)的優(yōu)化

skechp三維建模技術(shù)的優(yōu)化

一、表現(xiàn)建筑模型的三維建模軟件sketchup軟件制作細(xì)膩美觀的三維建筑模型，并具有平滑的效果。然而，這種審美效果只能在sketchprom中找到。這樣就存在兩個主要問題:(1)顯示城市級別的數(shù)據(jù)量幾乎不可能;(2)SketchUp沒有坐標(biāo)系統(tǒng)。本文通過在SketchUp中制作精細(xì)、數(shù)據(jù)量小的三維模型,并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為一種通用的數(shù)據(jù)格式(如3ds數(shù)據(jù)),在Skyline中進(jìn)行展示,保證了三維模型美觀、數(shù)據(jù)量小的優(yōu)勢,同時又通過Skyline很好地彌補(bǔ)了空間信息的不足,可以說是充分利用了二者的優(yōu)勢,取得了良好的效果。SketchUp作為一種方便易用的三維建模軟件,一經(jīng)推出就在建筑設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其在處理建筑物數(shù)目巨大的三維建模工程時,能夠有效地提高建模速度和建模質(zhì)量。GoogleSketchUp三維建模軟件避免了同類設(shè)計軟件如3dsMax、AutoCAD等的復(fù)雜性,具有易操作的貼圖系統(tǒng),提高了建模工作的效率,而且能夠真實地表現(xiàn)建筑模型的質(zhì)感,使模型更加美觀。GoogleSketchUp能夠根據(jù)不同需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式,支持如3ds、obj、kmz等多種數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)出。SketchUp具有如下特點:(1)界面簡潔,易學(xué)易用,命令極少;(2)精確高效,兼容性好;(3)功能強(qiáng)大,應(yīng)用廣泛。二、建模數(shù)據(jù)的獲取1.優(yōu)化設(shè)計效率二維GIS系統(tǒng)發(fā)展相對成熟很多,現(xiàn)有的二維GIS數(shù)據(jù)精度高、數(shù)據(jù)全。在進(jìn)行三維建模時,應(yīng)用這些現(xiàn)有的數(shù)據(jù),對提供工作效率是十分可觀的。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)比如ArcGIS中的SHP數(shù)據(jù),AutoCAD中的DWG數(shù)據(jù)都可以通過SketchUp提供的功能或者一些小的插件導(dǎo)入到SketchUp中。利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,將保持建筑物底圖的精度。在沒有二維矢量數(shù)據(jù)的情況下,導(dǎo)入經(jīng)過幾何糾正的影像或正射影像,通過影像進(jìn)行三維建模,其平面精度一般也能滿足要求。2.遙感影像法提取建筑物高度高度信息是三維模型的一個重要參數(shù)。由于在二維GIS中僅把建筑物層數(shù)作為高度信息,這只是一個概略的描述,沒有較高的精度,所以需要專門研究獲取建筑物的高度信息。當(dāng)前主要通過以下幾種方式獲得建筑物的高度:(1)運(yùn)用機(jī)載激光掃描儀與遙感影像相結(jié)合來提取建筑物高度,該方法獲取速度快,但后續(xù)處理工作量大,費用可觀;(2)簡單提取,通過矢量二維空間數(shù)據(jù)其建筑物層數(shù)的屬性乘以樓層高(如3m)來提取其高度,這種方法獲取的建筑物高度只是一個估算值,且所有建筑物只能用平頂來表達(dá),或者人為地增加一個修飾性屋頂;(3)通過算法從遙感影像的陰影來直接提取建筑物高度以及其他信息。在一般的非精細(xì)三維建模中,通?？衫眠b感影像的陰影來提取建筑物的高度,與二維GIS的層數(shù)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場量測的一些特殊高度的建筑物數(shù)據(jù)相結(jié)合來推算建筑物的實際高度。3.照片的采集處理紋理信息主要包括實地拍攝的建筑物的相片和影像中的建筑物頂部信息。在采集建筑物側(cè)面紋理的過程中要盡量采集非傾斜、明亮的照片。