数字城市三维模型的精度控制

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　　【摘要】现代数字城市的三维模型已经成为地理空间框架建设项目一个非常重要的组成部分，其不但可以将城市的立体景观从多个角度体现出来，还能够将城市风貌非常直观地还原出来。本文主要以数字城市三维模型的精度作为研究对象，对在不同数据条件和需求下的数字城市三维建模的精度控制进行研究分析。
　　【关键词】数字城市；三维模型；精度
　　
　　最近几年来，三维模型的可视化技术已经成为了大家所关注的热点问题，目前，我国在大部分都建立了城市三维信息系统，而且在很多领域都发挥了很大的作用，主要包括城市规划设计、辅助决策等多方面。三维数字城市能够对真实城市以三维的模型表现出来，而且代替了传统平面地图，能够带给使用者一种真实生活般的环境，也就是虚拟城市环境。这种对三维虚拟城市的数字化管理，不但能够提高城市空间信息共享和利用水平，而且还可以在给城市规划、建设带来可持续发展的信息服务，将城市整体信息化管理水平得到进一步的提升。
　　虽然三维模型能够带来多样性的立体表现，让使用者有一种身临其境的感觉，然后，对于制作那种较为高精度的三维模型数据不但要增加生产的模型成本，而且会对系统速度造成严重的影响，这会使得延缓了模型生产进度。所以，在制作三维模型的时候，在项目初期就要考虑的三维模型的精度控制问题。
　　1 模型精度类型
　　一般依据数字城市建设项目的要求，可以大致将三维模型建设的精度分为四大类：体块模型、基础模型、标准模型、高精度标准模型。如表1所示：
　　
　　表1 三维模型精度类型
　　类型 平面精度 高程精度 表现精度 技术要求 设备要求 数据要求 生产效率 效果 成本
　　体块模型 大于米级 大于米级 主体结构表现 低 低 较低 很高 示意表现实地特征 低
　　基础模型 米级 米级 大于1.5m的结构表现 适中 一般 适中 较高 较真实 适中
　　标准模型 分米级 分米级 大于0.5m的结构表现 高 较高 较高 适中 真实 较高
　　高精度标准模型 厘米级 厘米级 表现建筑物所有结构 高 高 高 很低 还原 很高
　　
　　所谓的体块模型，就是使用简单的建模方式，将建筑的三维分布进行示意表示。体块模型主要是对建筑的地形数据外轮廓进行测量，然后将建筑、地形的层高进行大致的推断大致，最后使用示意纹理的方法进行制作。这种对区域的三维地貌特征的示意表示方式，虽然其工作效率高、成本低，然而对于很多数据较为缺乏，例如对一些城乡结合部、一些待拆区域以及农村山区等。
　　所谓的基础模型，其主要是对地面建筑的平面和高度进行地形测量或航空摄影测量以获取其空间坐标，然后依据楼层数对建筑高度进行估算，接着对所实地采集的照片进行部分修改，例如建筑物等的细部结构和高度，最后就可以得到位置、高度、大小基本吻合的模型。这种基础模型所要求的精度为米级，对于技术要求不高，但是其工作效率高，而且成本适中，主要是应用在一些数据缺乏地区的建模，然后对其这些地区进行一些演示、分析定位。
　　所谓的标准模型，其主要是对地面建筑物的平面和高度进行地形测量或航空摄影测量以获得空间坐标，然后通过航空摄影测量对地物的高度进行采集。标准模型的精度在分米级，其精度要求较高、现行的技术也较为成熟。在数字城市地理空间框架建设三维建模中经常会使用标准模型这种方法。
　　所谓的高精度标准模型，其主要是对地形的立体点云依据三维激光扫描，然后可以制作三维模型。正是由于高精度标准模型的精度为厘米级，所以其工艺复杂，对于技术、仪器设备要求很高。对于高精度标准模型的方式多用于文物保护等方面。
　　2 模型精度控制分析
　　目前，在我国的很多城市和地区，都已经开展了数字城市建设，而且根据不同地区的不同的地貌特征、数据标准、应用需求以及经济条件，就可以建立出不同的三维模型成果。为了能够更好地得到能够符合不同地区需求的成果，就需要特别关注对精度的控制。
