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基于ArcGIS Pro的三维街区地图生产研究与实践.pdf
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1、第4 6卷第6期2 0 2 3年1 1月现 代 测 绘M o d e r nS u r v e y i n ga n dM a p p i n gV o l.4 6,N o v.,2 0 2 3 第一作者简介:王祥,工程师,注册测绘师,研究方向为地理信息数据处理与表达。基于A r c G I SP r o的三维街区地图生产研究与实践王 祥(南通市测绘院有限公司,江苏 南通2 2 6 0 0 6)摘 要 随着三维地图在交通、旅游等领域的广泛运用,伴随着技术迭代,传统的三维模型构建和地图生产模式也正在发生改变,充分发挥三维与制图相关领域技术方法和数据资源的优势并有机结合,能在现阶段有效提高生产效率
2、、成果质量和表达效果。研究基于A r c G I SP r o结合三维建模和平面设计软件开展三维街区地图生产的技术方法,并通过南通市轨道交通站点街区图的生产实践,分析总结该项工作中的三维模型生产、多源三维模型格式转换、三维可视化效果以及地图艺术设计的相关技术要点和问题解决思路,为三维街区地图的设计生产和基于G I S技术的三维模型集成展示与利用提供一定的参考。关键词 A r c G I SP r o;三维模型;街区地图;地图设计中图分类号:P 2 0 8;T U 1 9 8 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 2-4 0 9 7(2 0 2 3)0 6-0 0 0 6-0 40 引 言随着南
3、通轨道交通1号线的开通运营,南通市正式迈入了“地铁时代”。为了更好地服务指引市民乘车,让外来游客了解这座城市,在站点口布设与展示轨道交通街区图是十分必要的。由于是服务来往站点的乘客,地图的直观性、一览性尤其重要。所以,应充分发挥纸质地图在这方面的优点1;同时,通过俯瞰视角对地图要素进行三维立体展现,直观描述街区道路、建筑等的分布情况。相较于二维地图,三维地图减少了对现实世界的抽象,提升了信息负载,更加契合人类对现实世界的认知2,更有利于辅助民众出行,发挥其最主要的交通指导作用3。此外,通过对建筑、地形等模型的修饰和艺术化加工,设计制定符合地图使用场景的色彩、符号化系统,充分体现出地图的艺术特性
4、4,能够让整个街区地图更加协调、美观,融入轨道交通站点环境,成为宣传城市的一张精彩名片。1 工作流程与技术要点1.1 工作流程通过对轨道交通站点街区进行无人机航拍摄影,获取影像和实景三维模型数据,经过建筑模型单体化,结合影像、地形图、规划信息等完成地形建模,并对模型成果进行贴图修饰和格式转换,导入A r c G I SP r o软件中进行数据整合和场景设定,渲染导出相应的图像成果至设计软件中进行艺术加工、要素符号化、文字标注和整饰,最终输出三维街区地图成果(图1)。图1 技术路线图1.2 技术要点编制三维街区地图,需要获取相应街区整洁、协调的建筑和地形模型,还需将各类模型整合在同一的坐标框架内
5、,以便于视角的确定、环境光与阴影的布设。在正式出图前,还需要通过艺术设计将三维场景、地名点要素和轨道交通专题信息,科学、美观地组合在一起,便于实地布设与展示。所以,较为高效、便捷地生产出符合地图展示要求的建筑与地形模型,在模型生产和数据整合过程中的多源三维模型格式转换,以及三维场景可视化和地图艺术设计都是编制三维街区地图的重要技术节点。2 三维模型生产在南通市轨道交通站点街区图的实际生产中,采用无 人 机 对 需要 编 制 三 维 街 区 图 的 站 点 周 边10 0 0m半径范围进行了航摄。获取了建筑和地表的实景三维模型和影像数据,这些数据是制作建筑模型和地形模型的基础。2.1 建筑模型由
6、于无人机航摄获取的实景三维模型是一张表面覆盖高分辨率影像的连续三角网(m e s h)5,真实复原了建筑外立面现状,只能进行浏览查看,不能对其中的各建筑单独选择使用。需要对建筑三维模型进行单体化处理并对建筑外立面进行贴图纹理修饰,才能符合三维街区地图兼顾导览和传播城 市 美 学 的 需 求。基 于 国 产 建 模 软 件D P-M o d e l e r能够较为快速、便捷地生产出制作三维街区图所需要的单体化建筑模型。主要工作步骤包括白模构建、纹理映射、模型修整和风格化贴图6。2.1.1 白模构建建筑三维轮廓依据获取的实景三维模成果,在D P-M o d e l e r软件中对建筑的立面、顶部等
