張昊成
摘?要:智慧社區(qū)三維建模就是通過對外業(yè)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理,生產(chǎn)出符合智慧社區(qū)通用標(biāo)準(zhǔn)的三維地理信息地圖。從而為后續(xù)的智能挖掘分析、數(shù)據(jù)管理治理以及各種服務(wù)應(yīng)用,提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。本文以SketchUp與3DS?Max兩大主流軟件為基礎(chǔ)分別進(jìn)行智慧社區(qū)的三維建模工作,研究對比兩軟件在精細(xì)模擬建模方面的各自優(yōu)劣并依托Web端開發(fā)結(jié)合超圖(SuperMap)服務(wù)器及開發(fā)端口,對三維模型進(jìn)行相關(guān)二次開發(fā);在網(wǎng)絡(luò)端實現(xiàn)實時三維顯示與屬性查詢功能。以此展示三維建模技術(shù)在智慧社區(qū)管理領(lǐng)域代表性的功能與特點。
關(guān)鍵詞:三維模型?智慧社區(qū)?城市建模?二次開發(fā)
中圖分類號:TU17
3D?Modeling?and?Web?Visualization?of?Smart?Communities
ZHANG?Haocheng
(School?of?Geomatics?and?Urban?Spatial?Informatics,Beijing?University?of?Civil?Engineering?and?Architecture,Beijing,102612?China)
Abstract:The?3D?modeling?of?smart?communities?is?to?produce?a?3D?geographic?information?map?that?meets?the?general?standards?of?smart?communities?by?integrating?and?processing?various?data?collected?by?field?processes,?which?provides?basic?data?support?for?subsequent?intelligent?mining?analysis,?data?management?governance?and?various?service?applications.?This?paper?respectively?conducts?the?3D?modeling?of?smart?communities?based?on?two?mainstream?pieces?of?software:?SketchUp?and?3DS?Max,?studies?and?compares?their?own?advantages?and?disadvantages?in?fine?simulation?modeling,?relies?on?the?Web?side?development?to?carry?out?the?related?secondary?development?of?the?3D?model?in?combination?with?the?SuperMap?server?and?development?port,?and?realizes?the?real-time?3D?display?and?attribute?query?function?on?the?network?side,?so?as?to?demonstrate?the?representative?functions?and?characteristics?of?3D?modeling?technology?in?the?management?field?of?smart?communities.
Key?Words:3D?model;?Smart?community;?City?modeling;?Secondary?development
近年來,以云計算、物聯(lián)網(wǎng)與深度學(xué)習(xí)為代表的劃時代信息科學(xué)技術(shù)的光速進(jìn)步與融合共通并實際應(yīng)用,在近幾年以智慧城市及智慧社區(qū)為代表的數(shù)字化便民工程得到了長足且快速的發(fā)展,它作為一種新型的理念滲透到了百姓生活的方方面面,十分適時的迎合了社區(qū)居民對便利、高效生活的向往。而智慧社區(qū)、智慧城市的實現(xiàn),其根本在于地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持[1]。智慧社區(qū)的概念是“智慧地球”思維理念的衍生物,它建立在新時期信息科學(xué)技術(shù)的框架下,為現(xiàn)代智慧社區(qū)的居民提供高智慧化、高人性化的宜居生活環(huán)境,并以此為起點,形成一種基于社區(qū)管理,信息科學(xué)技術(shù)與先進(jìn)社會服務(wù)的新型社會管理體系。
