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三维建模范文第1篇
关键词：三维建模，分形理论，山体，仿真
0.引言
随着信息技术的逐步发展和社会要求的逐步提高，虚拟现实的研究领域开始转向山体、水域等不规则形态的实体。而由于计算机处理能力有限，地形数据获取困难，可视化处理复杂，三维显示效果缺乏真实感等问题逐渐显现。本文以山体为例就不规则形体的可视化过程进行研究，探讨一种不需要实体数据，计算机可视化技术与数学分形理论相结合的三维地形可视化的处理方法。
虚拟地形的可视化具有随机性和复杂性，在对山体的三维建模过程中，首先对山体的实际形态进行研究，针对虚拟地形数据的特点进行参数设置和纹理映射，利用计算机可视化技术，创造性的融入分形技术，实现对山体的建模。同时利用分形理论实现山体表面树木的覆盖，达到仿真的效果。
本文探讨的山体的三维建模方式，是基于笔者题为《连云港地区虚拟现实研究》的基础上的，在对其虚拟现实的研究过程中对山体的建模采用的是3Ds MAX与VRML相结合的方式进行的。
1.分形理论概述
随着社会科技的进步，分形理论从最初的研究自然界和非线性系统中的不光滑和不规则的几何形体逐渐发展为研究人类社会经济活动中存在大量的现象。分形理论着重研究自然界和社会活动中普遍存在的无规则而具有自相似性或统计自相似性的系统或现象，如弯弯曲曲的海岸线，起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面等。这类客体不具备特征尺度，用不同倍数的放大镜去观察它们，其相貌是相似的，并且这个性质不随观察位置的变化而变化。自相似性普遍存在物质系统的多个层次上，物体或几何图形的维数的变化可以是连续的，即其维数可以不是整数[2]。
而以山体、河流等不规则几何形体为主要内容的地球系统，其时空展布具有分形的特点。普通的数理理论中的均匀、连续及光滑边界条件下的问题求解方法远不能满足地学问题的研究需要，分形理论的出现为研究类似地球系统这样的复杂系统提供了一种新的研究方法。
2.虚拟现实三维山体建模方法初探
在对山体进行三维建模时可以使用强大的三维建模工具3Ds MAX或是虚拟现实建模语言（VRML）进行。对于地形数据，还可以借助VRMAP进行拉伸从而实现三维实体的可视化仿真。
笔者在进行《连云港地区虚拟现实研究》时考虑采用强大的三维建模工具和虚拟现实建模语言相结合的方式进行，所收结果不尽如人意（如图1所示）。为此，探索更加符合地形数据特征的三维建模方式有助于更加清晰地对地理实体进行分析研究，从而真正实现地形数据的三维可视化。在可视化的基础上借助虚拟现实建模语言VRML强大的扩展性能，结合JavaScript脚本实现三维实体的放大、缩小、漫游、查询等人机交互功能。
考虑到地形数据的复杂性及其获取的难度，在进行山体的三维建模时还可以采用三维建模软件SketchUp对场景进行三维建模，使用遥感图作为底图，在底图的基础上对相应的山体进行拔高，利用等高线形成基于现实的虚拟场景图（如图2所示），在SketchUp软件中可同样对所选场景进行放大缩小漫游等操作，但是实现场景仅能对山体底部的轮廓相对应，与山体实际自相似的 层次 结构不相吻合。科技论文。
三维建模范文第2篇
关键词: 虚拟校园设计三维建模建模方法比较
一、前言
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是一项综合集成技术,它涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域,它利用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人通过必要的装置,可以对虚拟世界进行体验和交互作用,从而产生亲临真实环境的感受和体验。
