站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一 三维场景构建手册 1 技术背景 精细、准确、逼真的三维场景是所有站场管理都需要的基础数据，目前基于三维数据的站场管理平台有着强烈的市场需求。以下为“站场三维场景构建及应用系统”课题对应的研究内容。

图1-1 站场三维场景构建及应用系统框架 在三维场景构建方面，我们已经熟练掌握了航空摄影测量、倾斜摄影测量、激光扫描测量和3DMAX单体精细建模，正积极进行激光扫描技术与全景影像技术相匹配后的“激光全景”技术研究。 在综合以上多种技术最后实现“三维场景构建”方面，本手册总结几种组合方案，对其优劣性和实用性做出评价，然后逐项介绍流程、关键步骤和操作技巧。 本手册主要依托软件有：  单体建模软件，如AutoCAD、3DS Max、点云（如CitoVision）和倾斜模型建模软件（如Smart 3D、Dp Modeler）等；  场景集成软件，如Skyline平台软件、全景影像平台软件等。

2 方案分析 从数据采集角度考虑，三维建模的数据源包括：航空摄影成果、倾斜摄影成果、激光点云成果、设计图纸。基于任何一种数据源都可以实现三维建模（此外还有照片、视频、全景影像等媒体形式因为没有空间坐标的概念，所以仅能作为纹理参考或者基于三维模型进行展现）。下面分析4种数据源的特点。 表2-1 几种数据源应用于三维建模的优劣势分析

序号 数据源 优势 劣势 典型案例效果 1 航空摄影成果（DEM和DOM叠加模型） 效率最高 效果最差，无法表示细节。

2 倾斜摄影成果（敏捷Tin表面模型） 效率高，整体效果好 细节有瑕疵，局部细节需要用3DMax精模补充。

3 激光点云成果 整体效果一般，细节效果最好

周期长（效率低），

成本高。

4 设计图纸 效率较高，整体效果一般，细节效果与实际出入大 成本低，无法表现细节。

针对如上分析，需要组合这些方法，以达到符合项目需求的最佳效果。下边针对几种组合方案进行分析，并依次为推荐的顺序。 表2-2 站场建模方案组合的适用范围 序号 建模方案 适用范围 特点 1 基于倾斜摄影测量的敏捷建所有地形条件下站场效率高，成本低，侧面纹理表现写实，整体表现力较高、站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一 模 的快速建模 细节表现力差。

2 基于倾斜摄影测量的敏捷建模+局部3DMax精模 所有地形条件下站场的快速建模 效率较高，成本较高，整体和细节表现力都好。

3 基于航空摄影测量或者设计图的快速建模 平原地区站场的快速建模

效率高、成本低，整体表现力一般，房顶和地面纹理表

现写实，其它细节需要利用模型库和设计图生成，与现场有一定出入。

4 基于激光或倾斜摄影的3DMax精细建模 所有地形条件下站场的精细建模 效率低，成本高，只有不计成本的项目使用。

下图为采用方案3完成的某站场三维模型。

图2-1 基于航空摄影测量（方案3）的某典型站场的三维模型 3 流程 无论采用何方案，其流程都可以分为“采集和处理”、“三维地形制作”、“单体建模和场景集成”三个基本步骤。

图3-1 三维场景构建流程图 4 关键步骤 4.1 构建地形 1）新建项目 软件支持地理坐标系和投影坐标系，推荐使用地理坐标系。

2）加载数据  加载影像

航测三维 遥感三维 倾斜摄影测量 获取DOM\DEM 利用Terra Builder进行地形构建 获取Tin表面模型 转换为3DML 地面激光测量 获取点云模型

利用Modify Terrain编辑局部地形 单体粗模 单体精模 贴纹理，制作模型 集成 整饰 标注和属性数据编辑 设计提供精模 模型库

采集和处理

三维地形制作

单体建模和场景集成 站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一 图4.1-1 加载影像数据  加载高程模型

图4.1-2 加载高程模型 3）数据处理  创建金字塔 将加载的DOM和DEM数据生成金字塔。选中需要创建金字塔的数据，点击Resolution Pyramid。  编辑处理DOM和DEM数据异常 DOM处理 利用Clip Polygon工具，将DOM、DEM接边处进行裁切。

图4.1-3 影像接边处理 此外，不同的来源的DEM数据，接边处还存在高程差异现象，在三维场景中，这种高程突变将严重影响用户体验，因此在制作MPT地形数据过程中需要进行特别处理。 对DEM数据采用合适的配色方案进行渲染，以便于观察接边位置处的高程差异。人工对所有接边处的高程差异进行检查，判定是否需要进行平滑处理。绝大多数情况下都需要进行平滑处理。采用人工编辑，根据情况利用TerraBuilder的feather工具进行平滑处理。在Terra Builder中View功能区的Elevation Scheme工具集中Color控件下进行修改高程渲染配色方案，推荐使用Classic方案。 数据渲染->人工100%检查接边高程差异->定义平滑宽度->平滑效果检查->调整接边位置->接边结果复查->不合格处重新调整接边平滑宽度和接边位置。 如果采用的是假设坐标，可以对站场周边的基础数据进行处理。 确定DEM数据接边处的高程差异值，选择基础DEM数据，将属性中的Elevation Offset参数设置为对应的差异改正值。 4）点击Create MPT，构建MPT数据。 5）数据检查 在TE中打开创建的MPT文件，检查数据是否满足要求，检查内容包括：  数据是否存在漏洞、缺失。  数据是否存在高程异常，如断层、突起等现象。  数据与基础数据接边处，是否存在高差现象。

