三维城市模型（精选十篇）
三维城市模型 篇1
1 Open GL概述
Open GL是SGI公司于1992年发布的三维图形编程接口, 是目前2D和3D图形应用程序开发中应用最广泛的三维图形标准, 已经成为唯一真正开放的、独立于经销商的多平台图形标准。它集成了大量的图形变换、光照、渲染、材质、纹理映射、特殊效果和其他强大的可视化函数, 能快速的建立逼真的三维模型。
1.1Open GL的主要技术特点
工业标准:由国际协会Open GL Architecture Review Board指导规范。
稳定性:具备多种平台上的实现程序, 确保已有的应用程序实时更新。
可靠性和可移植性:任何Open GL应用程序在兼容硬件上都显示出一致的视觉效果。
可扩展性:使程序开发者和硬件经销商在产品新版本中快速将其新特征集成进去。
易用性:具有很强的逻辑性, 代码量很小, 方便易用, 且不必考虑硬件特点。
1.2Open GL的图形操作步骤
Open GL对图形进行操作并将图形绘制到屏幕上的基本步骤如下:
1.根据基本图元构造物体模型, 对物体模型进行数学描述。
2.将物体模型放置到三维空间中, 选择适合的视点以便观察感兴趣的场景。
3.计算物体的颜色, 结合光照和纹理, 确定所观察的场景中物体的最终效果。
4.光栅化:将场景中物体模型的数学描述和颜色信息转换为计算机屏幕上的像素。
注:Open GL在绘制曲面前, 必须进行初始化 (将像素格式加入到图形设备接口) 。
1.3像素格式
像素格式是描述Open GL绘制曲面的一些属性。包括像素缓冲区、像素数据色彩模式、缓冲区的字节数、各种可见性屏蔽等。通过填充PIXELFORMATDESCRIPTOR结构来描述。由Set Pixel Format () 为当前像素格式赋值。1.4绘图描述表
绘图描述表是传递所有Open GL命令必须通过的端口, 调用Open GL函数的每一线程都需要一个当前设备描述表, 一个线程只能由一个激活的绘图描述表, 一个绘图描述表具有和它相关的设备描述表, 两者具有相同的像素格式。管理绘图描述表的相关函数有:创建绘图描述:wgl Creat Context () ;设置当前绘图描述表Wgl Make Current () ;为当前绘图描述提供句柄:Wgl Get Current Context () ;提供相关设备描述表句柄:Wgl Get Current DC () ;删除绘图描述表:Wgl Delete Contex () 。
1.5Open GL在VC中的使用方法
1.设置Open GL编程环境的方法:添加头文件到STDAFX.H中, 进而连接库函数。
2. 基于Open GL的VC编程框架:
(1) 构造Open GL的窗口风格; (2) 设置支持Open GL的像素格式; (3) 创建绘图描述表, 设置为当前绘图描述表; (4) 对Open GL的绘图环境进行初始化; (5) 添加Windows消息响应函数; (6) 结束时删除绘图描述表。
2地形三维可视化和纹理映射研究
2.1 地形三维可视化
2.1.1 地形三维可视化的原理和技术
地形三维可视化是通过三维的表现形式来表达地形。常用的地形三维表达包括立体等高线图、现况透视图、立体透视图等。常用的地形三维可视化技术有下三:一是利用常用的参数曲面通过插值和拟合生成三维地形;二是利用分形技术生成三维地形;三是利用数字高程模型或数字地形模型的三维坐标数据, 生成不规则格网 (TIN) 或者规则格网 (GRID) , 建立三维地形的基本骨架。
2.1.2 数字高程模型
数字高程模型 (DEM) 是地形信息的一种数字表达, 是GIS的基础数据, 可用于土地利用现状分析、水利工程设计、城市规划等。有两种存储方式:一是规则格网点的存储形式, 二是不规则三角网的存储形式。规则格网DEM是一种栅格数据结构, 数据结构简单, 数据存储量小, 利于各种分析和计算。不规则三角网是一种简单的拓扑矢量数据结构, 具有更高的分辨率, 其数据存储和操作都较复杂。
2.1.3 三维建模
Open GL提供了点、线、多边形三种基本的几何图元, 可以构造更复杂的形体对象。在地形三维可视化中首先需要进行三维模型的建立。可以利用多个三角形或四边形拼接而成的曲面来近似模拟地形表面。使用Bezier曲面或NURBS曲面来创建所需要的模拟地形表面的曲面。
2.1.4 三维图形变换
三维几何对象是处于三维坐标中的几何图形, 计算机屏幕的像素是二维的, 在屏幕上显示三维模型就必须将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的像素位置。进行一系列的变换, 统称三维图形变换, 有投影变换、视口变换和几何变换三种。
2.1.5 三维漫游
虚拟漫游是虚拟现实技术的重要分支, 其方式可以分为电子沙盘和目标沿路径飞行两种。电子沙盘是目标绕着某一固定点转动, 通过实时改变基本的模型变换矩阵中的参数来改变目标的实时显示效果。目标沿路径飞行则是按照一定的飞行路线观察地形景观。记录路线采样点平面坐标, 根据采样点在DEM中内插确定观察路线上采样点的高程坐标。
2.2 纹理映射的原理和方法
纹理映射是将纹理图像投射到物体表面从而获得真实感效果的物体模型。Open GL可采用一维、二维或三维的纹理进行映射, 纹理图是由R、G、B、A数值组成的矩形数组。它不仅能反映地表起伏状况, 还能更真实的反映地表的真实面貌。
2.2.1 地形三维可视化中常用的纹理
从专业摄影图片中获取;实地摄影获取纹理图像;航摄图片、航空遥感图像;
扫描地形图或专题图得到的数字图像;通过分形产生纹理等。
2.2.2 纹理映射的步骤
(1) 定义纹理; (2) 控制纹理; (3) 映射方式 (三种) ; (4) 纹理坐标: (将纹理坐标与构成三维模型的点坐标联系起来, 能有效改善变形情况) ; (5) 激活和取消纹理映射。
3视频读取方法和视频纹理映射的研究
3.1 视频和视频帧
连续的图像变化每秒超过24帧画面以上时, 根据视觉暂留原理, 人眼无法辨别单幅的静态画面, 看上去是平滑连续的视觉效果, 这样连续的画面叫做视频。视频帧是视频中最小单位的单幅影像画面, 是一幅静止的画面, 连续的视频帧就构成了动态的视频。视频帧频是指视频剪辑每秒显示的帧数。
3.2 Open CV读取视频的原理和方法
3.2.1 简介Open CV及Open CV在VC中的使用方法
Open CV是由Intel公司基于C/C++语言开发的跨平台开源图像处理函数库。具有良好的可移植性, 可用于实时图像处理。功能完善, 包括图像数据操作、摄像头定标、运动分析、目标识别等, 且支持多种动态数据结构。Open CV包括cv (核心函数库) 、cvaux (辅助函数库) 、和ml (机器学习函数库) 等模块。在VC中Open CV需要首先设置预编译的头文件, 随后设置链接库。
3.2.2 Open CV读取视频及抓取视频帧的方法
Open CV支持视频的输入输出等操作, 读取视频涉及的Open CV函数如下:Cv Capture*capture=cv Capture From AVI (文件名) ;利用cv Capture From AVI函数获取指向视频文件的指针。而后还需要释放视频流捕捉器, 采用cv Release Capture (&capture) 函数实现。利用Open CV的函数cv Grab Frame (capture) 和cv Retrieve Frame (capture) 可以从视频流中抓取某一帧的影像。
3.3 视频纹理映射研究
3.3.1 视频纹理映射的概念
在地形三维可视化中, 通过纹理映射可以将真实世界的影像反映到模型上从而达到更真实的效果。视频纹理映射即用视频替代单幅影像作为映射单元映射到三维模型上。由此获得的三维景观能够实时动态的反映地形真实面貌和变化情况。
3.3.2 探讨实现视频纹理映射的方法
利用Open GL的命令函数可以实现二维图像的纹理映射, 而视频是由一帧一帧的单幅影像组成的, 因此视频纹理映射是可行的。基本思路是:利用Open CV函数读取视频, 抓取视频帧影像并存储下来, 然后将一帧影像映射到三维模型上。再读取第二帧影像替代第一帧进行映射, 这样不断的将所有视频帧影像映射到三维模型上。连续映射到模型上的视频帧就会形成动态效果, 从而实现视频纹理映射。
4结论与展望
4.1 结论
传统的多窗口的影像进行监控, 视觉上的不直观, 定位和观察上更不便。本课题提出了一种有效的改善这种不足的方法———城市三维模型视频映射技术。基于VC语言和Open GL函数库, 对地形进行三维重建并将视频影像作为纹理映射到模型上。这样生成的视频具有很强的立体感, 能够更加真实的反映现实世界, 此外对于不同区域的摄像机所获得的视频, 可以整合到同一个三维模型上, 从而达到整体监控和快速定位的效果。
4.2 展望
回顾论文的研究过程, 对基于Open GL实现地形三维可视化和视频纹理映射有了一定的研究, 并且实现了三维漫游和视频纹理映射系统的各种功能, 但是, 由于时间、实验条件和个人水平限制, 本文在以下几个方面还需要作进一步的研究:
数据点多时, 在GRID构建三维模型的基础上进一步研究构建TIN模型的算法。
三维城市模型 篇2
大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的.三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.
