城市三维仿真模型数据标准制定方法随着三维可视化技术发展, 三维仿真系统在城市规划、城市管理辅助决策中得到越来越广泛的应用。

城市三维模型数据生产制作流程和工艺方法多种多样, 但是三维模型数据至今没有行业规范和标准,各平台之间的数据共享困难。

一、制定要点(1)满足三维可视化表达的需要能准确表现地物空间对象和对象特征。

三维模型的建立和数据组织要满足三维仿真后期渲染、系统集成,甚至动画制作的需要。

(2)为三维数据规模化生产提供指导通过对三维数据的规范和约束 , 实现三维数据采集获取、生产、质量检查等环节既独立又完整 , 为规模化生产提供规范基础和作业指导。

(3)支持三维海量数据的存储、管理和维护更新在标准制定中要将表现地物对象精度和合理控制数据规模统筹考虑 , 数据组织和结构设计要能支持海量三维数据的存储、管理 ,更新和维护三维数据方便、高效。

(4)支持三维地理信息系统共享和集成满足标准规范的数据既能提供三维仿真平台使用,还要在空间参考系的定义、数据源获取、数据组织和发布上能充分结合三维地理信息系统的特点, 使得这些三维数据成果成为三维地理信息系统的重要数据源 ,促进三维地理系统共享和集成。

二、城市三维仿真模型分类城市三维仿真模型一般分为:地形三维模型、现状建构筑物三维模型、城市设计三维模型。

不同的模型类别, 其基础数据的采集获取方式多种多样, 模型制作方法和工艺流程多样。

(1)地形三维模型利用基础测绘数据 , 如带有高程值的数字线划图 ,建立地面高程模型 (DEM), 将地形的高低起伏完全的真实模拟出来 , 这里的地面高程模型可以按照要求制作不同比例尺;正射影像(DOM)数据来源有多种方式 ,可以是不同分辨率的遥感影像, 也可以是高分辨率的航空影像, 甚至通过低空摄影及近景摄影得到的地貌数据 , 精度要求也是根据需求的不同选择不同分辨率的影像数据。

按照统一的空间参考系 ,将正射影像叠加到地面高程模型上 , 形成表征地形地貌的三维模型。

(2)现状建 (构)筑物三维模型现状建(构 )筑物是城市三维仿真模型中最重要的组成部分,包括房屋、道路、人行天桥、桥梁、隧道、堤坝、公园、绿地、树木等重要地物要素 ,以及路灯、消火栓、井盖、公交车站等城市附属设施。

这类三维模型的制作往往投入人力和物力最多 ,时间周期最长, 所以在开始这部分工作时 ,要根据实际需要,按照不同的精度要求选择不同的建模方式。

对于要求不高或者不重要的建 (构)筑物 ,可以利用基础测绘数据成果进行批量建模 ,尤其是规则形状的建 (构 )物 , 甚至建 (构 )筑物顶端的纹理也可以采用高分辨的影像进行贴图;而对于不规则形状的或者需要重点表现的建 (构 )筑物, 亦采用交互式手工精细建模 ,这部分纹理通过实地拍摄,采用专业的图像处理软件进行处理后贴图 , 体现建(构)筑物模型的美观性、逼真性。

(3)城市设计三维模型这类三维模型的制作, 主要是满足城市规划设计、辅助城市规划管理需要 ,规划设计师在AutoCAD或者 3Dmax等三维软件中进行设计 , 将设计成果加入本系统与现状三维模型融为一体 , 同时可以根据现状三维模型周围环境对全部规划模型或部分模型进行修改、调整、替换 , 或在三维仿真系统上重新生成新模型 , 包括设计和定义位置、朝向、形状、高度、外部色调和纹理等 , 这些修改调整需要在统一的空间参考系中依比例进行。

三、案例演示和应用桂林市城市三维仿真模型技术要求1．数据范围：完成桂林市主城区约21平方公里范围三维模型的采集、处理、建模与建库，包括约0.5平方公里（标志性建筑、景观性道路）的精细模型和20.5平方公里标准模型。