虚拟现实代表着未来的计算机交互界面,是一种完全沉浸式的交互界面。目前,虚拟现实技术已在医学、军事、航空、制造业、建筑、教育、娱乐等众多领域得到成功的应用。
虚拟现实强调人的沉浸感,其中最核心的问题是场景建模技术。VR场景中的物体一定要逼真,让人看到它们就会与现实的相关物体联系起来,这就要求物体的几何造型、材质、光影效果等与现实世界的物体一致。现在人们通过不少方法和途径来实现这一目的,3DS Max和Maya是主要的三维场景建模软件。
二、我校实现虚拟校园设计
基于VRP的虚拟校园,被定义为对现实学校三维景观和教学环境的数字化和虚拟化,是一个基于现实学校的三维虚拟环境,用于支持对现实学校的资源管理、环境规划和学校发展。在这个平台上我们可以设计、开发基础服务,其中系统漫游是比较重要的一个模块,其前提就是三维建模。在我校省级课题《基于VRP的虚拟校园的设计与实现》中,均采用了3DS Max软件完成校园内各场景的建模。
三、建模方法比较探讨
我们在建模之前必须有一个详细的规划,前期我们如果不对场景的模型进行很好的优化,到了制作后期再对模型进行优化时就需要重新回到3DS Max里重新修改模型,这样就大大降低了工作效率。
下面以我校虚拟校园室外建筑模型为例,比较两种不同的建模方法。
方法一:局部―整体。
思路:将CAD文件导入3DS Max,使用捕捉工具,分别创建模型的各个组成部分,类似于搭积木,然后优化模型,最后塌陷,使之成为整体。
室外建模工作量比较大,我们首先必须看懂各种CAD图纸,然后根据标准的CAD图纸来创建标准的模型,最后进行材质、灯光、烘焙等操作。我们的具体操作步骤如下:
第一步:整理CAD图纸,把各个立面独立出来,清除不必要的标注、多余的内部结构线条等,然后保存为独立的CAD文件。使3DS Max文件的场景的尺寸与系统尺寸和要导入的CAD的图的尺寸一致。
第二步:将整理好的各个立面的CAD文件导入,分别绘制立面模型,再合成整个模型。
在操作时打开捕捉工具,以创建墙体为例,根据CAD图纸绘制墙体的外框,然后挤出得到墙体。门框的处理与之相似,先绘制一个门框的二维线框架,在“Segment”级别下删除门框下边的线段,设置门框的宽度,接着将该二维线条转换成“Poly”物体,在“Poly”的“Edge”级别下选择门框内边,在按住Shift键的同时拖动鼠标以复制该边得到门框的厚度。
其他如窗、阳台等,分别按CAD图纸辅以捕捉工具创建。各立面创建完成后,再利用捕捉工具对齐。
第三步:逐一选择物体将其转换成“Mesh”或“Poly”,然后切换到“Polygon”级别下将各个物体之间的看不见的面、重叠的面和相交的面都删除,再把相同材质的模型塌陷到一起。最后将导入的CAD图形删除。
用这种方法建立的模型(模型为双面)面数比较多,并且在制作的过程中对象间要进行频繁的对齐操作,此外需占用相当多的系统资源,若要对模型进行修改,修改的工作量比较大。
使用该方法创建的我校体育馆模型,由9个模型组成,共15327个面(如图1)。
方法二:整体―局部。
思路:根据CAD图纸,使用多边形挤出的方法,从整体不断分离创建出新的模型,最终形成整个模型。
使用该方法创建模型,前期的准备工作比较重要,必须仔细研究建筑本身和CAD图纸,考虑如何从整体出发,分别实现各个组成部分的模型创建。在具体实现时清晰的思路会提高操作的可行性和效率。
以我校体育馆模型为例,它实际由体育馆和游泳馆两部分组成,其外部形态和贴图不尽相同,所以在具体操作时我们可分别实现。
第一步,根据CAD图纸,按实际尺寸,创建一个“Box”并转化为“Poly”作为体育馆一层整体,然后用多边形挤出的方法构建其余楼层,得到大概模型轮廓。