作 者：朱国敏 马照亭 孙隆祥 李成名 ZHU Guo-min MA Zhao-ting SUN Long-xiang LI Cheng-ming 作者单位：朱国敏,ZHU Guo-min(义乌市勘测设计研究院,浙江,义乌,32)
马照亭,孙隆祥,李成名,MA Zhao-ting,SUN Long-xiang,LI Cheng-ming(中国测绘科学研究院,北京,100039)
城镇地籍管理中三维城市模型的应用 篇3
【关键词】地籍管理；三维城市模型；三维宗地图；宗地信息
随着科学技术的快速发展，目前在城市发展中，利用三维城市模型来表达城市内所有固定对象已十分普遍，特别是三维地理信息系统软件的应用，更使现实世界对象及城市景观利用三维模拟和仿真成为可能，通过自动或是手动的方式构建三维模型来将城市的景观展现出来。而且三维城市模型在表达上具有较强的直观性，交互操作上灵活性较强，具有强大的数据管理能力，因此在当前城市管理工作中应用越来越广泛，在各领域发挥着非常重要的作用。
一、三维城市模型在城镇地籍管理中的意义
地籍管理作为国家行政管理措施及土地管理的重要组成部分，能够对土地管理工作进行强化。目前主流地籍管理信息系统是基于GIS及办公自动化的图、文一体的办公信息系统，属于二维地理信息系统，能够对城镇宗地空间位置进行测定，查询土地权属信息及宗地图输出。但基于二维地理信息系统下所输出的宗地图，由于线条简单及界址点表观不直观等，从而极易引发宗地图在面积及界址上产生纠纷。宗地图主要是对现实世界中某块宗地的基本情况进行反映，二维宗地图主要是由二维线划及平面符号来表达，由于线条十分简单，无法准确反映出自然界的本原情况，而且在表达上缺乏直观性，容易引发土地纠纷。三维城市模型是利用三维形式来对城市真实空间的情况进行描绘，能够将城市地形、道路、建筑、围墙及周边环境直观的表达出来，实现对可视化多维数据的有效管理。因此将三维城市模型引入到城鎮地籍管理工作中来，将界址点的位置有效的标注在三维城市模型的相应位置，实现对宗地的形象化管理，可以有效的避免因界址不明而引发的土地纠纷发生。
二、三维城市模型在城镇地籍管理中的应用
（一）现场勘测
目前在城镇土地管理工作中，对于城镇建设项目用地在现场勘测过程中主要由前期的勘测定界及后期的现场测绘两个阶段组成。首先，在前期勘测定界工作中，对采用征用、划拨及使用等方式提供用地的各类建设项目，需要实地对土地使用范围、测定界桩位置、标定用地界线、调绘土地利用现状、计算用地面积进行勘测定界，从而为土地管理部门进行建设项目用地审查提供重要的依据。其次，后期的现场测绘工作。这部分工作通常是在用户取得土地使用权后领取土地证时进行，是对前期勘测定界图的复核和验证，并依据权威信息来进行宗地图的编制。基于前期勘测定界及后期的现场测绘工作来制作城市三维宗地图，在具体制作过程中不仅需要该宗地及其周边的底座信息，同时还需要将本宗地及周边建筑物、围墙等高度数据、本宗地及周边环境的纹理数据、本宗地及周边地块的权属信息等测调内容补充进去。
（二）三维城市模型的制作
在制作三维城市模型过程中，由于空间数据获取方式及表达形式都存在着差异性，这也使其制作模型具有多样性。对于国土部门来讲，其在宗地图中利用三维城市模型能够更好的对宗地及周边的情况进行再现，确保达到亲临现场的效果。这就决定了在对宗地内及周边三维城市模型制作过程中不能利用示意性纹理和火柴盒状简易模型的自动化生成方式，需要利用三维建模型工具来详细进行构建。在制作三维城市模型时，需要以现场实测的地籍图作为底图，建筑物及围墙等的高度需要利用全站仪来进行测定，宗地及周边的外观纹理数据可以利用数码相机进行拍摄。在制作时应遵循以下原则：1）真实坐标原则，道路、河流、绿地、建筑物、围墙、界址点、界址线等对象严格按二维地形图的底座坐标来构建三维模型。2）合理取舍原则，受制于计算机处理能力和模型制作成本的制约，如果想将宗地周边所有地物的全部细节信息进行重建具有不现实性，因此利用三维城市模型可以在表达对象特征时将一些不必要的细节信息进行简化，将最能代表地物显著特征的部分进行保留。3）模型、纹理简化原则，为了能够有效的提高三维城市模型在可视化软件中的运行效率，则可以在确保模型几何形状及纹理外观的基础上，充分的减少模型使用的三角面片数量和纹理尺寸，对于几何模型中无法表现出来的详细信息，可以尽量使用纹理来进行弥补，从而起到更好对几何图形细节和材质属性丰富的目的。
（三）三维城市模型的可视化与管理
利用三维地理信息系统软件能够将各种通用格式的三维城市模型数据导入其中，从而实现模型数据的三维交互浏览。而且三维城市模型与实地的空间坐标完全一致，这样在三维场景中工作人员就能够直接对界址点位的三维坐标进行读取，并对界址线圈定的宗地面积进行量取，三维城市模型的可视化功能，为地籍管理提供了更多的便利。
（四）制图输出
三维城市模型软件具备高分辨率的制图输出功能，可以将一处宗地的三维城市模型导入到三维城市模型软件中，并对观察角度进行合理的调整，而且所输出的宗地图精度能够达到屏幕分辨率的十多倍以上，能够有效的满足大幅面图纸打印关于像素的需求。
三、结束语
利用三维城市模型来进行城镇地籍管理工作，能够构建宗地三维城市模型及界址点模型，同时将这些模型导入到三维城市模型软件中，从而在软件上即可实现对宗地浏览、查询和量测。在对三维宗地图进行制作时，需要对其角度进行有效调整，从而输出满意的宗地图。通过推广和使用三维宗地图，能够使民众更好的理解地政管理工作，同时减少宗地纠纷问题的发生，有利于更好的实现对国土资源的有效管理。
参考文献
[1]文小岳，李志文，李光强，王振兴.二维地籍模型到三维地籍模型的转换方法[J].测绘通报，2010-04-25.
[2]张照杰.城市三维地籍管理的研究[J].北京测绘，2014-12-25.