如果某些地方不易獲取,則通過獲取局部,再通過圖像處理軟件(如Photoshop等)進(jìn)行拼接。所采集的圖像需要經(jīng)過處理,如糾正、亮度調(diào)整、數(shù)據(jù)量壓縮等,目的在于得到端正、美觀、數(shù)據(jù)量小的紋理材質(zhì)。對于屋頂紋理則可從正射影像或高分辨率航片中獲取。三、面線法p中通過插件將二維幾何數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SketchUp中,或者將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SketchUp中。利用面線工具對建筑物輪廓進(jìn)行構(gòu)建,并通過材質(zhì)工具進(jìn)行貼紋理,最后導(dǎo)出。具體流程如圖1所示。四、建模存在的問題使用SketchUp建模,導(dǎo)出為3ds通用格式時,主要存在批量導(dǎo)出的速度與坐標(biāo)不一致性的問題。1.基于api實現(xiàn)模型生成城市建模一般數(shù)據(jù)量都十分龐大,如圖2所示,簡單的幾個街區(qū)就有上千個模型。如果人工導(dǎo)出,耗費大量時間,且效率低下。SketchUp是目前在三維圖形界使用Ruby為插件接口的軟件,Ruby腳本編寫擴(kuò)展SketchUp功能的Ruby應(yīng)用程序編程接口(API)。此接口使用戶可以創(chuàng)建要包含在SketchUp菜單中的宏,如自動化組件生成器和其他工具。通過SketchUp中的Ruby腳本進(jìn)行批量導(dǎo)出,可極大地提高工作效率。導(dǎo)出的過程給定單個模型命名規(guī)則,導(dǎo)出格式為3ds。其Ruby編寫程序思路為2.對3d格式文件坐標(biāo)的批量修改通過SketchUp導(dǎo)出的3ds格式文件,采用的是相對坐標(biāo),缺少空間信息。這使得建好的模型與真實的地理位置不一致,需要通過算法來批量修改3ds文件的空間坐標(biāo)信息。為此,必須先分析清楚3ds格式文件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。3ds文件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是由“塊”構(gòu)成,這些“塊”主要由兩部分組成,即ID與下一數(shù)據(jù)塊的位置。其中,ID號為oxBO20的塊,即POSITIONTRACK塊含有坐標(biāo)信息,對3ds格式文件坐標(biāo)的批量修改思路為通過運(yùn)行上面簡單的代碼給3ds文件的坐標(biāo)加上一個50000的大數(shù),就可以從相對坐標(biāo)回到絕對坐標(biāo)。由此在處理大量3ds文件時可自動實現(xiàn)坐標(biāo)的批量處理。五、dsma高節(jié)點模型構(gòu)建目前在城市三維系統(tǒng)的建設(shè)中,很多用戶采用Skyline平臺來解決,但Skyline對復(fù)雜模型的建設(shè)有點力不從心。而SketchUp建模軟件雖然建模簡單,但不支持海量數(shù)據(jù)顯示,因此選用能夠支持海量數(shù)據(jù)的Skyline軟件進(jìn)行三維場景的展示,發(fā)揮了各個軟件各自的長處。在Skyline中三維場景展示的思路如圖3所示,效果如圖4所示。1)初始化模型坐標(biāo)。該步驟把單體模型的坐標(biāo)設(shè)為零,Skyline5.1.2以上的版本支持批量模型坐標(biāo)歸零,也可在3dsMax軟件中使用平移方式來實現(xiàn)。2)轉(zhuǎn)換模型格式。把3ds格式的模型轉(zhuǎn)換成Skyline支持的*.X格式?？梢酝ㄟ^以下兩種方式實現(xiàn):(1)使用DeepExploration軟件,用批量轉(zhuǎn)換工具將3ds格式的模型轉(zhuǎn)換成*.X格式;(2)在3dsMax中通過PandaDXExport插件導(dǎo)出*.X文件,并進(jìn)行相關(guān)屬性設(shè)置。3)模型中心點提取。使用ArcGIS中的AddXYData工具,生成SHP點文件,每個點文件中點格式限制在1000個以內(nèi),若模型數(shù)量較多則生成多個點文件。設(shè)置屬性表上的路徑為模型的絕對路徑。4)地形模擬。在Terrabuilder中,地形采用正射影像進(jìn)行模擬,采用金字塔的方式組織。5)場景組合。利用步驟2)~步驟4)的準(zhǔn)備工作進(jìn)行場景組合。基本思路是以正射影像