第二步,制作细节部分。比如在创建一楼门、窗、台阶等部分时,先选中有关的边,进行连接操作并设置切角量,根据实际情况选中多边形执行多边形挤出等操作,最后将其从整体分离出去。
举一个简单例子,我们可以将一个多边形作为台阶的初始对象,连接左右边,然后分别选中多边形挤出。如图2-4:
用相同的方法创建各对象,包括楼门、窗、台阶、雨篷、走廊等。
第三步:将材质相同的对象塌陷到一起,减少模型个数,便于后续贴图操作。
使用这种方法建立的模型(模型为单面)面数比较少,并且在制作的过程中对象间不必进行对齐操作,若要对模型进行修改,修改的工作量比前一种方法少很多。
使用该方法创建的我校体育馆模型,由6个模型组成,共5333个面(如图5)。
比较两种方法的实际操作,第一种方法容易上手,在模型制作初期效率比较高,但是随着模型个数越来越多,对齐操作也比较频繁,容易出错。有时遇到设计图和实际建筑细节方面不符合的情况,我们使用捕捉工具辅助创建模型,反而会造成很大的困扰。由于模型面数比较多,我们必须把一些不必要的面删除,如果还要对模型进行修改,修改的工作量是相当大的。
使用第二种方法,虽然在创建模型之初我们要花一定的时间分析如何下手,但只要理清操作思路,效率是比较高的。用这种方法创建的模型,不需要进行对齐操作,面数相对要少很多,符合虚拟校园三维模型的要求。如果模型完成后需要修改,修改的工作量较少。当模型全部完工并制作好贴图后,我们明显感觉用第二种方法制作的模型精细程度更高。
四、结语
由于虚拟校园各场景建模的工程量比较大,选择相对高效的建模方法,对节省系统资源、模型集成和场景漫游有着重要的意义。本文仅以建筑模型的创建为例,除了建筑物,其他辅助设施也是必不可少的,包括道路、植物、人物、车辆等,这些三维模型的创建有着不同的方法和技巧。目前,我校《基于VRP的虚拟校园的设计与实现》课题组在学校各方面的配合支持下,已取得了阶段性成果,我们将在实践中不断摸索虚拟现实中的三维建模。
参考文献:
[1]万宁,冯梅.关于虚拟现实中的三维可视化建模技术.应用技术,2007.1,(1).
[2]余莉,王乘.基于虚拟现实技术的数字校园三维仿真系统.计算机仿真,2004,VOL21,(4).
[3]董浩明,陈建国,叶俭建,陈定方.虚拟现实建模方法研究.湖北工业大学学报,2005.6,VOL20,(3).
三维建模范文第3篇
作为一种应用广泛的CAD软件，AutoCAD具有较为完备的三维实体模型建模功能。然而让很多使用者感到不便的是没有提供文字三维实体模型的建模方法，让很多使用者感到不便。笔者通过摸索，找到了一种在AutoCAD中进行文字三维实体模型的建模方法，下面就以建立 “WenZi SanWei MoXing 文字三维模型”为例，介绍这种方法实现的步骤。
一、建立二维的文字对象
AutoCAD建立二维文字对象，首先要设置合适的文字样式。执行“style”命令新建一个文字样式，名称为“宽笔划样式”，字体必须是笔划具有一定宽度的，这里选用“楷体”字体。
使用“text”或“mtext”命令建立所需要的文字对象，如“WenZi SanWei MoXing 文字三维模型”，文字的字高等尺寸可根据实际需要设定。建立的二维文字对象如图1所示。
这样建立的文字对象属性是“TEXT”,是不能通过“拉伸extrude”“回转revolve”等命令生成三维实体模型的，只有属性是“LWPOLYLINE”或“REGION”的对象，才能通过三维编辑命令生成三维实体模型。如何将“TEXT”属性的文字对象转变成“LWPOLYLINE”或“REGION”属性的对象就是接下来要解决的关键问题。
二、添加一个DXB打印机
操作步骤如下：