城市三维空间模型快速构建方法研究 篇4
部队处理突发事件的现场大多在城市,地理环境十分复杂,任务却具有高精确性、高技巧性和不可重复性的特点,常规训练手段已经不能适应。因此,针对城市三维空间数据模型的快速建立,对于提高部队作战水平,就显得尤为重要。目前,对于小范围内、大比例尺条件下的城市环境三维空间数据模型研究还比较少,但是不少学者提出了许多方案,应用于不同的领域。具有代表性的三维空间数据模型包括:Bak和Mills提出一个典型的地学资源管理系统(GRMS)[1],Rongxing Li提出一个基于多种表示的三维GIS系统[2]。Molenaar提出一个形式化三维数据结构(Formal Data Structure,FDS),定义了一个三维矢量数据模型和三维拓扑关系[3]。龚健雅提出一个以矿山应用为背景的矢量与栅格集成面向对象的三维数据模型[4]。Victor和Pilout.M.et al提出一个基于点四面体格网(Tetrahedral Network,TEN)的三维矢量数据模型[5]。李清泉、李德仁等针对城市三维领域的应用,提出用于城市三维空间数据模型的集成方法,即基于不规则三角网(TIN)和简单几何形体(CSG)的集成模型[6]。
在现有的三维空间数据模型中,有便于描述规则目标的模型如CSG和BR,也有便于描述不规则目标的模型如TIN和TEN。采用单一的数据模型很难对各种类型的空间实体进行描述。解决这一问题的办法主要有2种:一种是将不同的数据模型集成在一个系统中。对于不同的空间实体,选择不同的空间模型,采用不同分析和处理方法。另一种是,研究发展具有适应性更好的混合数据模型。然而,对于混合数据模型而言,本身就存在着很多复杂性。对此,学术界普遍偏向于第一种解决方案[7]。
本文就是在TIN+CSG三维空间数据模型集成的基础之上,进行适当的优化,提出一种TIN+CSG的快速建模方法,即在TIN模型的构建过程中,采用一次性生成约束TIN,CSG模型快速提取和CSG体素生长法相结合的方法,实现城市三维空间数据模型的快速建立。
2 城市三维空间数据模型快速建立方法的研究
2.1 一次性生成约束TIN
不规则三角网(TIN)是表示数字高程模型的一种方法,对它的研究已经相当深入[8,9],其最大的优势在于可变分辨率。表面相对单一时,在同样大小的区域内TIN则只需少量的数据点;与此同时TIN还能充分利用地貌的特征点、线,较好地表示复杂地形。多年来,TIN模型一直是人们研究和关注的热点。在TIN的基础上,加入约束条件后,形成约束Delaunay三角网(CD-TIN)。CD-TIN能够充分地考虑到离散数据的实际要求,生成的CD-TIN也能够符合空间分析的需要,因此将CD-TIN作为城市三维空间模型中地形模型的主要表示方法。
CD-TIN的常规构建方法是“两步法”,即先对约束数据集建立非约束的TIN模型,再在其中加入约束线段,并进行优化调整形成CD-TIN[10]。“两步法”具有固有时间效率低等缺点,通过阅读文献资料,研究常规三角网和约束三角网之间的区别与联系,无约束数据域和约束数据域之间构网算法的差别,提出在算法上具有运算效率高,实际效果符合城市地形模型基本要求的一次性生成CD-TIN算法。
一次性生成CD-TIN算法的基本原理是:以约束点构成的约束边为起始,分别寻找符合要求的左右数据点,生长为基于约束边的左右三角形,在以新生成的三角形边为起始边,生成左右三角形,直到构建完整的CD-TIN。最后,以非约束线段为依据,进行优化判断,对需要优化的三角形使用常规方法进行优化。一次性构建CD-TIN算法,先根据约束数据构建初始TIN,在此基础上生成CD-TIN,节省了重新构网的时间,实际构建时间比较理想。
2.2 建筑物结构的提取
由于城市建筑物多为规则建筑物,且动态变化较大,因此在建筑物模型的建立上采用CSG模型。如何在CSG模型的建立过程中对建筑物的进行准确提取和组装,多年来一直是该领域研究的难点之一[11]。本文在利用地面影像的基础上,采用单幅影像提取建筑物基本结构,采用数码相机通过地面摄影,在采集纹理的同时,对建筑物结构进行了提取。
要获得三维世界的建筑物框架,需要先建立观察用的坐标系,该坐标系定义与照相机相对应的观察平面或投影平面的方向,然后将对象转换到观察坐标系下并投影到观察平面上。如图1所示照相机的观察平面坐标系和真实三维空间位置坐标以及裁减窗口坐标系之间的关系。其中P(X,Y,Z)是空间任意一点的坐标,是相对于O-XYZ坐标系而言的,通过照相机的取景等操作,在照相机的现实平面坐标系中存在一个投影位置p(x,y),这就是空间点P在照片中的投影坐标。这里就是通过对照片中关键点坐标的提取,进而得到关键点的空间坐标,实现对建筑物的提取。
观察平面上的点p(x,y)与空间中对应点P(X,Y,Z)的有如下几何关系:
式(1)中λ为比例因子;R=(ai,bi,ci)T,i=1,2,3为旋转矩阵,表示照相机坐标系(Oc-XcYcZc)在空间坐标系的方位;T=(a,b,c)T为平移变量,表示照相机坐标系在空间坐标系中的位置。
建筑物的边界是由一系列平行线组成的,通过对相机照片中建筑物边界进行计算机处理和平行线提取,可以计算灭点坐标,继而得到建筑物角点的空间坐标。在透视投影中,空间中一组投影平行线汇聚的点成为灭点[12]。利用房屋平行边界的投影相交可以计算灭点。假设图像上灭点m(xm,ym),设其中任一条与其他线段平行的影像线段两个端点分别为i(xi,yi),j(xj,yj),点i,j一定与对应的灭点m共线。
(yj-yi)(xm-xi)-(xj-xi)(ym-yi)=0 (2)
进而再用最小二乘法求灭点[13]。
普通数码相机的各项参数需要经过计算得到。较为简单的方法是用照相机在平面格网的四边上,取水平、竖直左和竖直右3种方式,固定焦距、光圈,各拍摄3张照片,获取不同方位、角度下的方格网影像计12张,用最小二乘法平差求出数码像机的各参数。
通过对灭点方程(2)的建立,可以得到所求建筑物的外边界轮廓长度L,接下来需要计算建筑物角点的坐标。以规则的长方体为例,为了减少未知量,将坐标系原点设在建筑物其中的一个角点上。
从任何角度进行观察建筑物三维模型,最多只能看到7个点。如图2所示,设建筑物模型中可见的7个点为:Xi,Yi(i=1,2,…,7),并设点2为坐标原点(X2=Y2=Z2=0),23为X轴方向,其长度为L,即X3=L,Y3=Z3=0。一般情况下,若已知其中的一个空间坐标,就可以求出其他几个点的坐标。这样就可以建立从单幅影像上的二维坐标到屏幕的三维空间坐标的转换,实现对建筑物结构的提取。近景摄影测量获取建筑物模型的流程如图3所示。
2.3 利用体素生长法构建建筑物
CSG模型存在一些缺陷,其中一点就是建筑物的CSG表示不惟一[14]。如图4所示,图4(a)是一个结构简单的建筑物模型,按照分解体素最少的原则划分会有2种分法:图4(b)和图4(c)。而按照分解体素最小的原则划分,会得到图4(d)这样的结果。
分解结果图4(b)和图4(c)在分解过程中,尽管遵循了体素较少的原则,从某种程度上提高了模型的分解和组装速度,但是分解结果图4(d)具有体素顶点焊接关系好,顶点都出现在每条边的端点,而没有在边的中部或面的中部,这种分解有助于提高建筑物的建模的精细程度。同时,采用这种分解方法,对下一步采用体素生长法拼接体素带来了便利。因此这里规定采用图4(d)这种分解方法。然而对于图4(d)结果而言,为了克服由于分解体素带来的相对较多的处理时间,采用改进的体素增长法,来缩短建筑物的建模时间。
根据体素生长法的定义,即从一个体素中提取与之临接的体素的几何信息,并直接在这个体素基础上构建另一个体素。图5所示就是一个体素生长的例子,以现有的一个体素为基础,通过公共面,将待拼接体素通过公共面表示出来。但是对于相对复杂的建筑物结构,按照常规的体素生长法,很难一次性完成体素的拼接。以图4(d)的分解方法为例,提出体素生长法建模的一般步骤。
(1) 按照体素最多原则分析模型,建立生长关系图,如图6所示。
(2) 将每个生长关系图转化为树,如图7所示。
(3) 对每一个树选取根节点作为基础体素,确定生长面,在生长面上生成树中的下一体素,并以新生长的提速为基础体素。依此类推,遍历所有节点。最后按照基本的装配原则,对每棵树进行装配。
体素生长法的优势在于能够在快速实现建筑物CSG体素模型拼装速度的同时,减少重叠面重绘带来的数据冗余。
3 结 语
建筑模型是城市三维现场环境中出现较多的模型,本文结合实际应用,突出对城市三维空间的快速构建。利用数码相机进行数据采集,并通过求灭点得到建筑物角点的空间坐标,实现对建筑物结构的快捷采集;在利用CSG体素构建建筑物模型时,提出改进的体素生长法,提高了建筑物模型的组装效率。总之,通过对两种方法的结合,在数据采集和模型分解组装过程中都提高了城市三维空间数据模型的构建速度,基本实现了城市三维空间模型的快速构建。
“制作动物细胞三维立体模型”教案 篇5
巧家一中 生物组 徐嘉佳
一、教学目的：
1、制作动物细胞三维立体模型。
2、加深学生对细胞结构和功能的理解和应用。
3、培养学生的动手操作能力和团队合作精神，启发学生的想象，充分发挥他们的自主创造力，利用各种材料制作动物细胞的三维立体模型。
二、准备工作：
（一）材料：用泡沫削成半球型（买不到琼脂，可到广告公司买8cm厚的泡沫，经济而且可重复使用）；购买彩泥（制作细胞结构）；大头针（固定彩泥）。
（二）分组：6人一组，让学生商量后选出组织能力强的人担任组长。
（三）复习细胞的结构和功能：可让学生画动、植物细胞结构模式图，对比动植物细胞的区别，复习各种细胞结构的功能。