　　对于不同城市三维模型制作的精度控制方面，第一，要先依据城市的自身情况出发，从多个方面进行调研和评估，例如应用方式、数据、经费、技术要求；第二，还要充分地和软件、硬件以及网络等多种条件进行结合，才可以使精度控制得以完成；最后，制定出这个城市的数据标准和工作方案，作为项目实施的指导方向。
　　对于不同的城市在开展三维模型制作时，一定要有符合该城市的精度控制。那么对于不同的数字城市的三维精度控制都有着不同的要求方式，如表2所示：
　　
　　表2 三维模型精度控制
　　类型 应用 应用方式 经费要求 数据要求 技术要求 软件要求 硬件要求 网络要求
　　体块模型 区域地貌特征展示、导航定位 局域网、互联网 较低 较低 较低 较低 较低 较低
　　基础模型 城市实景展示应用 局域网、互联网 适中 适中 适中 适中 适中 适中
　　标准模型 城市实景表现 局域网 较高 较高 较高 较高 较高 较高
　　高精度标准模型 文物保护考古 单机 高 高 高 高 高 高
　　
　　对于城市的三维模型的制作精度一定要有着配套的软件系统的功能，而且三维模型的制作必须在应用的基础上进行，与此同时，也要考虑技术要求等多方面的发展趋势。更加不同的因素问题进行考虑，最终需要在数字城市的三维模型的项目建设符合以下几点原则：
　　2.1 根据系统需求划分不同的LOD模型
　　对于一个三维城市模型要可以分为多个级别进行建造，应该要针对不同的级别使用不同的简化程度和应用领域。通常情况下，为了能够更好地保证三维模型的浏览效果，需要对一些重要地面建筑使用精度较高的模型，而且对于一般的地面建筑就采取精度适中的模型即可。除此之外，还需要依据应用领域的差异化问题，可以对一些地面建筑进行不同程度的简化，例如，如果只是对地面建筑物进行一个宏观分析，那么只需要对建筑物的轮廓和高度进行描绘；如果要对地面建筑物进行一个微观分析，那么就可能对建筑物的所有位置进行建模，包括窗台、阳台等。综上所述，需要对业务部门的需求进行考虑，进而可以确定三维模型LOD，使之能够更好地为不同的应用领域进行服务。
　　2.2 不同区域采用不同的LOD模型
　　对于不同的城市都使用不同的定位功能，对于精度的要求不会使用统一的标准进行制作。所以，在对不同城市的不同区域的另一些重点工作是要进行LOD模型分配。但是因为不同的实际情况进行不同的分类划分，而且对于需要在精度控制方面进行一些细微的区分。一般来说，第一，一个城市的中心城区主要街道和标志性建筑、保护建筑等，大多是采用高精度标准模型进行制作；第二，对于城市里的新建小区大多是采用标准模型进行制作；第三，对于普通地区的低矮房屋和城乡结合部等，都是以采用体块和基础模型表示为主。
　　2.3 不同LOD模型的面数应有明显的差异
　　在对不同的LOD级别进行划分时，不但可以满足系统功能实现的需求，而且能够使三维模型的系统的使用效率得到进一步的提升。再加上，现在对于一些大规模高精度三维场景进行实时浏览，依旧是数字城市三维系统的一个瓶颈问题，所以，就非常有必要对于不同的LOD模型做一些差异性区别，这样就可以很好地提高LOD的切换速度。
　　3 结语
　　综上所述，不但需要在模型制作时要满足现有系统的功能，也要能够对于各部门应用时需求进行满足，并且能够充分结合所要建造数字城市的具体情况等多方面进行考虑。一定要根据实际情况，对于数字城市的三维模型的精度进行分析和控制，并且运用LOD技术对于模型制作的进行比较精准的把握。这就凸显出了三维模型的精度控制的重要性，以避免出现不必要的成本、设备等投入。
　　参考文献：
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