点击“工具”下拉菜单；
选择“选项”；
在打开的“选项”对话框中选“打印和”；
选“添加或配置绘图仪”；
在弹出的对话框的“名称”列表中双击“添加绘图仪向导”。
弹出“添加绘图仪向导”的对话框；
在“添加绘图仪―简介”界面直接点“下一步”；
在“添加绘图仪―开始”界面选“我的电脑”选项后点“下一步”；
在“添加绘图仪―绘图仪型号”界面的生产商列表中选“AutoCAD DXB文件”后点“下一步”；
在“添加绘图仪―输入PCP或PC2”界面直接点“下一步”；
在“添加绘图仪―端口”界面选“打印到文件”选项后点“下一步”；
在“添加绘图仪―绘图仪名称”界面的绘图仪名称输入框中已有缺省的名称“DXB 文件”。如图2所示。
在“添加绘图仪―完成”界面中直接点“完成”。
执行完添加绘图仪器操作后，就为AutoCAD配置了一个特殊的打印机：“DXB文件.pc3”，这是一种文件打印机，打印时将输出的内容输出保存在“DXB”文件中。下一步操作就是用这个打印机打印二维文字对象从而生成一个文字轮廓图形文件。
三、将文字打印输出到DXB文件（即生成文字轮廓图形文件）
操作过程如下：
第一步：选择“打印”。
第二步：在弹出的“打印对话框”按下述设置进行打印输出：“打印机／绘图仪”名称下拉列表中选“DXB文件.pc3”；“打印区域”选“窗口”，用窗选方式回到绘图界面选定包括文字的矩形区域为打印范围；“打印比例”设置为“1∶1”；“着色打印”选“消隐”。
第三步：选择“确定”后，会弹出“浏览打印文件”的对话框，输入文件名：“文字轮廓”，注意缺省的文件扩展名为“.dxb”，点击“保存”。
这样就得到一个“文字轮廓.dxb”文件，这个文件中的内容就是所输入文字的轮廓线，可以说这是一种特殊的图形文件。注意文件的路径，可以选定较为容易找寻文件的桌面文件夹。
四、调入DXB文件
使用“新建NEW”命令新建一个AutoCAD图形文件。
在新建文件中，调入“文字轮廓.DXB”文件。这种特殊的图形文件不能用“打开open”命令调入，而是要用一个特殊的命令“dxbin”。
在AutoCAD命令提示行中输入“dxbin”回车执行命令，弹出“选择DXB文件”对话框，找到上一步生成的“文字轮廓.DXB”,单击“打开”，即可将文字的轮廓图形调入到当前图形文件中。
回到绘图界面后，由于调入的对象可能不在当前的视野内，可能看不到调入的文字轮廓对象。这时可采用缩放命令调整视野。执行“ZOOM”命令，选“E（范围）”，即可看到当前文件中的所有对象，至此显示结果如图3所示。
这些对象属性全部是“直线LINE”,即使是“O”字母的圆弧也是由一段段短线首尾连接而成的。
检查文字大小，若不符合要求，可进行比例缩放达到所需要的尺寸。
五、生成文字三维实体模型
用“REGION”命令将所有文字轮廓线转变成“面域”后，为了显示立体效果，在执行建模命令前先将视角调整为“西南等轴测”视角。
使用“拉伸（extrude）”命令生成文字三维实体模型，如图4所示。至此，通过前面介绍的几个步骤，最终建立了所需要的文字三维实体模型。
本文介绍的AutoCAD建立文字三维实体模型的方法包括6个步骤，当然，并不是每次都一定要完全按照这6个步骤来进行，如第一次设置了DXB打印机后，以后就不用再执行这一步了。
此外，调入DXB文件后，文字轮廓的尺寸大小、轮廓精度不一定满足要求，这些都可以使用AutoCAD的图形编辑命令进行调整，以达到自己的需要。
可以说，结合AutoCAD的全面功能，采用以上介绍的方法可以建立任何文字的三维实体模型。
参考文献：
[1] 彭来强. 论AutoCAD教学中存在的问题及对策[C]. 中国工程图学学会, 第十二届全国图学教育研讨会暨第四届制图CAI课件演示交流会论文集:322-325.