三、开展教学活动：
（一）强调制作模型的要求：
1、活动目的：“制作动物细胞三维立体模型”
问：动、植物细胞的区别是？
学生答：中心体、细胞壁、叶绿体、液泡。问：制作动物细胞模型时那些结构不能做？ 学生答：细胞壁、叶绿体、液泡。
2、要保证模型知识点正确。
3、注意细胞结构之间大小比例问题。如，核糖体不应做得太大。
4、要知道自己用彩泥做的模型代表细胞的什么结构，小组内要统一看法。
（二）实施活动: 将事先准备的材料发给学生，让小组长协调，分配任务到每个成员，合作完成模型的制作。
随时视察各小组制作进度，对做得好的、有创意的给予鼓励，对有知识错误的地方给予指正。并提问彩泥的各部分代表什么。尽量激发学生的创造欲，不要束缚学生的思维，只要能给出合理解释，像不像不太重要。另外尽量让每个学生参与进来，对于乱窜的学生让组长批评，不参与回答问题的学生要及时提醒。
模型做好后集中放到讲台，让各小组观看其他小组的成果，取长补短，相互学习。
四、教学反思：
1、对做得好的小组应给予更多的鼓励。
2、在提问时可以连带问各个细胞结构的功能，这样不仅让学生通过制作模型巩固了对细胞结构的理解，还复习了细胞器的功能。
三维模型定义（MBD）实施经验 篇6
一、不要省略关键标注
省略关键标注是三维模型定义受到下游生产环节、尤其是供应链抵触的一个常见原因。甚至有的加工厂误解三维模型定义是“不负责任的偷懒”。因为他们的客户一意孤行只提供三维模型。没有二维工程图、也没有三维标注。理由是信息在模型当中，加工厂只需要测量模型就可以了。但现实当中，车间还是需要关键尺寸和公差标注来加工和检测，所以被迫根据缺失标注的三维PDF或模型，自己生成二维工程图，添加标注，然后打印图样供车间使用。加工厂不但没有感受到任何改进，相反吃了亏：“可能我们的客户节省了点时间，因为他们不需要二维工程图，也不需要标注了。但是工作量被转嫁到我们头上。”更有甚者，一旦加工厂自行生成的二维图样违背了客户设计意图（工厂利益决定了其简化加工的倾向），或者零部件加工出现质量问题，互相指责很难避免：“你们没有测量模型！”“你们没有标明加工尺寸和公差！”由此对簿公堂也不罕见。
如下六点总结了在三维设计模型中，明确标注关键特征可以带来的好处和避免的问题。
（l）企业设计部门最了解产品用途、设计意图、重要特征和技术要求，因此最具权威在清晰的标注中传达关键信息。如果省略这些标注，而放手任人解读，很容易造成误会。而且下游制造环节本身会受利益驱使，倾向对制造过程最有利的解读，但并不一定对整个产品质量最有利。
（2）设计环节的标注不光是单向传递制造信息，而且是一个督促设计人员反思、审核乃至改进设计和可制造性的机会。跳过这个步骤意味着失去了一个审核改进的过程。
（3）制造信息量很大，如果下游部门每次都要重新测量得到关键尺寸，不仅费时费力，更重要的是容易遗漏设计要求甚至忽视加工错误，因为关键信息隐藏在模型中不可见。由此会危及质量、延长工期且提高成本，尤其是供应商的报价会升高。反之，明确的标注不仅方便每条信息的读取，而且还作为视觉提醒，呈现了一个完整的检查清单。
（4）下游环节不一定能够准确熟练的使用Adobe阅读器或CAD软件当中的测量工具。以图1中的Adobe阅读器为例：测量螺丝的长度，但是得到上下两个尺寸5.076mm和5.Omm，该相信哪一个？这就体现了正确使用工具的重要性。表2对比了错误和正确的使用。然而要得到正确的结果，还需要提前按下图2的两个按钮：面捕捉和垂直尺寸。由此可见一些细节很容易导致误读以及制造失误。而且这还只是一个简单的螺丝，试想在复杂的装配体成千上万个零件当中，如此测量失误在所难免，所以还不如把关键尺寸都标注出来，尽量避免不必要的麻烦。
（5）从转变流程的角度讲，如前面“流程篇”所述，在初始阶段信息交流宁多勿少。清晰的标注避免不必要的冲突，让读图人员体会到“三维模型定义不会比二维图样减少信息，而只会提供更多的清晰度和功能，我的工作会更容易。”这样实施会更容易接受和成功。
（6）另外注意区分对待公差和尺寸。模型几何体本身可以提供尺寸信息，但是不一定具备公差。公差的缺失显然容易导致歧义：幸运的话，车间可能按照约定俗成的常规公差加工和检测。即使这样，真正设计的公差要求也无从知晓。也许某些零件常规公差即可；但也可能更严格的公差要求因为没有标注而被忽视，导致废品。不幸的话，有些模型连常规公差都没有要求，让生产人员无所适从。当然还有一种可能性是设计人员专门在草图或特征当中定义了尺寸和公差。如果这样，还是不如把这些定义明确显示成标注，既避免了重新创建，又避免了多次手动查找。
注意关键标注并非要求完全定义整个模型，因为并非所有特征都是关键，反而可能重要细节只在少数。所以在适当的场合完全可以简化标注。关于简化程度，表3是美国军标3IOOOA的划分和应用场合：完全定义、部分定义和最简定义。
当然，明晰的关键标注在未来完全集成的自动化生产流程中可能不再如此重要，因为机器和软件可以直接利用模型隐含数据进行公差分析、工艺规划、加工、报价、检测和采购等步骤（详见下节），但是当今绝大多数企业还没有达到完全无缝数字化集成。只要有一个环节需要人工读取制造信息，那么明晰的标注就比隐藏的更安全和有效。
二、不要停留在图像层次的三维标注
上节主要从人员读图的角度解释了三维标注的重要性，下面介绍比视觉图像更深的一个层次，即具备智能含义和关联性的标注。二者的区别可以由图3的示例说明：上图为图像层次的标注，供视觉读取。但实际上标注本身并不知晓16孔阵列：16可能是手工写入的，甚至可能标注中所有数字、字母或几何公差只是由形似的图像曲线构成，而非真正的数字、字母或几何公差。内含的缺失导致无法被其他软件程序读取，所以称为“人工可读标注”；下图是具备智能含义的关联标注。不仅可以视觉读取，而且真正解析了孔阵列特征，所以能够自动高亮16个孔，而且可以被其他软件如计算机辅助制造和坐标测量机直接利用，所以又称为“机器可读标注”。
尽管图像层次标注可供视觉读取，但是具备很多局限性，比如缺乏与特征的关联、无法随特征更新、更重要的是无法被下游智能制造软件直接利用，这其实是一个值得警觉的信息流断档。因为三维模型定义的功效远不止于设计环节。实际上设计只是一个前奏，更加宏伟的乐章奏响于计算机辅助制造、检测、增材制造（3D打印）、工艺乃至大数据分析等一系列应用。
数控机床程序可以读取三维表面处理标注及其关联特征，自动选择刀具，编排轨迹和步进速度。
三维坐标测量机可以根据模型和标注自动定义采样轨迹，而且比对实物采样点的坐标和模型理想坐标，自动判断产品是否满足标注公差要求，即合格与否。据有些厂商反映，仅采样轨迹编排一个步骤，智能关联标注可以极大的提高自动化程度，可以把原本4-8小时的手动编排任务降低到5-15分钟。
三维数字扫描检测的原理类似，只不过采样点扩大为整个实物扫描影像，与模型比对，根据公差自动判断是否合格，如图4所示。
有了三维模型检测，增材制造（三维打印）的流程也更加水到渠成：直接从模型打印和检测，而无需二维工程图。例如通用电气测量和控制部门计划扩展三维打印，因而需要三维定义和检测来理顺流程。
再如计算机工艺计划可以根据三维标注要求自动安排工序，如车、铣、刨、磨和冷热处理等步骤。
最后，上述三维信息和应用，使大数据分析有了用武之地。例如RollsRoyce分析大批量的三维检测数据，反馈给设计和制造部门，从而优化设计，提高成品率。一个常见的大数据案例就是挖掘合格率与公差要求、人员、机床、温度、时间等因素的相关性。
总结一下，关于标注，RollsRovce的心得是：正确创建三维标注是实现真正的三维模型企业的关键。标注应该尽量保证“机器可读”（数据来源：Technical DataPackage for the Digital Enterprise， Kong Ma， RollsRoyce Corp，2014年）。值得注意的是，2014年底发布的STEP 242第一版不仅包含三维标注，而且特意要求超越图像层次，实现“机器可读”（数据来源：Industrial automation svstems and integration——Product data representation and exchange——Part 242：Application protocol：Managed model-based 3D engineering， ISO10303-242：2014）。另外STEP还适合长时间（跨度大于70年）文件的保存和提取。新的STEP格式无疑让上述智能制造应用如鱼得水。
三、不要排除打印纸质文档
除了上述数字化应用，很多生产环境往往还需要纸质文档，比如在野外严寒环境中带着手套施工，在狭小的汽轮机内部装配，或在车间双手沾满润滑油操作机器，数字终端往往不适合使用。三维模型定义强调升级换代二维工程图，并不强求无纸化办公。事实上，美国Hill空军基地在AlO攻击机机翼维护项目的标书中明确规定：零件报告要适于打印。电子三维PDF文档中的可视信息在打印文档中要一览无余，而且无需特殊修改（数据来源：DraftPerformance Work Statement（PWS）ForAutomatic 3D Part Report Generation and Associated Engineering Services（A3DPRG），Hill Air Force Base，2014年）。表4总结了三维模型定义打印的若干注意事项。
四、不要停留在初级三维PDF