我國還只是處在智慧化社區(qū)建設(shè)與發(fā)展的初級階段,發(fā)展體現(xiàn)出的差異性正是處于起步階段的體現(xiàn)。因為智慧社區(qū)不僅僅被認(rèn)為是一種建設(shè)和發(fā)展的新思想,同時它也被認(rèn)為是一種提高居民現(xiàn)代化的生活方式,因為它受到了建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本和客觀消費(fèi)產(chǎn)出等諸多影響的局限性。這直接導(dǎo)致了我國智慧社區(qū)處于一個經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)高效,而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)還未能夠得到廣泛運(yùn)行、應(yīng)用、進(jìn)步[2]。
1?主流城市三維建模方法
主流城市三維建模方法主要包括以下4種。
1.1?基于二維GIS的三維城市建模方法
數(shù)字地圖為城市的三維可視化的主要數(shù)據(jù)源頭,各種城市地物要素(如居民區(qū)、地形地貌、交通設(shè)施、水文設(shè)施及植被等)。這些具有高精度特點的幾何數(shù)據(jù)還配備了完善的相關(guān)屬性數(shù)據(jù),十分易于三維社區(qū)建模工作的展開[3]。
1.2?基于影像的三維城市建模方法
攝影測量方法使人們能夠?qū)C(jī)械地獲得許多復(fù)雜的三維社會模型所需的工程和組織信息結(jié)合起來,特別是考慮到高分辨率遙感技術(shù)和計算機(jī)化圖像處理技術(shù)的最新發(fā)展,這種技術(shù)被廣泛認(rèn)為是獲得大規(guī)模、高精度三度空間城市模型數(shù)據(jù)的主要工具。
1.3?基于激光掃描的三維城市建模方法
激光掃描系統(tǒng)可以實現(xiàn)極大范圍內(nèi)3個及以上多級別三維幾何目標(biāo)的實時存儲與讀取。視發(fā)射地點而定,激光掃描系統(tǒng)可分為機(jī)載激光掃描系統(tǒng)、車載激光掃描系統(tǒng)和地面激光掃描系統(tǒng)。
1.4?基于CAD的三維城市建模方法
三維模型與CAD技術(shù)的結(jié)合某種程度上決定了一個三維社區(qū)模型的數(shù)據(jù)采集方式。使用CAD、3DMAX、SU等設(shè)計軟件,既對建模設(shè)計成果進(jìn)行了高精度展示,又體現(xiàn)了其對事物精細(xì)結(jié)構(gòu)排列的掌握能力,尤其是材質(zhì)貼圖的紋理特點;可以說,這種方法與其他精確測量生成模型的建模方法相比,在細(xì)節(jié)還原上有著相當(dāng)優(yōu)勢。
2?建模具體流程
2.1?SketchUp具體建模流程
SketchUp的3種基礎(chǔ)建模方式分別是繪制組合文件調(diào)用、二維數(shù)據(jù)面要素代替及三維空間模型的繪制。而對三維模型進(jìn)行繪制是三種方法中優(yōu)先級最高的方法;對第三方組件進(jìn)行下載可以實現(xiàn)有效節(jié)省時間的目的,所有的組件在模型中作為標(biāo)準(zhǔn)模型出現(xiàn),類似于植被、人員以及便民附屬設(shè)施等[4]。
(1)地形是社區(qū)架構(gòu)的主要承載面,也是模型構(gòu)成的重要一環(huán)。對于SketchUp模型來說,地形屬于獨立的群組,其具備了編輯以及修改的功能。地形的制作方式主要有以下幾種。
①等高線生成法。常用于不平整地形的繪制。實際上,設(shè)計圖紙是由計算機(jī)輔助設(shè)計的,通過等高線反映地形。等高線是一條封閉曲線,與地形圖中的等高點相連。把等高線圖導(dǎo)入SketchUp?模型中,自輪廓生成工具會將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并生成非平整地形。②網(wǎng)格生成法。也是一種形成不規(guī)則非平整面的方法,在網(wǎng)格中,通過位置控制網(wǎng)格行數(shù),或者直接將長度輸入值框,通過操作得到相應(yīng)的網(wǎng)格實體,此時網(wǎng)格本身確定為一個群組。
(2)道路社區(qū)中的道路在平面上必須流暢,因此,將各區(qū)域分開。道路圖一般是在CAD繪制的,接著被納入SketchUp模型,道路平面必須是閉合的,道路平面能夠進(jìn)行直接繪制。
(3)社區(qū)建筑屬于社區(qū)景觀設(shè)計中的主要內(nèi)容之一,應(yīng)使用精細(xì)建模,表達(dá)盡量多的內(nèi)容。在編輯畫線時順從軸線方向;切勿重疊模型的線與面,避免模型發(fā)生過大的交疊。
(4)植物很重要,同時也是基本的社區(qū)造景元素,然而,植物的自然形態(tài)成為了SketchUp表達(dá)一個弱點,可以說是每一個三維計算機(jī)程序的一個難題。通常,?SketchUp模型里面的植物都是作為群組而存在,應(yīng)直接借助組件,或在輸出二維圖像后在后期渲染處理軟件中進(jìn)行再加工。
整理相應(yīng)距離及比例關(guān)系,對邊緣地塊進(jìn)行拉伸成型后,輸出社區(qū)模型成果如圖1所示。