三维建模范文第4篇
1生物建模技术的数据源
计算机仿真技术平台系统从各个角度,不同路径设置,形象地展示集声音、粒子动画方案的设计效果展示。使客户可以身临其境的在三维虚拟空间感受到方案完成后的动态效果，有利于更加清晰的规划方案，确定方案的合理性与可行性。
针对几何对象的设置方案和无缝编辑的生物建模技术的分类研究。
创建对象的几何模型分为 stand primitie与 extended primitie两种创建方式为几何模型对象内部所固有的有着几何性质的可编辑的抽象模型，它们也可以作为基础模型辅助高级模型的创建，其精度线段细分都可以通过修改面板进行调节。几何模型所表现的属性性质可分为子层级，子层级内部可以分层编辑修改，最终完成基础模型的创建工作，修改包括三维几何体对象的基本点、线、面、多边形形态的子层级，反映几何体对象的面层级的特点；在三维仿真平台系统应用中体现要求的说明信息等。
2 三维建模的技术分类
我们通过不同的设计方案完成初步草图的设定,以及建筑模型的平面、立面设计,或是应用图形图像资源库中的标准几何体来完成初始模型的创建工作。细致模型的创建需要通过无缝编辑的生物模型来完成,或是根据不同的造型结构,通过物体合成命令来完成建筑模型的最终创建工作。建筑的不同环境效果和不同材质的划分以模型的不同面的表现来区分,并根据不同的分隔面来设置不同的ID号码,通过不同的ID号码由系统来区分不同的材质连接属性。
目前，根据模型的分类差异，三维建模在计算机仿真领域中技术上分为几何建模类型和动态建模类型。
3 静态三维模型库数据的获取
模型库建立的难度主要在三维模型建模的精模与低模的转化过程，在三维模型创建之前，首先需要数字资源的收集整理,主要包括 DWG地图和地形的测量数据、航拍、设计图纸、以及常用模型的数据资源等数据资料。三维仿真系统中建立模型资源库,针对静态三维模型而创建的,为了方便静态模型资源的重复利用,以及方便静态模型的资源管理和模型信息升级,因此设置模型信息分类存储。
静态模型资源库大致分为以下几类:建筑三维模型以及公共设施附属模型：地标性建筑模型；交通设施模型；公共模型设施；绿化植被模型；水体模型；景观及游乐设施；模型库资源的建立主要是由AutoCAD和3DSMAX来完成的。
在 AutoCAD中完成三维场景的平面图创建后，将其导入3 DSMAX中，进行地面模型的创建，并且分割地形、地势，以便之后三维模型的面数与贴图的赋予不产生面的轴向 UV问题。应用3DSMAX进行初使模型的创建，由于造型能力强，并且可以很好的与仿真软件进行模型的应用导入，因此常用于虚拟仿真的三维建模部分，模型有很强的仿真立体效果。植物模型的创建，一般植物建模通常面数很高，也就产生了数据量的问题，因此现今植物建模的各种效果展示中真正的植物模型应用比较少，通常是应用大量的以面为单位的植物贴图以达到场景中需要的视觉效果，尤其是应用通道透明贴图。三维模型创建完成后,通过三维仿真资源数据库进行管理和操作的。
