房屋3维建模的研究

1、    房屋3维建模的研究     发布人：          周立         发布时间：2011-04-20     关键词：              摘要：  

2、0;  ·      摘要:在分析目前3维地理信息系统中房屋建模的一般流程、研究现状及房屋3维建模软件局限性的基础上,提出一个基于拓扑的房屋3维数据模型,并通过实验论证数据采集软件与模型建立软件集成的 计算机论文代写 可行性。一、引言数字城市是一个描述地球表面建筑物纹理及拓扑关系的信息城市虚拟空间,对于未来的城市信息服务具有十分重要的意义。房屋作为数字城市中最主要的研究对象之一,具有明显的几何特征,并且不同的应用对于需要描述的几何对象的分辨率有不同的要求,从而对于采集数据的精度也有不同的要求。本文首先介绍了房屋3维建模的一般

3、流程及研究现状,分析了目前房屋3维建模软件存在的局限性,然后提出了一个基于拓扑的房屋3维数据模型,最后,通过实验对本模型进行了验证。二、3维建模的一般流程及研究现状1.房屋3维建模的一般流程目前房屋3维建模的一般流程如图1所示。可以看出,如何有效地获取3维空间对象特征点坐标及相关属性的描述信息(即数据采集)和房屋3维模型的建立及其可视化是城市房屋3维建模的两个关键环节。2.房屋3维建模的研究现状在GIS的模型化领域,长期以来研究的是3维空间对象的2维表示,即将3维空间对象投影到2维平面上,用2维的点、线、面表达。TIN,GRID等2.5维的方式尽管可以处理地形等特征,但对房屋这类城市3维景观的

4、表示无能为力。目前的发展方向是对传统的2维空间模型进行扩展,采用精确几何模型结合纹理映射的方法实现3维空间的可视化。具体研究包括:Koehl M(1996)提出的用几何构造体(CSG)要素或其组合表达城市房屋1;孙敏等提出基于几何元素的3维景观实体模型;杨必胜(2000)等采用分层组合模型方法构造建筑物模型2。另外,McMillan,Bishop和Plenoptic(1995)等提出直接以图像作为样本来绘制场景的基于图像的建模技术(Image Based Rendering, IBR)。可见,房屋3维建模及其可视化在理论和应用上正处于一个迅速发展阶段,但是,许多理论和算法如3维表面模型和内部可

5、视化模型的集成、基于连续空间观察视点的全景图模型的构建等还有待进一步研究和实践。三、目前房屋3维建模软件的局限性现将目前的房屋3维建模软件中普遍存在的局限性归纳如下。1.数据采集与模型建立通常采用两套独立的系统。造成的结果是建模的时候没有影像作参考,只能根据经验随机构建屋面,因而很难保证模型的正确性及高效率,不能满足房屋3维建模区域作业的需要。图2显示了根据经验随机构建的房屋平面图和立体图(包含错误),数据来自于瑞士伯尔尼某小区。2.数据采集系统没有引入拓扑关系,缺乏实时的纠错功能,若建模过程中发现有漏点的情况,只能返回数据采集系统重新采集数据。3.人工构建拓扑关系方式,只能以单个房屋作为一个

6、基本单元逐面处理;3维几何观测数据和纹理对应中的错误,只有在建模、编辑和数据浏览环境下才能充分显示出来。4.半自动提取仅适用于结构简单的房屋。四、基于拓扑的房屋3维数据模型优秀的房屋3维建模软件应做到满足需求、正确、兼顾高效、智能化,可通过在数字影像上所见即所得地建立拓扑关系达到数据采集软件和建模软件一体化来实现。在此基础上,本文提出了一个基于房屋结构的拓扑数据模型,定义了结点对象、点对象、线段对象、体对象、面对象、线对象等几何元素对象并用类(Class)来表示,如图3所示,其中定义了5种拓扑关系:结点点关系(一对一)、线段结点关系(一对二)、线段对线段关系(一对多)、面线段关系(一对多)、体

7、面关系(一对多)。这5种空间拓扑关系需要在数据采集后立即生成,所见即所得的显示,并实时存储。隐含的空间拓扑关系包括:线段线段关系、面面关系、体体关系,它们不需存储,可通过计算或检索公共的几何元素(如结点、线段)来获得。可见,基于拓扑的房屋3维数据模型的空间关系,不是指可以相对独立地表达3维空间对象间的拓扑关系如相邻、相连、包含等,而是指单个对象内部相邻面的可视化关系和消隐关系,在组织空间数据时存储公共边和公共点以及空间对象之间的拓扑关系,这样做一方面避免了系统数据冗余,另一方面可直接获得空间对象间的拓扑信息。五、实验与结论基于以上模型,本文开发了数据采集和3维建模一体化软件实验系统IGMS。实

8、验证明,这种带有拓扑关系的数据采集软件能很好的满足房屋建模的要求。图4是利用本系统生成的房屋模型的平面和立体图,数据来源与图2相同。参考文献:1KOEHL M. The Modelling of Urban LandscapesJ,International Archives of Photogrammetry and RemoteS 计算机论文代写 ensing, 1996,31(b4): 460-464.2田捷,等.实用计算机辅助2维绘图与3维造型M.北京:电子工业出版社,1994.3杨必胜,等.3维城市模型的可视化研究J.测绘学报,2000,29(2):149-154.4HAALA N. Generation of 3D City Modelsfrom DigitalSurface Models and 2D GISJ. IAPRS, 1997,32(3-4W2): 68-75.  &#