三维PDF只需要极为普及的Adobe阅读器就可以动态显示三维模型，受到广泛青睐。在过去的十多年里，这项技术突飞猛进，由最初的U3D格式，到PRC格式，再到2014年底PRC格式被国际标准化组织（ISO）认证为IS0 147392014标准（数据来源：IS0 147391：2014， Document management——3D use of Product Representation Compact （PRC）format——Part l：PRC10001）。最新技术的数据准确性、丰富性和关联性都有了很大的进步，因而推荐我国企业在良莠不齐的三维PDF当中注意甄别。尤其是U3D格式已经停止了更新，其最后一次发布还是2007年，所以尽量避免大规模使用。图5和图6对比了两种三维PDF差别。
最根本的是数据的准确性。如上节验证文件质量所述，数据转换一定要注意保真度，否则后患无穷。IS0 147392014标准的PRC格式三维PDF可以保证与CAD模型偏差小于1微米，满足绝大多数加工和检测要求。而其他形式的三维PDF保真度可能远达不到l微米。简单的视觉浏览或许差强人意，但是如果用于指导制造，就漏洞百出了。在保证准确性的基础上，PRC的格式还尽量压缩数据，方便交流传播。
其次是数据的丰富性。实际生产级别的三维PDF除了常见的一个三维视图，还应该严格遵循CAD模型当中的重要制造信息，如三维标注、技术要求、模型属性（零件号和版本等）、材质和材料明细表等。另外应该尽量匹配支持CAD模型当中的设计元素，如多配置、显示模式和订制视图等。更理想的是通过订制多视图、多页面、多表格的模板来管理输出形式，服务于不同类型的制造文档。
最后值得注意的是数据的关联性。如图3所示，具备智能含义的关联标注显然比图像层次更具优势，可以为下游智能制造铺路，应该是努力的目标。而且生产使用的三维PDF应该保持材料明细表与装配模型的双向关联性：选择一个零部件，相应的表格单元应该高亮显示；反向亦然。
五、结语
三维城市模型 篇7
关键词：3DCM,三维建模,模型优化
三维城市模型(Three-Dimensional City Model，简称为3DCM)，作为城市逼真的三维数字表示，不仅有其传统虚拟现实表现的高度真实感，而且能作为基础平台与其他领域相结合为城市的发展建设做出贡献。当前，三维城市模型已经在城市基础设施管理、突发事件救援、城市规划、军事行动支持等众多领域显现出了巨大的应用潜力。
构建逼真的场景是建立三维城市最基础的要求，这样才能增强三维城市的沉浸感。在这个过程中，不仅要求硬件具有较强的渲染能力，而且要求所采用工具软件可以采用各种算法来优化场景。现有的计算机硬件渲染能力是有限的，为了提高城市仿真的真实感，必须充分利用现有的三维建模软件和采用三维模型的真实尺寸。Creator是就是其中重要的三维建模软件之一。因此，本文依据湖北黄石市三维数字城市系统建设项目，介绍了Creator软件在城市三维建模中的应用技术。
1 Creator软件简介及选择
现在比较常用的三维建模软件有Maya、3DS Max和Creator等[1]。
Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。但Maya制作的三维模型也非常精细，数据量也比较大。所以，游戏设计中经常混合使用3dsMAX与Maya进行三维实现。
3DS Max建模功能强大，对对象的细节描述非常生动，适合于对象的精细建模;但是其建模数据量非常庞大，不能满足实时渲染对数据量的要求，需要简化、消除冗余数据才能用于虚拟城市三维建模。
Creator侧重于模型数据管理，其三维造型功能较弱.例如软件布尔运算功能差，不支持NURBS建模，使得复杂实体的建模较为困难.Creator是专门为复杂虚拟场景的实时漫游而设计的建模工具，绘制速度快，交互浏览过程方便、灵活，优势在于生成大型场景的地理环境。在拥有强大建模工具的同时，Creator还拥有强大的兼容性，与许多重要的VR环境兼容，例如可以转换VRML, 3DS, AutoCAD, Photoshop等的数据。正是这种兼容性，使Creator在与其他软件联合使用中，可以充分发挥各个软件的长处，最大限度地提高工作率。
因此，结合“湖北黄石市三维数字城市系统建设”项目的实际情况，该项目主要应用于城市应急三维平台建设，所以该项目要求虚拟场景能够实时渲染和漫游的前提下，而且对模型的精度、地理位置和细节有不同的规定。三维城市模型数据量巨大，建模过程中，要求在较精细建模的基础上要尽可能地缩小数据量。所以，该项目首先利用利用Creator进行城市建模，个别单位采用3DS Max进行重点建模，以达到实时渲染数据量的要求。
2 Creator应用于虚拟城市三维建模的技术方法步骤如下
1)确定模型位置。把城区.dwg格式的AutoCAD分成若干较小区域，将小块AutoCAD导入Creator中，要确保导入底图的尺寸与实际距离相吻合，来确定所要建模的位置;
2)制作模型纹理。用Photoshop将数码的建筑物照片制作出建模所需要的纹理。为了在Vega中实时渲染和漫游时纹理不发生变形或丢失，需要将纹理保存为.rgb或.bmp的格式，而且图片的像素大小为2a×2b1≤a, b≤10) ;
3)模型数据准备。利用Creator和3DS Max在上面准备的数据和纹理的基础上进行建模，模型完成后保存为.flt格式;
4)整理已建模型数据。该步骤包括模型的导入、数据库层次结构的组织、模型的简化等;
5)建立城市三维场景。利用二次开发软件进行编程，建立虚拟城市三维场景，实现所需功能。
3 实体建模与地形处理
建筑物建模：
1）利用Creator建模方法具体包括以下几个步骤
首先，在Creator中用Import命令将划分好的分块.dwg文件导入，作为建筑物底图。将视图调整为Top视图。然后，基于底图结构线勾画出最能体现建筑物主要框架的轮廓线，使用Wall(或shift+W)命令拉伸一定的高度，拉伸高度要与实际相一致。建筑物的主体部分完成后，就对局部部分建模，如建筑物上的标志、凸出的特征部位、柱子、阳台、楼顶上的广告牌等，就像搭积木似的，逐个完成细节部分。最后，利用Texture工具为三维模型映射纹理。在建模过程中贴纹理是很重要的一个环节，直接影响到模型的质量。
2）对模型的简化
利用3DS Max和Creator建模过程相似，但有所区别。3DS Max建成的模型一般保存为.3ds格式，最初导入的.3ds模型都是以三角面存储的，其数据量很大，在Creator中利用Combine Face工具可以将所有相邻的三角面合并成多边形面。大大减少多边形的数量，但是有些面不能自动合并，这是因为这些面映射了相同纹理却放到了不同的Object对象下。解决方法是：把这些使用了相同纹理的面删除得只剩下一个面，将其放大到原来所有面覆盖范围的大小，再利用Scare Texture工具将纹理缩放到正确的大小即可。另外，对于一些不可见面，如模型底面、两个体的邻接面、柱子的顶面和底面灯，可以直接删除。最后，将简化后的模型保存为.flt格式。
3）数木、桥梁、道路等物体建模
对树木等植物实体的建模，在精确度要求不高的情况，可以采用Billboard或交叉面的方法，赋予用带有a通道的植物贴图，Billboard插件建立的树木模型在漫游时，可以根据视线的旋转而旋转，并保证观众看到的始终是树木正面。以树的公告牌制作为例，首先需要建立一个平面，在平面上附上带有透明通道的树形纹理。然后在模型的面属性中设定相关的Billboard等属性即可。
桥梁建筑物等由于需要从不同视角观察，因此要建立三维模型。建模时画出截面图后，采用wall或Loft方法，生成三维实体;如果形状不规则，对其主框架建模后，细节部分用贴图来实现。
对道路的建模则较为简单，可以采用Road工具或是直接采用Strip Face实现，或者用添加子面的方法。
4）城市地形生成方法
通常，在中能够非常精确地做出一块区域的地形图。在构建3DCM时，对地形的精度要求不是特别高时，可以利用AutoCAD底图快速制作城市地形。
利用顶视图导入城市AutoCAD底图作背景，用Line勾画出各个分块地形轮廓，用修改器中的Extrude将不同的轮廓先按需要输入不同的量，最后赋予如湖泊、草地、路面等不同贴图，这样做可以既快速又保证一定准确性地完成一块地形的构造。
利用不同的视角导入背景图片来勾边，再为其赋予贴图，在建模工作中可以解决许多难题，大量减少工作量，且方法简便。
4 结论
图5为黄石市城区一角的渲染效果图。该系统的制作采用了文中所述方法。该三维数字虚拟城市具有较强的三维交互功能，用户在虚拟城市中可以自主行动进行浏览，体验场景的真实感，这种方式即消除了描述性文字或图片交流上的障碍，又可以用于城市的布局规划等二次开发平台，具有较好的通用性。
参考文献
[1]徐胜华, 杨志军.基于MultiGen Creator和Vega的“数字校园”演示系统开发[J].铁路航测, 2003 (4) :23-25.
[2]黄艳芳, 祝国瑞, 庞前聪.3DS MAX和 MultiGen Creator相结合的虚拟城市建模方法[J].测绘信息与工程, 2005, 30 (5) :37-39.
三维城市模型 篇8
关键词：CPC三维战略模型,政府,企业,客户
1 CPC研发背景
中国房地产业的发展，存在三大利益相关体，即政府、各类企业、各类客户。政府是引导者，各类企业是执行者，各类客户是消费者，这三大类利益相关体关注的重点各不相同，政府比较关注宏观层面，例如城市的发展，城市的形象，经济发展水平等;各类企业比较关注中观层面，例如企业商业模式，盈利能力与规模，内部管理水平等;各类客户则关注微观，例如“吃、住、行、游、购、娱”。目前中国这三大利益相关体是如何运作的呢?过程中又存在哪些问题呢?