7、进行数据采集、测量从而建立基础轮廓,并通过对基础轮廓的编辑、调整获得符合使用需求的建筑白模。对于复杂建筑则可借助3 d sM a x等专业建模软件进行辅助建模。2.1.2 纹理映射D P-M o d e l e r软件支持通过摄影测量算法,从倾斜影像中获取模型贴图并自动化完成纹理映射,相较于手工贴图,极大地提高了建模效率。本文所阐述的模型成果是为编制三维街区地图服务的,通过软件自动映射造成的局部纹理瑕疵,在不影响后续风格化贴图工作的前提下可不予处理。2.1.3 模型修整依据倾斜摄影自动化建模生成的较为复杂的模型或现场条件较差的模型,大多会出现一定的纹理紊乱、模型缺损、构件粘连等情形。可以在D
8、P-M o d e l e r中对模型的m e s h三角网进行编辑处理,解决上述问题。局部的细微调整也可以在3 d sM a x中与风格化贴图一并开展。2.1.4 风格化贴图将处理好的单体化模型导入至3 d sM a x软件中,展开模型贴图UV,查看相应建筑部位的贴图区域。利用艺术设计软件对相应区域的贴图进行风格化处理,包括抹去自动映射纹理的杂污区域、删除不需要表示和不适宜表示的纹理部分、均化同一材质在不同光线条件下的色彩以及统一整个地图范围内的各建筑纹理贴图的亮度、饱和度等(图2)。图2 建筑模型贴图处理前后对比2.2 地形模型地形模型主要是对地表的道路、水系、绿地、地面铺装等要素进行建模
9、。为了更好地起到街区图交通引导的作用,需要对道路的车道、车行方向以及人行道等进行细致的贴图制作。在编制南通市轨道交通站点街区图时,相应地铁站点还在进行施工,现场状况不支持直接使用倾斜摄影自动化建模,所以综合采用影像数据结合地形图和地铁建成后路面恢复规划信息进行地形模型的手工构建。3 多源模型格式转换与入库三维街区地图编制过程中会运用到通过现场航摄获得的实景三维模型、地铁建设单位提供的出入口和附属设施等B I M模型以及通过各种方法制作的建筑单体化模型、地形模型等多源三维模型数据。所有模型无论是作为作业依据还是成果运用,都需要通过格式转换来满足使用的需求。在G I S软件中使用,还需要转换为多面
10、体(M u l t i p a t c h)要素并入库管理。3.1 实景三维模型无人机航摄获取的实景三维模型一般为O S G B格式,可作为三维街区地图框架设计比选的数据基础。要在A r c G I SP r o中展示、使用此类数据,需通过“创建集成网格场景图层包”工具将模型转换为S L P K格式。7第6期王 祥:基于A r c G I SP r o的三维街区地图生产研究与实践3.2 B I M模型作为起到交通导引作用的三维街区地图,必须要在地图中突出表示相应街区的各地铁出入口和附属设施。南通市轨道交通在设计、建设阶段运用B I M技术完成这些要素的模型构建,数据格式为R VT或S K P。
11、在使用这些模型前,需要将格式转换为F B X或O B J,然后导入至3 d sM a x中进行模型简化。R VT和S K P格式模型,可依据体量大小选择3 d sM a x、R e v i t或S k e t c h U p软件进行数据的转换处理操作。3.3 模型入库所有构建或处理完备的模型统一输出为O B J格式,然后利用A r c G I S数据互操作扩展模块(D a t aI n t e r o p e r a b i l i t y)输出至数据库(G D B)中。在数据库中各模型均为多面体(M u l t i p a t c h)要素,具有良好的互通性和可编辑性7。将各模型多面体数据加
12、载到A r c G I SP r o中,并通过复制、移动、定位补足图面中相应重复形态的模型。需要注意的是,在利用3 d sM a x软件处理模型数据时,若模型所在位置坐标值过大(即偏离零点位置过远),会产生模型畸变、程序报错等问题。必须对模型数据进行统一的坐标值缩减,然后再导入3 d sM a x中进行处理。4 地图制图完成所有三维模型的生产和处理后,需要将模型在A r c G I SP r o中进行整合,并进行场景设定,分要素渲染导出为编制街区地图的基础底图。基于渲染输出的图像成果进行地图艺术设计、图面整饰并输出三维街区地图成果。南通市轨道交通各站点的三维街区图在设计阶段均使用实景三维成果比
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