多源数据水利工程三维模型的构建_张瑞军.pdf

四 川 水 利多源数据水利工程三维模型的构建张瑞军，张继宇，王占龙，田 珊（自贡市水利电力建筑勘测设计院，四川 自贡，；北京麦格天渱科技发展有限公司，北京，）【摘 要】三维仿真是对现实世界的一种表达，是地物几何、纹理、属性、拓扑等特征的集成。文章研究了不同数据元构建水利工程三维模型的数据结构和内容，并以 平台，实现三维一体化。【关键词】三维建模 纹理映射 三维一体化 点云 水利工程 中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）随着物联网、云计算、智能感知和 技术的发展，虚拟三维仿真世界越来越多地应用到现实生活中，其中的关键技术三维可视化表达，成为增强模拟世界真实感的主要手段。三维可视化技术广泛应用于三维虚拟城市、三维数字流域、文物保护、仿真游戏、等各个领域，而室内外三维一体化可视化环境，成为“数字地球”“数字城市”“数字管网”等模型的基础数据支撑。本文基于多源数据构建三维模型，集成地物的几何、纹理、拓扑属性等信息，以实现水利工程的一体化建设。三维建模的实现 三三维维模模型型的的构构成成三维模型主要由几何信息和纹理映射及其他辅助属性信息构成。几何是众多点云的统称，通过点云形成三维几何模型。点云数据包括基础地理三维空间数据、特征数据激光反射强度（激光原理获取）和颜色信息（摄影测量原理获取），最终形成赋有属性的点集，进而构建出几何模型。这些几何模型通常由三角形、四边形或者其他的简单凸多边形组成，这样可以简化渲染过程。几何模型构建后，为了使模型看起来更逼真，可以对模型进行渲染，一种是色彩渲染，一种是纹理映射，也叫纹理贴图。纹理映射是预先定义的纹理或图像根据某种映射算法将其覆盖在三维空间物体表面，建立纹理与空间物体的一一对应关系。当把纹理按照特定的方式映射到物体表面上时，能使物体看上去更真实，最终形成实景三维模型。三三维维建建模模的的方方式式随着数据采集方式技术的提高和三维可视化技术的发展，三维建模从模拟模型到实景模型，建立以地理信息框架为基础的管理信息系统，呈现建构筑物室内外特征要素，融合多源数据表征地物属性。不同数据采集方式三维建模及其优缺点如表 所示。多源数据融合三维建模流程如图 所示。表 不同数据采集方式三维建模对比建模方式数据采集方式优 点缺 点传统建模利用传统测量手段获取基础数据，相片贴图建模色彩绚丽周期长，费时费力、成本高，匹配差、遥感影像建模利用影像匹配生成，半自动添加纹理范围广、成本低精度低、遮挡受限倾斜摄影建模无人机搭载传感器获取纹理数据和定位信息精度高、自动化、逼真三维遮挡受限、局部失真三维点云建模利用激光点云获取信息，倾斜摄影图片贴图精度高、室内外一体化、实景三维张瑞军，张继宇，王占龙，田 珊：多源数据水利工程三维模型的构建 图 多源数据融合三维建模流程 数数据据处处理理将不同来源数据甄选分析，根据模型内容、精度指标剔除无用、重复、噪声大的数据，以参考地物为基准，校准多源数据，统一系统。纹纹理理贴贴图图纹理贴图是通过采集建构筑物实景照片，筛选感光效果良好、像素清晰的图片，利用三维点云或影像同名点的关系拼接、贴图。对于其他地物采用倾斜摄影方式获取区域贴图。通过贴图，增强地物现实效果，视觉化，更真实地表达现实世界。三维建模 数数据据采采集集本案例以三维激光点云制作高精度三维模型，使用无靶式架站扫描仪和移动式手持扫描仪配合，提高作业效率和精度指标。项目中建构筑物部分采用天宝 架站式扫描仪，无靶扫描，随意架站，结合 强大的点云拼接能力，实现建筑物点云的自动拼接。建筑物内部分采用 手持扫描仪全方位采集数据。点点云云处处理理通过三维激光扫描技术直接获取高密度的地形地貌空间数据，这些空间数据点集中到一起构成点云集，点云数据，对这些数据进行处理即可获得高精度的几何模型。点云数据处理是逆向工程中重要的组成部分，处理过程主要有点云滤波、点云配准、三维建模，处理流程如图 所示。图 点云数据处理流程 运用 （以下简称）自带的点云拼接功能，可以实现自由设站、无靶扫描采集的点云拼接，先进行粗拼，再进行精确拼接。软件可以自动依据建筑物的拓扑关系，将室内外 四 川 水 利点云拼接到一起。使用 的点云自动提取和自动分类功能，可以快速去除点云噪声，获取精准点云成果，便于后期展示和三维建模。基基于于 的的模模型型构构建建 之所以能够用于城市建设，实现大批量快速建模，主要在于它能通过编写规则来建模。在 平台下，支持基于 规则进行大批量快速建模。规则 平台支持的一种特殊程序语言，通过定义一系列几何、纹理、属性等语法来完成三维模型的构建，并允许用户通过界面进行参数化控制操作实现模型的维护与更新。规则在建模过程中，速度快、规则重复使用率高。经过数据处理后的点云数据，导入 平台，不同的矢量数据赋予不同的规则文件，生成相应的几何模型。将纹理数据通过一定的算法解决点云和纹理图片的配准问题，完成纹理映射。图 水利工程三维展示 结论不同数据源的水利工程三维模型的构建，对城市水利资源管理不同部门、不同时间、不同格式的源数据融合、共享提供可行性思路，对城市发展的三维模拟演化提供方法。本文通过对多源数据信息进行提取，获取水利工程几何模型数据，纹理和属性数据，构建三维实景模型，为后期的规划应用、实景导航、旅游规划提供真实效果。参 考 文 献张鹏飞基于 的室内外一体化真三维虚拟校园环境构建武汉：华中师范大学，卢章平，丁立军，戴立玲基于分类的纹理映射方法综述江苏大学学报，：孙瑞琪，连 懿，王子悦，等大型建筑物室内外三维模型构建无线互联科技，：王鹏翔基于施工 竣工数据的小区三维场景建模方法研究南京：南京师范大学，作者简介：张瑞军（），男，汉，山西太原人，工程师，硕士，主要从事专业方向：遥感及地理信息工程；：张继宇（），男，汉，四川德阳人，高级工程师，大学本科，主要从事专业方向：工程测绘；：王占龙（），男，汉，吉林人，工程师，大学本科，主要从 事 专 业 方 向：三 维 扫 描 及 机 载；：田 珊（），女，汉，四川内江人，高级工程师，大学本科，主要从事专业方向：水利工程。：