2．内容与技术要求：2.1建设内容结合桂林市实际，三维模型制作内容主要包括：1)房屋：是指永久性建筑（包括设计方案），含台阶、雨棚、阳台、飘窗、永久性装饰、人字型屋顶、屋顶架子（方柱状或圆柱形）、柱子等建筑物附属物。

2)地形：是指公园、绿地、景观、水域等自然或人工地貌，包括小区景观、内部道路、植物、花坛、水池、围墙、凉亭、游乐设施、体育设施、石凳、石桌、雕塑、等设施。

3)道路：是指反映车道、隔离带、照明、交通站点等设施，包括道路、交通轨道、桥梁、路灯、交通指示牌、路牌、公交站牌、交通指示灯、交通岗亭等设施。

4)绿化：是指道路、公园、广场、小区、河流等区域的地面覆盖植物，包括道路绿化隔离带、灌木、行道树；公园、小区、广场、河流等绿化植物。

5)其它：需用模型表示的其它物体。

2.2技术要求1)模型基本要求：◆模型数据源：大地2000坐标的1：500地形图、实景照片及相关其它数据。

◆模型空间参照系：所有模型成果坐标系应与数字桂林基础地理信息共享服务平台的坐标系一致，坐标必须准确，提交成果不得扭曲、旋转、放大和平移。

◆模型平面精度：精度须达到1：500地形图精度要求。

◆模型成果统一采用3DMAX9.0制作，成果提供原始3ds Max文件，制作单位统一以“米”为计量单位。

◆所有模型中心点定义统一，可定义在各自外围合的中心或模型基底中心。

2)模型制作要求：◆建筑及其附属设施模型：①建筑模型应以独立建筑为单位进行制作，以建筑附属物等进行联接的建筑，应拆分建模。

②建筑模型的基底、立面轮廓结构与建筑高度应准确且建筑高度与纹理匹配比例准确。

③模型完成后不应存在辅助的虚拟物体，清除在模型中未使用的材质与贴图，删除对模型结构与贴图坐标调整起不到作用的点和线，不能出现无点面的物体，导出前要塌陷，删除或隐藏CAD线。

④模型的基底轮廓线由地形图（设计方案）直接生成，模型的基底与所处地形位于同一水平面上，与地形起伏相吻合，并避免闪烁。

有地下建筑空间的建筑物应将地下部分进行建模。

⑤建筑模型的屋顶应有层次，需反映屋顶结构形式与附属设备等，如女儿墙等。

屋顶纹理原则上采用影像图，不可使得建筑顶部出现大面积平顶，影响美观则需另行处理，视美观情况在屋顶设置水箱、设备房、天线等。

⑥所有模型在确保有良好视觉效果的同时对模型面数应尽量减少，单个模型的三角形面数应尽量控制在2000以内（具有古建筑特色及其他特别要求的建筑可视情况调整）。

⑦建筑轮廓凸凹面表现大于等于1米时，必须建模表现，小于1米时可以用贴图来表现，贴图纹理中对于1米以内的建筑细节应清晰可辨。

建筑模型的立面轮廓线须反映立面上的阳台、窗及各类附属设备的变化。

⑧标志性建筑、景观性道路及两侧等重要实景建模时，精度需达到0.5米，展现效果美观。

⑨建筑物附属大型广告牌、在道路附属设施上作为设施主体的广告牌必须按实际照片制作，非主体性广告可以省略。

◆道路及其附属设施模型①道路路面需要建模，反映其真实材质，对路面及路面外区域根据美观情况，进行美化处理。

②完整小区的地面建模色调须和小区色调统一、整洁美观，能反映小区现状。

③人行天桥、立交桥梁、跨河桥梁、公交车站、站台等，按照实际建模(其建模规范、贴图方法可参考建筑物建模制作要求)，路面与桥梁之间接合部位必须正确、平滑，严禁出现拼接生硬的现象。