三维模型资源库将模型分为：高精度模型、中精度模型、低精度模型,方便三维仿真场景中对于近景、中景、远景的不同需求,当摄影机跟随路径约束到视图远景时,所显示的模型为低精度模型,如此可以大量的节省场景中模型的计算量,以达到实时交互的刷新频率要求; 当摄影机跟随路径约束到视图近景时,所显示的模型为高精度模型, 保证了实时交互,对三维场景中的近景模型的高精度的视觉要求。三维场景数据库的模型资源表现了真实环境中的建筑模型合并到虚拟三维场景中的细节效果反应，包括三维场景中的天空作为一个球天模型的环境贴图对建筑模型群体的色彩影响。
4 粒子动态现象的建模
计算机仿真技术在虚拟环境中,创建静态的三维几何体模型的交互效果显示，对于实时仿真来说是无法满足用户的视觉显示效果要求的，三维物体的性质还涉及动态模型的应用,从三维物体运动的位置改变、以及物体之间的相互碰撞、三维模型的角度捕获、物体的缩放变形、以及三维模型的子层集表面变形等等。我们以视图坐标为中心，以运动的物体自身坐标进行轴向的运动变化。三维场景中的每个对象都有一个自身坐标，物体可以以自身为轴向进行运动，这样的坐标称为自身坐标系统。这个坐标系统的位置随物体的移动、旋转、缩放而改变。通过关键帧的设置,完成需要的动态模型创建。
针对三维场景还有一个世界坐标，场景中的所有建筑模型都遵从于这个世界坐标。通常动态现象建模应用粒子系统，以及动力学系统，表现水景、云雾、风、火焰等，水体模型建造在地形变化中起着重要的作用，同时是建筑表现效果的重要内容，场景实时渲染的要求，通常应用粒子系统完成水景动态特效后输出动态文件，再将其以贴图纹理的方式附予场景中的建立好的面片中。虚拟对象 reactor的空间绑定,这是配合粒子系统的动力学系统,属于物理建模方式,通过对于虚拟物体的空间绑定,确定 reactor的质量、重量、摩擦力、惯性,以及物体的反弹参数值等等，这些特性与三维建模及其虚拟仿真平台结合起来，形成一个虚拟模型空间。
5 结论
三维场景中的物理建模涉及到动力学系统,是虚拟现实系统中比较高层次的模型创建，因为它需要物理学中动力学和重力系统与计算机图形学相结合，涉及到动力学系统中力的作用问题，主要是三维模型的重力、摩擦力、反弹值。
除了人机交互中相互作用的系统程序应用外,还有在计算机模拟三维仿真系统平台中所呈现的粒子系统和动力学系统，创建粒子系统的动画运动行为模型。使得虚拟仿真系统平台可以自主性控制，也就是设定场景的动态信息后,用户不与之交互,指三维物体的活动变化以及周围环境和其它运动实体模型之间的动态关系，比如风效、雨景特效等，它们不受用户的输入控制（也就是说用户不与之交互）。
参考文献
[1]曾金发.虚拟现实复杂场景生成简化和优化技术研究[D]. 南京理工大学，2004.
[2]张文君.城市规划中虚拟现实景观设计及其应用展望[J].计算机工程与应用，2005(35).