关于政府。众所周知，中国是一个有着中国特色的社会主义国家，计划与市场两大经济手段并行，在宏观层面，计划的作用更大于市场，但是不通过市场分析，仅从行政手段来制定的相关政策有可能会带来一些不利的影响。以城市建设为例，中国的城市建设速度是相当快的，但是城市规划的远见远远落后城市建设的速度，同时中国特有的哲学思维，造就了中国特有“人治”现象，政府行为一般五年为一周期，因此城市规划的理念一般也为五年一周期，这就造成中国的城市规划无法真正站在整个城市生命周期进行考虑，这就导致了城市的发展缺乏总体思维，造成整个城市的形象缺乏统一性，城市重复建设，资源浪费的现象极其严重;同时中国政府国税、地税分离的财税政策也导致土地存在着特殊作用，导致与土地相关的规划有可变性;城市发展的不确定性，就会影响企业发展的不确定性，导致各类客户的不平衡性，最终影响城市的发展。
关于企业。企业的生存与发展，必定关注经济利益，从某个方面而言，“唯利是图”是一种生存手段，在实际过程中，会出现企业过多关注经济收益，而忽视了城市发展的需求，也忽视了客户的需求。目前阶段住宅地产的限购，某种程度上就可以认为是政府、客户对房地产企业存在的不满带来的。政府不是不鼓励房地产企业发展，而是希望房地产企业更多站在政府角度，站在城市发展的角度，站在可持续发展的角度思考项目，一个项目不仅仅要承载企业的盈利，也要承载政府的盈利。
关于各类客户。项目中的物业管理服务的对象是居民，商业管理服务的对象是商业从业者，产业经营服务的对象是入驻企业。只有居民的生活水平提升了，居住品质提高了，商业繁荣了，产业高速发展了，城市才会得到真正意义上的发展，才会使得房地产企业能够高速发展。但是客户的需求存在一定无序性，其发展来源于自发行为，这个过程中不可避免的就存在着相近客户之间的矛盾，存在上下游客户之间的不协调，如果政府能够正确引导，并通过企业进行市场化的运作，是有可能让客户的发展沿着一条最佳路径进行，这一最佳路径会反作用于企业，反作用于政府，显然，目前做得并不到位。
CPC三维战略模型就是为了解决上述三大利益相关者(即政府、企业、客户)各自存在的不足，核心目标就是实现三大利益相关体的共赢，希望通过统一并系统性的思考解决各自存在的问题，这也就是CPC的研发背景。
2 CPC三维战略模型
2.1 适用对象
CPC三维战略模型适用于地方政府机构、房地产企业、房地产服务业企业(包括策划机构、销售代理机构、设计机构、管理咨询公司等)。
2.2 核心理念
城市因为项目、企业而繁荣，
企业因为项目、城市而发展，
项目因为城市、企业而存在。
2.3“CPC”模型介绍
房地产开发“CPC”三维战略模型，是指的“项目开发+管理咨询”一体化服务理念下的核心模型，不仅仅指导房地产企业内部战略管理与商业模式制定，同时也指导具体项目的开发过程，涉及策划、设计、成本、采购、物业管理/商业经营/产业运营等方面。
第一个字母“C”，指的是“城市”(City)，城市的诞生过程其实就是房地产开发进行的过程，最先有“市”，即先有交换的场地，然后才有“城”，即保护交换场地的围墙，才有了为长期交换而存在的居住需求，慢慢地，“城”与“市”成为了一种互动，不再分离。多个城市发展的过程，就是城市化的过程，城市化的过程从某个角度看，就是房地产开发的过程。城市发展的一般过程是确定城市发展战略-与土地利用规划相结合-制定城市总体规划-城市详细规划(分成控制性详细规划与修建性详细规划两个阶段)，有了规划之后，政府通过规划指导城市建设，促进城市发展。
第二个字母“P”，指的是“项目”(Project)，这里尤指具体的房地产开发项目，城市之中需要众多的“市场”与“城中城”，这就构成一个个具体的房地产开发项目，可以认为，不同的项目就构成了城市。用我们认为的房地产分类方式看，一个城市就是由众多不同的“住宅地产”项目、“商业地产”项目和“产业地产”项目构成。住宅地产解决人的居住需求，商业地产解决人的消费需求，产业地产解决人的生存需求与发展需求，用通俗的语言描述就是白天人们通过“产业地产”赚钱，同时通过“商业地产”消费，最终在夜里进入“住宅地产”居住。项目开发的一般过程是，选择地块-项目策划-建筑设计-施工建设-销售与招商-物业管理与相关物业的经营，过程中需要整合各类供应商，包括建材商、设备商、设计院、施工单位等，同时根据企业的规模整合房地产服务业，包括策划机构、工程造价咨询机构、销售代理机构、招商代理机构等等。
第三个字母“C”，指的是“企业”(Company)，在以市场竞争为主的环境下，企业成为了主角。因此在房地产开发的过程中，企业起着至关重要的作用。没有企业的合理化运作，在市场化的今天，项目就无法快速建设，城市的发展就会有一定的影响。可以认为，企业的持续性经营是项目开发、城市繁荣的保障之一。对于房地产企业而言，房地产企业发展的一般过程是，先有企业发展战略-在战略基础上制定盈利模式与投融资模式-结合战略、盈利模式之后制定组织体系，并形成具有执行力的团队-通过成本管理与计划管理管理开发过程中的各类服务商-最终通过对人员的绩效管理与激励管理实现企业的绩效 (Performance)。
CPC充分体现了房地产业发展过程中最具活力的三大因素，即城市、企业、项目，三者之间的互动就实现了房地产以及相关行业的健康有序发展。
在实际运作过程中，不是简单的两两关系，而是三者统一思考。CPC三维模型中，关键的路径是：城市指导项目，企业运作项目，项目是城市与企业共同作用的载体。项目必须考虑城市规划，项目必须考虑企业的战略、盈利模式与投融资模式。
3 CPC模型在房地产企业中的运用
CPC模型最重要的适用对象就是房地产企业，下面将简要介绍一个实操案例，以便更好的理解CPC的运作过程。
背景：
目前在建项目2个(其中一个项目属于开发后期，一个项目属于开发前期)拓展中项目1个，当地高端第一品牌。
提示：
该项目应有三种属性，即品牌型、现金流型、利润型。其中品牌型项目重点关注企业中长期发展;现金流项目重点关注快速周转率;利润型项目则以利润最大化为基本出发点。
过程：
第一阶段：企业管理，尤其是战略的思考。从项目思考企业，即PC下项目与战略的关系
企业在建项目有1个，该项目为品牌型项目，为当地第一高端楼盘。对该项目进行了项目后评估，分析其中的得与失，在项目后评估过程中更好的了解企业运作特点，结合对企业家理想的提炼，制定了该企业的战略规划，确定了该企业投资策略与未来发展方向，在战略指导下协助企业制定了简单有效的管理架构、薪酬绩效体系，深得企业各级人员认可。
第二阶段：战略指导下的土地拓展。从企业落到项目层面，即PC下项目与企业经营的关系
由于企业在建项目1个，已到后期，土地拓展成为核心的矛盾。有两个目标地块，项目A面积相对较小，已经进入招投标阶段，项目B面积较大，属于控规编制阶段。从企业战略看，项目B是充分体现战略需求的，项目A更多是从企业经营持续性角度出发。所以项目A的战略定位是为项目B奠定基础，是过渡项目，以快速周转为第一目标，同时考虑到在建项目为品牌型，企业需要利润，因此赋予项目A第二个目标，即是盈利。项目B则是承载着企业的战略，可精雕细琢。因此土地拓展策略是迅速获取项目A，为未来获取项目B奠定基础，同时参与项目B的控规编制以获得最佳效益。
最终，从企业战略出发，项目A的战略定位是“现金流为主、利润为辅”;项目B的战略定位是“品牌+利润并重”。
第三阶段：企业对项目A的战略定位与项目A实际开发的结合。即PC下项目与企业经营的关系，过程中考虑了城市对项目的要求，即CP
企业战略要求项目A必须同时满足现金流的要求与利润要求，既要保证快速周转，又要保证一定的利润，如何开发成为一个难题。首先策划公司在该地块的策划理念上进行拔高，确定该项目的“魂”，同时采用低碳技术，提升了整个项目的品质(这符合当地政府对该地块的品质要求，必须要体现城市中心区的形象，即城市-项目CP关系)，为利润的实现提供了基础，同时考虑到企业经营压力与需求，建议该地块分两期开发;设计公司根据策划的要求，运用了“绝高绝低”的设计理念，将该地块一分为二，根据地块的属性，北部为高层区，南部为低层区。高层区以做足容积率为前提，以快速销售为目的，解决现金流问题;低层区以别墅类等高端产品为主，以利润实现为目的，解决企业的利润要求。当然以“绝高绝低”的比例关系是需要进行测算的。目前该地块正在开发过程中。
第四阶段：企业对项目B的战略定位与城市对项目B要求的结合。即CC关系通过P起作用
企业战略要求项目B为“品牌+利润并重”。品牌要从三个维度出发，要成为城市的名片，成为企业的形象，成为项目复制的标准;利润型要求企业在该项目上获得巨大的经济收益，在开发过程中要减少现金流压力。目前该项目处于控 (下转P85)(上接P159)规阶段，因此协调CC关系成为重点。为此提出了四个主题功能区以及开发的基本时序，并进行投资估算，满足企业战略方向的需求，也同时满足政府对当地的发展定位及产业发展需求，获得了企业与政府的高度认可。需要说明的是，一旦该项目进入修建性详细规划阶段，城市-项目的CP关系和项目-企业的PC关系将成为思考的重点。
4 小结
从该案例的运作过程中可以发现，CPC无时无刻不在发挥着作用，实际运作的复杂度远远超过上述的描述，需要从经济可行性(城市、政府层面)、技术可行性(项目层面)、经营可行性(企业层面)、风险控制分析(三者平衡、共赢)等诸多方面进行分析。CPC模型是真正的房地产行业可持续发展模型。该模型赋予了房地产企业更高的历史责任，它要求房地产企业开发的项目必须以城市发展为目标，以市场为基本立足点，以客户为心，必须考虑政府、企业、客户三者的共赢，同时减小房地产业的内涵，拓展房地产业的外延。房地产不仅仅是住宅地产，而是商业地产，更是产业地产，只有产业地产发展了，经济水平提升了，城市才能发展，客户才能发展，企业才能发展。
CPC模型同时要求房地产企业，特别是中小型房地产企业必须在项目和产品层面上下功夫，需要整合内外部的资源，应该有做“作品”的心态，而不是做“产品”的心态。因为作品是永恒的，产品是功利的!要有战略思维，要为城市文化、生活模式、生产方式做出贡献!