桥面的道路中心线、栏杆、桥墩、路灯或斑马线需要实际表示。

④市政道路的路灯按实际形状、位置建模，但面片数量尽量少。

交通路牌、路标、交通指示标志牌等模型，文字表示应清晰，方向指示正确，建模时不能做成单片，应具有一定厚度的实模。

⑤市政道路的花坛、分车绿化带、水泥台、树池等按照实际尺寸、位置建模，花坛中以具有一定间距单簇花为主的采用十字或米字交叉面片多面贴图，成片的花则直接贴图，要求花的种类合适。

◆（3）水系及其附属设施模型：①建模内容有包括水面、河床、码头、防洪墙（堤）、河堤、护栏、过水桥、沿河公园（广场）、沿河景观建筑、沿河景观雕塑、沿河小道、大型景观灯、花坛、绿化树、绿化带、休闲座椅、普通台阶、大型台阶等。

②水系水面其效果要清晰真实，水面景观要做美化处理，并与两岸景观协调。

③其它水系及其附属设施建模标准参照相应类型的标准。

如沿河景观建筑参照“建筑及其附属设施模型”进行建模；沿河小道参照“道路及其附属设施模型”进行建模；绿化树参照“其它模型”中相应要求进行建模。

◆其它模型：①树木采用米字交叉面片多面贴图，树木密度适中，要求姿态、树冠大小、树冠颜色要有变化，高低错落，形态美观，严禁行道树同宽同高，树种应有相应变化。

保护树木须按照实际尺寸、树种、位置制作模型。

②公园、景观绿地的草地须按草地的实际范围、形状、种类建立模型。

③公园里主要游乐设施需要建模、贴图。

④临街的围墙、栅栏（含与临街围墙相连的侧面围墙）需要建模按实际位置、尺寸建模。

⑤停车棚，以及与围墙相连的警卫室、门卫室等需要建模。

⑥沿街或者公园重要位置（如入口处）的异形小品制作简模，人像、动物等复杂模型采用透明纹理贴片，但基座需实际建模，具有重要意义的雕塑必须按实际建模。

⑦球场地面按实际贴图，也可采用与实际相似的公共纹理。

3)模型纹理要求：（1）纹理数据图像要求色调均匀，自然美观，反映材质的图案、质感、颜色及透明度等实际情况，禁止使用纯色或近似纯色、过亮、过暗色调的纹理贴图。

（2）须对模型的面数、段数、曲面进行精简优化，模型与模型之间不得出现闪面、重面、漏面和反面，删除模型之间的相交面及底面。

（3）纹理拼接过渡自然，不得有漏缝、重面、交叉点、废点等现象。

（4）所有建筑物及景观均要求提供烘培和非烘培两套数据，模型烘焙必须按照要求使用统一的灯光标准。

（5）烘培某一建筑物或景观时应摆放其附近的建构筑物，以表达相互之间的阴影关系，增强真实感。

（6）如出现个别建筑因纹理明度过高或过低造成烘焙后纹理曝光或黑暗的情况应立即调整贴图明度，再重新进行烘焙，直至光影效果正常。

（7）纹理中影响美观的人、树影、杂物等需去除。

（8）整个区域范围内整体色调应保证一致性，尤其是同一小区内类似建筑纹理必须一致，色调协调。

（9）模型纹理格式采用JPG，保存分辨率为72，品质为8，透明纹理格式采用TIF格式，禁止使用其它格式纹理。

（10）非烘焙贴图的单位尺寸严格采用2的N次幂，使用16×16至512×512，特殊情况下使用1024×1024，长宽比不宜过大，过大则对模型面进行分割，单独贴图。

同等效果尽量使用尺寸小的纹理。

（11）烘焙贴图的单位尺寸大小不超过1024×1024，对于较为复杂模型或纹理要求较高的模型，其烘焙过的纹理图片张数可增加，但不宜超过4张，保证烘培后纹理的清晰度。

（12）贴图绝对禁止纹理拉伸，半截窗，楼层比例不符，纹理模糊，漏面缺面，法向问题，纹理不对齐，贴图不合理、怪异等问题。

（13）贴图处理时要保留原贴图质感，减少处理贴图时造成的重复感，含特殊元素，如门牌、机动车等不允许重复。

（14）所有纹理的镜面属性和光泽度都应该定为零。