三维建模范文第5篇
关键词：三维建模；建模方法；地理环境；倾斜摄影
目前，各种三维建模方式已经相对比较成熟，倾斜摄影建模、近景摄影测量、激光点云等技术被广泛应用。然而，这几种建模方式都有一定的局限性，并不是在任何地理条件下和环境下都适用，若遇到多种复杂地理条件则存在困难。如何在多种地理环境和条件下完成三维建模是一个值得研究的课题[1-3]。文章以甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉部级风景名胜区为例，分析景区内特有的地形地貌，结合现今主流的建模方法，如无人机倾斜摄影测量、地面近景摄影测量、三维激光扫描等多种技术手段，对多源数据融合建立景区三维模型的方法进行探索研究。
1常见三维建模方法
1.1基于二维地理信息数据的三维地理信息建模方法
基于二维地理信息数据的三维地理信息建模是以地理信息二维数据为基础，如数字地形图及相关资料提供的空间数据和属性数据，通过一定的手段获取现实实体的纹理、属性信息，以及数字高程模型数据，在三维建模软件中对所获取的地理信息数据及纹理、属性数据进行加工，并建立三维模型，构建虚拟的三维现实世界[4-6]。根据所使用建模软件的不同，又可以分为3DSMAX建模和GIS软件建模等。
1.2倾斜摄影测量三维地理信息建模方法
倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，指在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，从而获取地面物体更为完整准确的信息[7-8]。这种摄影测量技术被称为倾斜摄影测量技术，所获取的影像为倾斜影像。相对于正射影像，倾斜影像能从多个角度观察地物，能更加真实地反映地物的实际情况，极大程度上弥补了正射影像应用的不足。利用倾斜摄影测量获取外业倾斜影像后，通过配套软件如Smart3D软件等，可直接生成三维模型。
1.3三维激光扫描点云建模方法
相较于传统测绘技术，三维激光扫描技术具有模型立体测量方法先进、测量精确度高和测量时间短等优点。该技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，且通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。同时，可以快速、大量地采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供一种全新的技术手段[9-10]。三维激光扫描系统可以密集、大量地获取目标对象的点云数据，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型（尤其是建筑物模型），这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。因此，该技术在文物古迹保护、建筑、规划等领域应用非常广泛，目前室内建模也主要基于三维激光扫描测量技术。
2多种地理环境下的三维建模
2.1研究思路
针对每个区域不同地貌地物特征采用不同建模方法进行数据采集，最终完成整个区域的模型建立。（1）沙漠区域建模。沙漠区域建模是该项目的难点。对于传统的倾斜摄影，沙漠纹理较弱，直接影响图像间的匹配，倾斜摄影照片空三无法解算，且弱纹理区域模型存在大量空洞无法弥补；三维激光扫描属于主动遥感，可以采集沙漠区域三维信息，具有较高的几何精度，但是纹理信息不丰富，建立的模型可视化程度不高。针对该问题，拟采用基于三维激光扫描和现场拍照相结合的技术进行融合建模，具体如下：先对点云数据和照片按照一定的方式进行校正，必要时在现场布设标靶，对校正后的数据进行自动化三维建模，从而增强三维实景模型的可视化效果，更好地表达现场细节信息。（2）重点建筑区域建模。倾斜摄影建模通常较难达到毫米级精度，故针对月牙泉重点建筑采用点云影像融合的方式，由激光点云提供结构信息，能够实现重点区域毫米级超高精度建模。
2.2景区地形地貌
甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉部级风景名胜区气候干旱，具有降水少、蒸发强、冬寒夏酷、昼夜温差大、日照充足、辐射值高、多大风等特点，属于典型的大陆性干旱气候区。景区包括著名的敦煌月牙泉及其周边的沙漠戈壁景区。景区内覆盖有沙漠、绿洲、重点景观等极具特色的地形地貌，这也对三维建模提出了挑战。需要进行三维建模的区域主要包括景区露营基地、景区服务区、会展中心，约20km2；景区周边居民点及景区重点区域，约2.3km2；月牙泉及周围，约0.94km2；风景名胜区约76.59km2。