三维城市模型 篇9
三维城市模型根据其英文缩写可以简化为3DCM, 它是指计算机对一个城市内所有指定对象用三维方式进行表达, 是实施数字城市建设的重要框架数据。近年来, 随着城镇建设的不断发展, 对空间数据获取手段的不断提升, 使得各领域积极加强对三维城市模型的应用, 使其对现实世界的对象和城市景观的仿真表达变为可能。
利用三维城市模型可以清楚地表现出城市各个土地的地界, 在城市规划、房产销售、公共环保、安全以及通讯方面都发挥着重要作用, 使其减少因土地地籍管理问题而引发的各种土地纠纷事件。并且由于三维城市模型在表达上比较直观, 使其具有操作上的灵活性、数据管理上的强大性等优点, 开始逐步广泛应用。
2 地籍管理的现状
地籍管理是国家政府行政管理的重要一部分, 是地方政府工作的重要组成部分。在当前大多数城市, 地籍管理信息系统还是停留在GIS (地理信息系统) 和办公自动化的图文一体的办公信息系统。但是这种二维的地理信息系统, 在进行地籍管理信息系统对城镇发证工作实现对宗地空间的位置测定、权属信息的查询、宗地图的输出功能都会因为将现实世界的三维对象抽象表达为二维实体的缘故, 导致信息传输和分析的歧义与错误。这就导致了城镇在进行地籍管理时发生土地纠纷, 给城市的地籍管理工作带来了严重影响。
如果实现三维城市模型的建立, 那么在城镇地籍管理中就能以三维方式描绘真实世界中空间的遮挡、立体交互的关系, 同时还能正确客观地、不加任何抽象形式地、直观地表达出地形、道路、建筑等环境情况。所以说如果将先进的三维城市模型技术利用到城镇地籍管理中来, 就可以实现对宗地的形象化管理, 避免了因为地界不明、发生歧义而导致的土地纠纷事件。
3 城市三维模型的建设方法
城市三维模型的建设比较复杂, 在进行模型建设的时候, 可以将我国城市、国土管理规划部门更新维护的大比例尺二维矢量数据作为其模型制作的主要数据来源。并且为了使三维城市模型能最真实地再现宗地和周边环境的现状, 达到和现场完全无差别的效果, 在制作三维模型时不能简单地采用示意性纹理, 矩形简易形状的生成方式, 要使用正规的建模工具进行建构的详细建造。
在进行城市三维模型的测量制作时要以现场实测的地籍图为底图, 使用全站仪来测定建筑物以及周边围墙的高度等, 使用数码相机拍摄宗地及周边的外观纹理数据。数据收集完毕以后利用3dMax等三维建模工具进行分类制作。在利用三维建模软件进行制作时要遵守:
3.1
真实坐标原则, 对道路、河流、绿地、建筑物、地界等对象必须严格按照二维地形图的底座坐标来建模。
3.2 对不必要细节的取舍。
因为三维建模过程中不可能对全部建筑环境等详细信息进行重现, 所以在建模中根据所表达对象的实际情况, 简化不必要的细节, 保留住最具特征的部分。
3.3 模型纹理简化。
模型纹理简化并不是代表对其纹理进行粗制作, 而是在保证形状和纹理能真实客观表达其物地状况下少使用多边形数量, 以此来提高三维城市模型在软件中运行的效率。
另外, 因为道路、河流、绿化环境等对象涉及范围十分的广泛, 全部制作太过于繁琐麻烦, 所以可以一次制作一条河流或者是街道, 提供给不同地籍管理使用, 而树木以及绿化环境等只用根据其分布情况制作真实的三维符号即可。这样长期积累就能形成一个庞大的城市公用模型库, 提高城市三维模型的建造速率。
4 三维城市模型在地籍管理前期应用中的大概流程
三维城市模型在地籍管理中应用时其流程主要是现场的勘测、三维城市模型的建造以及三维城市模型的可视化与管理和制图输出, 这其中任何一个环节都不容忽略。
现场勘测分为前期勘测和后期勘测, 一般情况下国土管理部门都有地籍平面数据, 所以现场勘察的主要数据应该着重于对模型数据的收集。在进行模型数据收集时主要是针对周边建筑的占地面积、建筑群的数量以及建筑的高度、宽度和绿化情况进行收集。对这些数据收集时可以采用相应的仪器进行测量, 也可以找到相关建筑部门进行信息收集以及根据高空摄像所得到的照片通过软件进行分析等手段来获得。因为虽然国土管理局有该区域的地籍平面数据, 但是区域内的建筑实际情况却没有, 而三维城市模型的准确设计必须要根据建筑实际情况来进行, 所以说对于模型具体数据的收集是至关重要的。
模型的制作必须根据其收集的具体数据、资料以及图片等进行制作, 而模型制作时不能太过于复杂繁琐, 而应该让三维城市模型在真实还原实际情况的同时更加简单、更加便于使用。
三维城市模型可视化与管理主要是对地籍管理信息的统计与管理, 使其在用户需要查找时能够快速准确地进行搜寻。
制图输出主要是让人们在三维宗地图上充分了解此宗地的实地情况, 达到与亲临现场一样的效果。
在做好以上四个流程以后, 三维城市模型基本已经完善, 对于在其地基管理的实际应用中便能更加凸显其作用。
5 三维城市模型在地籍管理中的实际应用
5.1 三维城市模型应用于房产建造和销售
建筑物的建造往往对使用土地的界限比较模糊, 根据二维图纸上数据的表达不准确性常常发生在房屋建造过程中非法占用地图的现象, 导致了在施工过程中引起的土地界限的争执, 发生纠纷, 并且非法越线, 占用土地, 对社会人民的确实利益造成了损害。而使用三维城市模型后, 就能把建筑工地周围的情况真实详细地反映出来, 对其施工占地进行准确划分。这样有了具体的模型标准为参照, 就能实现不发生建筑施工占用施工外土地面积的纠纷事件, 保障了施工的顺利进行, 有利于政府、国土规划部门的管理, 保障了人民的利益。
而在房产销售中同样如此, 真实的三维模型可以详细地反映出其建筑的样式以及周边环境等, 减少因图纸的模糊性而造成的表达与实际不相符的情况, 造成纠纷, 以此来保障消费者以及房产商们的利益。
5.2 三维城市模型应用在城市规划
城市规划是一个庞大的项目, 而项目对城市的发展又具有重要的意义, 所以做好城市的规划工作是市政府部门的重要任务之一。在进行城市规划时, 对于城市规划的范围、具体环境的情况都应该有一个确切的了解。如果使用传统的二维图文一体化办公系统, 在进行规划时就很难根据其具体的情况进行方案的设计与实施, 并且在规划过程中还会遭遇诸多不确定因素的影响。在使用三维城市模型以后, 就能对规划地区范围内的实际地理、建筑、环境、安全等情况进行全面的调查, 并且立体真实地反映在模型上面, 使得地理状况一目了然。这样在进行城市规划设计时, 就能根据其模型准确地制定规划方案, 同时在规划过程中受到不稳定因素干扰时也可以根据三维城市模型快速地展开分析、进行讨论来解决问题。
5.3 三维城市模型应用在公共安全
公共安全是稳定社会发展、保障人民自身安全利益的重要工作。对于公共安全工作的开展, 常常遇到公共安全设备的摆放不合理、公共安全设备的丢失以及公共安全设施的缺乏等情况, 造成这些情况的原因都是没有具体详细的宗地环境资料导致的。而利用三维城市模型以后就能根据宗地环境具体情况要求来设计其安全设备的摆放位置, 对安全设备实行监管控制, 并且在适当的地方建设公共安全设施, 以此来稳定社会的发展, 保障人民的切身利益。
5.4 三维城市模型应用在管理查询
由于城镇建筑繁多、地界归属复杂, 利用传统的手段进行宗地用地性质、占地面积以及归属权查询时就会浪费大量的时间, 并且常常出现结果不准确的情况, 导致土地纠纷事件的发生。而建立三维城市模型以后, 就能利用软件提供基于关系数据库的模型数据和属性数据一体化管理功能。这样一来, 用户在进行宗地名称、权属信息的查找定位功能时输入某一项宗地名称或权属人姓名, 就能快速查询到此宗地的用地性质、占地面积、归属权以及使用年限等多项信息, 使其工作得到简化, 并且所查找的资料准确性很高, 减少了土地纠纷事件的发生。
6 总结
