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摘要：三维模型数据是数字城市数据库中最为重要的组成之一，拥有直观性、真实性、客观性等特征。在建设数字城市的实际过程中，需要通过多种技术手法以获取到精准性与高效性更强的三维模型数据。在构建三维数字城市方面，本文将从应用三维技术与虚拟现实交互的一种技术出发，分析实现了三维数字城市系统的实战经验以及相关应用，望有所帮助。
关键词：三维；数字城市；三维激光扫描；实践分析
数字城市的建设是一种对城市过去、现在、未来的描述过程，主要集结了大规模储存、计算机、多媒体等技术，在宽带网络与GPS、GIS、遥感、仿真-虚拟等技术对城市进行三维描述且是多分辨率、多时空、多尺度与多种类的，也是一种数字化虚拟实现。本文将详细探析在数字城市建设过程中，三维模型数据的主要获取方式：三维激光扫描、传统手工三维建模、倾斜摄影测量的半自动建模。
1.传统手工三维建模技术
1.1三维地形模型的制作
三维地形模型是将DOM影像叠加于DEM之上，地形生成的软件会将DOM与DEM进行组合，进而产生三维地形模型。以下是三维地形模型的制作过程：
1.2三维精细模型的制作
三维精细模型是以1：500三维比例尺地形图为基础的，通过高分辨率的DOM影像达到准确获取地物平面的位置的目的，地物主体顶部的高程是通过航测内业获得的。Photoshop软件会对外野采集到的地物纹理的图像进行相应的纹理照片处理，随后3dsMax软件会进一步的参与到手工模型的制作工作，最终完成三维精细模型、三维地形模型的整合。
1.3三维灰体模型的创建
三维灰体模型是通过以下内容自动生成的：地形图建筑物矢量数据、三维模型软件、建筑物高度信息。传统的手工三维建模方法在测量精准度与场景真实度来说是非常出色的，但也存在一定的缺点，例如建模周期太长。
2.三维激光扫描建模技术
传统的手工建模方式周期过长，无法满足数字城市在时间上对于三维数据的要求，并且某些地物地形非常复杂，对于三维可视化的要求较高，传统的建模方式略显疲乏。因此，可以采用三维激光扫描法完成相应的建模工作：城市文化保护、城市复杂的立交桥、钢厂地表管线等等。三维激光扫描与车载激光扫描是三维激光扫描建模的两个方式，两者在运用原理上大致相同，不同点在于它们的载体方式有差异，进而使得各自的工作方式也不一样。
2.1车载激光扫描技术
车载激光扫描技术的作业方式是将激光扫描装置放在移动的平台上的。POS系统或导航传感器、移动平台、测量系统是车载激光扫描测量系统的3个基本组成。移动的平台是指承载移动测量系统装置，例如汽车、船舶等。车载激光扫描仪器的应用特征在于作业距离、采集精度较高、密度较大、速度较快，可以沿着街道快速的形式，是获取街道两侧读地物信息的重要手段，例如地物的纹理与几何信息。目前，车载激光扫描技术得到了广泛的应用。
2.2定点三维激光扫描技术
激光测距原理是定点三维激光扫描的应用基础，是一种复建被测目标模型等的技术手段，即通过对存在于被测物体表面的大量密集点的反射率、纹理、三维坐标等信息，达到复建其三维模型、线、体等图件数据的目的。三维激扫描技术的应用特点在于密集且大量的收集目前的数据点，相较于单点测量来说，三维激光扫描技术突破了局限性，由单点的测量迈向面的测量。因此，对于三维城市的建设来说，应用效果更佳。三维激光扫描法的应用优点是三维模型的精准度较高，但所需要花费的成本也高，扫描过后所需的数据处理量较大。因此，三维激光扫描法的主要被应用于结构复杂的三维建模与对精细化程度要求较高的三维建模。
3.实物模型的优化建模
三维数字城市系统需要展现城市的人文风貌、地形、城市标志性的建筑物，只有加强文件大小的控制工作，才能进一步的发挥实时浏览的效果。3DSMAX完成的子物体的建模存在文件过大的缺点，会导致虚拟城市系统的实时演示出现故障。现代化城市中建筑物风格迥异，形状复杂，在实际的建模过程中可以将其分解为众多的小块。因此，可以从加强模块的简化设计入手。
3.1贴图简化建模
利用少量的点、线、面来建模可以在一定程度上解决文件过大的问题。主要的操作过程是，通过相机对目标区域进行多细节的拍摄，例如窗台、阳台、正面照片等，然后使用Photoshop图像处理软件对其进行处理，最终通过贴图的形式赋予给3D物体。通过这种方式可以省去较多的复杂步骤，只需建造出建筑的大概形状，并且现在市场上的数码相机分辨率非常高，可以清晰的拍摄到建筑物的细节，进而为后续的外表贴图提供了方便。
3.2加入背景减小文件
为了提升场景的真实感，除了添加城市典型的建筑，还可以添加城市的远近照，以此提升城市场景的真实感。为了使得远处的平面图呈现出立体感，充实城市系统，需要将城市远远近照添加在主体建模群，在交互浏览中，设置其浏览范围：限定于三维主体建模群外延。
3.3用平面形式构建树木模型的方法减小文件
三维城市系统中都会有绿化带，对于面积较大的绿化带来说，可以使用草坪的贴图。但还是需要制作真实感较强的树木，主要有以下几个方式：利用DSMAX的插TREESTORM种树、使用Extruded、Photoshop等软件进行外形的勾画等、使用多个平面构建立体树木。下图为三个方式构建出来的效果图：
三维数字城市的应用
4.1在教育方面的应用
为了实现城市小学的室内三维建模，可以使用传统手工三维建模的方法，以Unity3D平台作为基础。根据室内的相关数据进一步的规划好应急的路线，设施的管理等。
4.2在经济发展方向的应用
为了顺应城市科技园区对于经济发展的需求，针对于产业布局、土地规划、项目管理等九个业务系统的建设问题，可以使用全三维模式进行处理。为了进一步的实现地理位置、业务的双直观，可以将三维模型数据作为基础，将城市经济业务的数据叠加在上面。根据相应的需求，利用传统手工建模进一步的实现了室内展厅的建模工作。
4.3在历史文化保护方向的应用
对于城市历史文化保护区域，可以使用传统手工建模、三维激光扫描方式进行目标区域的三维建模，进一步的实现对于旧城的保护工作。建设好的三维模型数据有以下功能：数据的分析、数据的浏览、与其它二维数据进行叠加，对就成保护策略进行综合分析。
结束语：
综上所述，对三维数字城市的建设与应用实践分析进行深入的探讨对于城市的发展有着重要的意义，在一定程度上展现了城市的人风情，推动了城市的快速发展。三维虚拟城市的建设可以使得用户更加直观、更加真实的感受到城市的面貌，体验场景的真实感，在一定程度上消除了图片、文字等方式在沟通上的局限性。用户可以真正的走进建筑，身临其境的感受到空间、质感、声音等。
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