2.3景区分区
根据景区内地类分布特点，对建模区域进行分区，将景区分为5个区块，如图1所示。针对每个区域不同地貌地物特征采用不同建模方法进行数据采集。景区界线外区域（区块1）西南、东部和西北角为大面积的沙漠戈壁区域，西北东侧为农田；月牙泉以南的区域（区块2）全部为沙漠地区；景区北侧和露营基地（区块3）西起党河九连湖经一支路至会展中心，区域内地势平坦，分布着居民点、农田、水渠和道路等地物，这些区域地物、地貌复杂；景区重点建筑区域（区块4）延鸣山路、敦月路经鸣沙草堂至敦煌民俗博物院，这些区域是景区的重点区域，分布着诸多古建筑，部分古建筑满足三维建模要求，同时古建筑细节部分也需要进行三维展示；月牙泉以及周边沙漠区域（区块5）主要分布有鸣沙山沙漠、月泉阁和月牙泉，这些区域既是建模的核心区也是难点区。
3分区三维建模
景区界线外的区域如图2所示。为了满足主要地物如道路、河流、水渠、居民点等的采集要求，采用1m分辨率的正射影像作为底图数据提供纹理。这些区域临近景区，不作为景区建模的主要范围，只在整体模型上反映其底图纹理和主要地物，为三维模型制作提供基础数据。因此，数据采用分辨率为1m的DOM作为底图数据，并提取重要的地物信息。景区南侧大范围沙漠区域面积约为72km2，如图3所示。该区域植被稀少且无其他地物，沙漠区域纹理单一，限于倾斜摄影技术上的局限性易形成空洞区，无法通过空中三角测量建立沙漠区域模型，且沙漠属于流动状态，数据的时效性差，不适合进行三维建模。因此，制作三维模型时可基于二维地理信息数据的三维地理信息建模方法，采用精度10m的DEM与精度为1m的DOM数据叠加展示三维效果，满足成果的要求。无人机倾斜摄影具有作业范围广、效率高、拍摄速度快等特点，因此露营基地、景区服务区至会展中心沿线约20km2采用倾斜摄影采集数据，利用自动化处理技术建立三维模型。首先，对空中倾斜摄影数据和补摄数据分别进行空三计算，生成三维点云数据；然后，融合高精度、高密度点云数据并构建TIN，对TIN进行编辑，使之较为平滑，贴合实际地形；最后，根据TIN三维位置信息，获取最优航摄视角原始影像，自动映射纹理，建立航摄分区的实景三维模型。该方案能够对多源异构数据自动化融合建模，实现两种技术的优势互补，建立的模型兼具激光扫描的毫米级几何精度和影像的高分辨率优势，同时能够实现沙漠地区弱纹理建模，突破技术上的瓶颈。通过点云与照片融合建模，毫米级数据精度也能够满足未来古建测绘、文物保护需要。景区重点建筑区面积约2.3km2，包含鸣沙草堂、敦煌历史博览园、敦煌民俗博物院、雷音寺、月牙泉景区游客接待处、会展中心、管理处等，主要以古建筑为主，属于旅游区的核心区。该区域拟采用无人机倾斜摄影、无人机低飞贴近摄影、地面单反高分辨率相机拍照、地面激光雷达等多种方式联合进行数据采集，沿街房屋利用无人机低飞采集房屋立面信息，弥补倾斜摄影有采集盲区的缺陷，确保影像地面分辨率优于1cm。然后将无人机倾斜摄影测量获取的大场景、局部场景、地面细节补拍的数据进行融合处理。利用倾斜摄影测量建模系统进行精细化建模，建模过程中应把控高、中、低三类数据的匹配连接，并根据数据融合效果，对不能满足成果质量的部分及时进行数据补拍，再进行数据融合和处理。无人机倾斜摄影空三处理效果如图4所示。月牙泉及周围的区域面积约0.94km2，采用基于Con-textCapture三维激光扫描和影像融合的方式自动化生成高分辨率实景三维模型，相比传统手动建模，更能反映现场真实环境信息。自动化建模能显著提高建模效率，同时建立的模型兼具三维激光扫描仪的高几何精度和照片的丰富纹理优点，也能够完整地实现沙漠区域实景三维建模。匹配密集点云效果如图5所示。
4结束语
对于甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉部级风景名胜区内多样的地物地貌，单一的建模手段无法满足景区内多样的三维建模要求。因此，文章基于多源数据融合技术，结合地面三维激光扫描技术、倾斜摄影测量技术对景区进行三维建模。通过各单一数据源建模以及多源数据融合的方式，很好地解决了多种地理环境下的三维建模问题，可以为以后多种地形地貌区域的建模提供参考。
参考文献：
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