4.2 制作矢量文件 1）统一坐标参考 CAD平面图、TFW正射影像图、Global Mapper、MPT和最后的FLY三维场景都要求使用相同的坐标参考。为了让所有步骤空间上能够严格一致，需要使用相同的坐标参考。建议共同使用正射影像图的PRJ坐标系设置，从最开始就设定好。 2）矢量化 加载正射影像并进行矢量化。如果大量使用人工纹理，推荐方案一。 表4.2-1 站场建模矢量化图层方案一

序号 图层名称 内容 1 内部道路 面状符号，通常是沥青或水泥路面，可行车 2 操作区 面状符号，通常为水泥地面 3 碎石地面 面状符号，通常为围绕操作区的隔离区域 4 绿地 面状符号，草坪 5 建筑物 面状符号，包括办公楼、设备间、厂房等 6 围墙 线状符号，包括围墙、铁丝网、栏杆等 7 规则工艺设备 面状符号，如分析小室、消防箱、罐 站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一 不规则工艺设备无法通过拉伸获得，所以建议采用3DMax精模 下图为某站场矢量化案例：

图4.2-1 某站场矢量化案例 如果以航测正射影像纹理为主，推荐方案二。 表4.2-2 站场建模矢量化图层方案二

序号 图层名称 内容 1 内部道路 线状符号，通常是沥青或水泥路面，可行车 2 围墙 线状符号，包括围墙、铁丝网、栏杆等 3）将矢量文件转为Shapefile格式 矢量化完成后，使用Global Mapper将矢量文件转化为Shapefile文件。转化输出时面要素被输出成Areas，线要素被输出成Lines。

图4.2-2 输出成Shapefile文件 4.3 单体粗模 1）导入矢量数据 用Terra Exploer/Home/Load GIS Layer/Shapefile加载矢量文件。导入的要素图层，可以通过右键进一步，Convert to Group，以便后续拉伸，制作粗模。 2）批转化为模型 这些导入的Group要素可以由系统提供的程序，自动生成建筑物、围墙、管道、电力线等模型。 操作时，使用系统提供的功能，提前选择表示对象位置的要素，在系统提供的功能最下边一行，选择Selected Group，然后执行，则程序会按照Group的空间位置，批制作对应模型。 建筑物也可以这样做，用其本身的字段控制房屋高度和纹理。效率很高，但效果不好。可以先拉起模型，随后再逐一编辑修改。

图4.3-1 复杂围墙高级建模选项 3）单体建模 选择Building功能，首先标记房顶轮廓线，右键结束；然后将该范围拖至正确的位置放置。用属性修改房顶结构和纹理即可。建筑物属性非常丰富，在此不再赘述。

图4.3-2 某典型的单体建筑物效果 4.4 自动建模 基于CAD二次开发3D PIPE，实现专业的管道数据基于数据自动生成，包括如下程序： 站场三维场景构建及应用系统开发课题材料之一 表4.4-1 程序自动建模

序号 命令 描述 1 P2P 2点绘管道。根据指定的起点和终点，绘制直管段。 2 P2B 4点绘弯头。根据制定的起点、终点和直线段方向，绘制弯头。

3 P2CB 4点绘复杂弯头。根据制定的起点、终点和直线段方向，绘制弯头。由于手工操作时，所做弯头可能有瑕疵。本程序可以自动在切线长的一端加一个短接。保证曲线连续，并且两端直线和圆弧相接处法线过圆心。 4 D2L 数据绘三维折线。该折线可以作为后续拉弯头的路径。

5 D2P 数据绘管道。根据折线绘复杂管道。可以自动绘制弯头、弯管、焊口和按照指定的管道长度分成单根管道。 6 L2P 折线绘管道。根据折线绘管道。

7 IM 插入标准部件。如：电动球阀 手动球阀 电动执行机构 手动执行机构 压力表 温度表 安全阀 普通球阀 法兰 平板闸阀 XX泵 电机 消防箱 离心泵 立式罐 卧式罐 消气器 过滤器 消防设备箱

图4.4-1 部分3D Pipe制作的管道 4.5 单体精模 1）点云模型 通过RIEGL VZ-1000扫描仪采集现场数据（点云及影像），要求尽可能详细的反应物体的外部特征，通过后期的点云拼接、坐标纠正、去噪等处理，得到最终的现场点云模型，具体操作见技术文档《地面三维激光扫描与数据处理手册》。 2）精模构建 精模构建利用Pointshape软件，对管道进行精确建模，包含管道、法兰、阀门、罐、管道支护桩、墩、梁、架、泵等。具体操作见技术文档《地面三维激光扫描测量三维建模操作手册》。 需要注意的是Pointshape软件只支持CAD2013和2014两个版本，最好安装正版软件，稳定性好，正版软件安装方法如下： 电脑连接CPPE内网，在“开始”，“运行”里面输入\\10.100.216.42（或者\\10.100.216.82），用户名