三维建模在数字城市中的作用
【摘 要】随着地理信息系统与网络技术的发展，现代城市已被大数据所包围，城市数字化已成为当代城市的发展标志，传统的二维地理信息系统已难以跟上城市发展的脚步，三维数字城市开始成为城市规划和发展的重要手段。本文以数字城市的发展为出发点，以三维建模在数字城市中的作用为研究点，探讨了数字城市中的三维建模的主要内容和建模方式。以期为今后数字城市的发展提供借鉴作用。
【关键词】三维建模；数字城市；建模方式
1 数字城市发展概况
近年来，全国范围内的数字城市建设呈现繁荣的发展趋势，据不完全统计，全国接近700个大中型城市约30000个小城镇已全面开展“数字城市”的建设。数字城市将城市的各种地理信息进行有效地整合，通过计算机的存贮，为访问该网络的用户提供城市虚拟场景，便于用户获取所需的相关城市信息。同时，还能为城市的各种决策工作提供指导，例如城市规划、警务平台、智能交通等，可以说数字城市的服务范围遍及人们生活的各个领域。
2 三维建模技术概述
2.1 三维建模方式
（1）利用三维软件手工建模
3DMAX，Maya 及 AutoCAD等建模软件主要利用球体、立方体等基本几何图形通过组合、拉伸、旋转等几何变换构建几何场景，在进行软件三维建模时，几何模型的设计与表达是虚拟场景造型的核心内容。除了这些，三维软件建模还包括物理建模、模型切分、行为建模等。
（2）利用仪器设备自动建模
自动建模的含义就是通过扫描、摄像、拍照等方式获取建模所需素材，并对影像进行拼接、变换、匹配、合成等处理以建立实物模型的建模方式。
而三维扫描仪是一种能将现实世界的立体彩信息快速以点阵的形式转化为数字信号，是当前对实物进行三维建模的重要工具之一。三维扫描仪具有测量精确度高的优势，但由于售价
较高，作业速度较慢，采集信息较为单一，并且对于复杂形状的实物扫描效果不佳，不能实现完整的自动建模。
（3）交互模式
交互建模方式是一种处于人工和自动建模之间的建模方式，顾名思义，它需要人机交互。手工建模对于建模者要求较低，只需通过简单培训就可进行作业，但它由于操作繁琐、工作任务量大，因而导致效率低下。自动建模虽然可以快速建模，但自动建模导致模型的复杂性增大，对于建模者的能力要求较高并且模型的重复率也较高。因此，将二者优势结合的人机交互模式不但减少了人工建模的工作量，同时也降低了自动建模对于操作者的高要求。
2.2 建模工具
现行的主流建模工具主要包括：Autodesk的3DsMax、Multigen-Paradigm的Multigen Creator、Google的SketchUp、Maya等，以上建模工具的优劣势分析如下：
软件名称    特点    不足
3D Studio Max    建模功能强，操作简单，易上手，数据格式支持多软件使用    手工建模，工作量大
Maya    具有处理大数据能力，具有最先进的动画效果技术    价格昂贵
google
sketchup    建模速度快，简单上手，支持多格式模型，自带组件以及材质库    精确度不足
Multigen
Creator    建模功能强大，能生成时效性的三维数据库    模型精细度不足
AutoCAD    易于上手，运用范围广    难以处理复杂模型
City Engine    建模速度快，完美支持ArcGIS    较难学习掌握
2.3 三维建模数据的获取
建模数据收集是三维建模的首要任务。由于现代的城市被大数据包围，城市中存在着众多的
数据源，包括：（1）建筑物的规划设计图及文档资料（2）各个城市的数字地图以及GIS数据库（3）通过摄影测量获取的海量几何数据、纹理数据及具有语义信息的数据。（4）遥感数据。城市3D模型建立需要十分详细的数据，而高分辨率的遥感图像恰恰可以提供丰富的几何以及语言信息，不仅如此，它还是正射影响数据和DTM生成的重要数据。（5）混合测量系统。CCD相机以及全站仪的组合系统是整个混合测量系统的核心内容，这个系统可以用于扫描建筑物的立面图以及建筑场地的地形表达。不仅如此，此系统还能获取建筑物内外部数据的几何以及纹理数据，这解决了3D城市模型中内部数据难以获取的麻烦。
就当前的应用需求环境来说，场景三维建模需要的主流数据主要分为以下三类：二维图形、地表影像、三维观测数据以及纹理数据等。
3ds
3 三维建模技术在数字城市中的运用
3.1 在城市规划中的运用
三维建模可以预演城市的未来形态，即使是对于已经消失的城市，也能重新对其模拟出来，并且根据规划的结果对城市的不足进行实时的修改，从而能够获得对城市进行更好规划的科学性依据，促使城市的规划具有更高的前瞻性。
3.2 在旅行中的运用
通过三维建模技术，不仅可以将城市的现有景观很好的展现出来，而且对于已经不复存在或者正在规划中的景点进行虚拟场景再现，这项技术有助于更直观地对城市进行宣传，扩大城市的知名度以及影响力，拉动游客和旅游消费投资。
3.3 在城市管理中的运用
利用三维建模技术，可以较好的对城市发生的灾害事件以及城市突发事件进行动态模拟，能够对城市的各类信息进行可视化查询，不仅有助于处理社会突发事件，也能在城市的管理和决策层面为政府和决策者提供决策依据。
3.4 在城市环境动态变化研究中的作用
利用三维建模技术，可以将海量的统计数据转换成直观的图像，便于人们理解，这些图像能够表现出人类活动对于环境造成的压力，对不同人类活动下的环境效应进行预测。
4 三维建模在数字城市中未来的发展方向
人工建筑作为城市三维景观的主流，这也导致了三维建筑信息的获取与建模长期以来都是城市建模的主要内容。随着数字城市的发展，一些建筑物的三维建模新方法也不断被提出来，未来主要的发展方向有以下三个：
（1）数据集多元化、多线索以及多信息为一体
（2）在数据提取过程中，对于知识的运用由低级到高级处理各个层次，将人工智能方法较多的引入到推理过程中去。
（3）建筑物模型的多样化，不仅局限在一些规则的几何体，更多的产生多面体模型以及构造实体几何，提取方法将模型驱动与数据驱动结合。
5 结论
随着我国经济建设的不断发展，城市化进程不断加速，城市的现代化建设引领着城市的信息化建设，在大数据发展日益加速的现今，数字城市是未来每个城市建设的发展方向，这也是社会发展的主流，而三维建模的运用则将数字城市的发展推向了另一个高潮。本文通过对数字城市以及三维建模基本概念的阐述，分析了三维建模在数字城市建设中的一些关键内容，
并对三维建模在数字城市建设中的作用做了分析，对未来的发展趋势进行了展望，希望通过本文的叙述，人们对于数字城市、三维建模有一个更深刻的认识，也希望通过本文对三维建模在数字城市中应用提供借鉴作用。
参考文献：
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