地籍管理对于城镇来说具有相当重要的意义, 随着城市社会的飞速发展, 传统的地籍管理系统模式已经很难满足于现代管理的需求, 要让地籍管理工作进行改革与完善, 三维城市模型的广泛应用是现如今最好的解决办法, 其模型对宗地环境情况的真实再现极有利于城镇地籍管理工作的发展, 同时增强了民众对国土测绘和地政管理工作的理解, 减少了宗地纠纷, 值得广大国土部门借鉴使用。
摘要：地籍管理是城镇土地管理的基础, 是国家依法管理土地归属, 保护土地所有者权利和使用者权利而采取的行政举措。利用传统的二维地图来进行地籍管理时, 因为具体地界模糊而导致众多土地纠纷事件时有发生, 所以积极利用三维城市模型对城镇进行地籍管理有着重要意义。文章对三维城市模型在城镇地籍管理中的应用进行了探讨分析。
关键词：三维,城市模型,城镇,地籍管理
参考文献
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三维城市模型 篇10
1 A3航空摄影技术介绍
1.1 硬件简介
2011年以色列Vision Map公司推出了大幅面A3数字航摄仪, 将传统框幅式与推扫式优点结合起来, 并且配备300 mm超长焦距, 可以高效率同步获取正射和倾斜高分辨率影像。A3数字航摄仪由存储器、小型计算机、GPS、电源、控制终端接口及旋转双镜头组成。主要技术参数见表1。
1.2 主要技术特点
(1) 300 mm超长焦距在相同航高下可以获取超高分辨率影像数据, 保证城市影像分辨率质量和效果。 (2) 109°超大视场角可以获取超大幅面影像数据, 不但采集效率高, 还可以同步采集不同角度的影像。 (3) 70%以上超高重叠度可获取同一地物的多角度观测影像, 保证航带间影像加密点数量, 提高空三精度。 (4) Light Speed全自动数据处理系统, 可以保证数据的生产效率。
2 三维模型制作方法
2.1 技术路线
基于A3航空摄影数据特点, 同时吸收了传统建模方法中手工制作的优点, 形成了一套较完整的解决方案, 可以有效解决传统城市三维建模的不足。
该方案利用A3数字航摄仪提供的超大幅面立体像对 (super large format/SLF) 同步采集建筑物矢量模型、地形, 并利用大角度倾斜影像映射建筑模型侧面纹理。另外, 为了弥补航空采集不足, 地面底商、楼宇遮挡以及小品等区域, 通过地面拍照方式进行采集制作, 如图1所示。
该技术路线具有如下特点。
(1) 利用A3高空航空摄影的作业方式, 可以进行大面积、高效率的采集, 特别适合大范围、快速的城市建模需求。 (2) 超大幅面立体像对 (SLF) 可以用于采集准确的建筑物轮廓几何信息, 并同步提取高分辨率的纹理, 节省纹理单独制作环节。 (3) A3长焦距影像可以制作城市准真正射影像, 保证城市密集区的视觉效果, 比三维模型整合的三维场景更真实。 (4) 此种方式建立的建筑物模型为单体的、对象化的模型, 可以对各个模型进行单独的加工、修改、编辑, 甚至添加各种属性信息。 (5) 实景模型数据精确, 三维GIS分析结果准确度更高, 可以满足规划、国土、城市管理等领域的应用需求。
2.2 三维模型制作
利用超大幅面立体像对 (SLF) 进行三维模型的制作。在立体采集环境的支持下, 类似传统DLG采集模式, 采集建筑物几何信息。较传统航摄相机, SLF立体像对由于视场角度大, 可以最大限度地采集到建筑物侧面几何信息, 如图2所示。
2.3 实景纹理制作
2.3.1 倾斜影像空间定位
经过空三加密输出的SLF立体像对具有精确的影像外方位元素, 可以准确恢复每张影像的空间位置, 具有精确的三维坐标信息, 如图3所示。
2.3.2 纹理制作
在制作出高精度的体框模型后, 基于定位后倾斜影像本身的特点, 结合数字三维及空间几何投影技术选取每个模型面, 获得其角点的物方坐标 (X, Y, Z) , 已知倾斜影像的外方位元素及倾斜影像本身的投影框物方坐标 (X, Y, Z) , 通过判断每张倾斜影像与该模型面是否相交筛选出与模型面对应的所有影像集, 然后利用共线方程, 计算出所选模型面在每张像片上的投影像点坐标 (x, y) , 通过筛选算法按照影像质量及影像投影面最优原则将相应影像集排序, 挑选最优影像稍作编辑, 最后将所选像片纹理部分截取并计算出纹理坐标自动映射到模型面上, 从而实现实景三维模型的自动化纹理提取映射功能, 如图4所示。
3 应用案例
2014年4月, 在北京市选取了约50 km2建成区进行A3影像数据采集, 为了更好地采集侧面纹理, 测区采用双向交叉飞行方式, 如图5所示, 测区技术参数见表2。
该项目制作完成1∶1 000数字高程模型 (DEM) 、数字正射影像 (DOM) , 并针对核心区进行了实景城市模型制作, 如图6所示。
4 三维建模技术探讨
4.1 精细的模型不一定真实
在传统三维模型制作中, 为了三维可视化效果的需要, 模型数据在制作与认识上偏离了三维应用的根本需求。模型制作的精细、精美并不等于数据的真实、可靠。传统精细模型的制作多数依靠人工拍照方式进行结构细化, 受制于地面拍照范围限制, 多数模型结构只能靠经验估算。在缺少准确数据支撑的前提下, 一味地追求模型精细度, 最终导致的是人为制造的精细, 增加了大量冗余数据, 降低了数据使用效率。同时因为真实度不高, 在实际数据应用中无法体现三维的价值。以数码航摄、激光雷达等为代表的新技术中, 可以保证建筑模型的相对与绝对精度, 另外利用倾斜影像作为纹理源, 保证了每个模型面都具备唯一的真实纹理, 杜绝虚假纹理, 增加了模型的真实度。
4.2 模型可对象化操作
随着倾斜摄影技术快速发展, 基于大重叠度倾斜影像可以快速重建城市三维, 提高了用户浏览地图时的城市三维体验。但是, 在近距离浏览该数据时, 可以发现在建筑细节方面还有较大缺陷, 不能进行精细化三维应用。另外, 该数据不同于传统的三维数据, 在成果格式和应用平台均有特殊要求, 只能以特定的格式和平台进行浏览展示。模型的可对象化操作与目前地理信息平台数据三维分析需求相对应。只有可对象化操作的模型才方便进行编辑、更新和关联相关属性信息, 进行城市精细化管理应用。如在建筑方案规划对比中, 可以进行单体模型替换, 多方案综合对比。在城市拆迁分析中, 关联建筑年代、住户人口等相关信息, 准确分析拆迁成本等重要数据。
4.3 城市级三维数据的考验
传统三维建模受作业效率限制, 基本以小场景景观建模为主, 数据量对三维平台考验不大。在倾斜摄影技术出现后, 城市量级的快速建模需求得以解决。随之而来是城市三维整体数据量的激增, 对三维应用平台带来了巨大的考验。因此, 一方面在分析应用需求的同时, 制定适宜的模型制作标准, 控制模型数据量;另一方面三维应用平台还需要不断完善承载能力, 提高大数据的加载流畅度和纹理显示效果。只有在三维数据和平台相互促进不断提高时, 才能真正展现出城市真实的三维场景, 将三维数据服务于城市管理和决策。
5 结语
A3作为一种新型航空摄影系统, 在数据采集中具备高效率、高分辨率、高精度的特点, 同时还能采集真正射和倾斜影像数据, 在城市三维建模中具有独特的技术优势。基于A3航摄数据制作三维模型, 在传统建模路线上进行了局部创新, 创建了一套新的建模方法和技术流程, 充分利用A3数据优势, 提高模型质量和生产效率。城市三维模型只有在满足现势性、真实性和准确性的基础上, 结合现有三维GIS平台进行单体化操作、城市级大数据分析, 才能发挥三维数据价值, 为城市智慧决策提供分析依据。
参考文献
[1]张祖勋, 张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 1997.
[2]何文林, 郭文.航空摄影测量像片控制点布设方案研究[J].四川测绘, 2003, 26 (1) :43-48.