2.2?3D?Max具體建模流程
一般來說,基于社區(qū)的建筑模型基本上是貼圖數(shù)據(jù),其還涵蓋了有關(guān)的建筑物高度屬性,為了節(jié)約時間和資金,并確保獲得的建筑物的高度數(shù)據(jù)準(zhǔn)精確無誤,應(yīng)當(dāng)從高分辨率圖像中提取建筑物陰影相對長度,同時考慮到具體的條件和算法,從建筑物高度提取這種陰影,以此作為建筑模型的基礎(chǔ)高度[5]。選擇3D?MAX建模,應(yīng)實時存取建筑數(shù)據(jù),尤其是實體地形數(shù)據(jù),并導(dǎo)入?3ds?Max?中編輯提取的建筑數(shù)據(jù),將視圖轉(zhuǎn)換為全景圖,鎖定之后要建模的二維空間線,并收集貼圖數(shù)據(jù)和遙感圖像,為建模工作提供數(shù)據(jù)資料。
統(tǒng)計社區(qū)中需要建模精細(xì)度高的大型建筑物;如使用工程中的高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行實際建模,則要根據(jù)?AutoCAD矢量底圖來確定建筑物的形狀以及位置,利用從高分辨率圖像中提取大樓陰影的長度,同時結(jié)合相關(guān)算法和圖像參數(shù);這樣就可以提取出建筑物的高度。而模擬建模也需要一個相對精細(xì)的AutoCAD底圖作為支撐。凍結(jié)3D?Max社區(qū)模型的建筑底圖,并盡可能將其應(yīng)用于模型建立的環(huán)節(jié),以1∶1的比例對其進(jìn)行精確建模,注意點面要盡可能的少;貼紋理數(shù)據(jù),數(shù)碼相機(jī)拍攝紋理實體圖片,有兩種思路可供考慮:一是使用內(nèi)部的vray渲染器完成相應(yīng)渲染工作;二是使用外部的PhotoShop軟件完成模型的外部紋理渲染;建模完成后,能夠?qū)⒛P捅4鏋槎喾N格式:WRL格式、3DS格式或obj格式等,有利于其進(jìn)行日后的優(yōu)化與運(yùn)用。完成主要地物布局,對主要地物即建筑與植被進(jìn)行建模與編輯,并完成建模,如圖2所示。
3?智慧社區(qū)三維建模二次開發(fā)
3.1?開發(fā)組件與平臺
開發(fā)平臺使用VS?Code編譯器,簡單介紹一下,VS?Code是GitHub上的頂級開源項目之一,它作為一個免費(fèi)下載的編程項目實現(xiàn)了平臺化。此編譯器能夠在桌面上運(yùn)行,還具有?Windows,mac?OS和Linux。能夠支持JS、TS的內(nèi)置,可以充實其他語言(例如C#、Java、Python、PHP)和運(yùn)行時擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)。開發(fā)組件使用超圖即SuperMap提供的iDesktop桌面開發(fā)包與iServer云服務(wù)組件。iServer與iDesktop都屬于超圖軟件的SuperMap?GIS?10i(2020)體系框架中,所以簡單介紹一下相應(yīng)的情況;超圖軟件研發(fā)的大型?GIS?基礎(chǔ)軟件系列——SuperMap?GIS,集二三維一體化空間數(shù)據(jù)采集、編輯、輸出及可視化于大成的綜合性軟件平臺。
3.2?功能實現(xiàn)思路與結(jié)果
使用SuperMap處理max文件,在iserver上發(fā)布模型的相關(guān)服務(wù);使用VS?Code?調(diào)用SuperMap桌面GIS功能進(jìn)行屬性查詢、縮放、三維可視化功能的調(diào)用;最后使用Cesium調(diào)用模型,進(jìn)行三維模型的三維顯示,如圖3所示。Cesium屬于國外一個基于JS編寫的使用WebGL的地圖引擎,Cesium具備了支持3D,2D形式的地圖展示的功能,其能夠自行繪制圖形并具備了很好的觸摸支持,兼容大量的chrome端口[6]。相當(dāng)于Web端的Google?Earth,且更加靈活。使用Live?Server插件可以在開發(fā)代碼過程中隨時進(jìn)行Debug。
在Live?Server插件幫助下,在瀏覽器中以WebGL的云服務(wù)形式成功運(yùn)行,在Cesium提供的三維地球表面成功與相應(yīng)地塊匹配,并實現(xiàn)縮放,三維可視化及屬性查詢等重要功能的實現(xiàn),如圖4所示。而Live?Server作為?iserver云服務(wù)組件之一,作為跨平臺GIS為核心進(jìn)階而來的云計算GIS應(yīng)用服務(wù)器,具備了很強(qiáng)的?GIS?服務(wù)發(fā)布能力,同時還支持多層次的擴(kuò)展以及開發(fā)操作。尤其有著大量空間數(shù)據(jù)的支撐,其有關(guān)大數(shù)據(jù)和地理空間分析的三維Web服務(wù)十分優(yōu)秀。
4?結(jié)語
本文經(jīng)過大量文獻(xiàn)調(diào)研并分析了現(xiàn)階段各類三維建模軟件的應(yīng)用狀況及建模效果,并以SketchUp與3D?Max兩大主流軟件為基礎(chǔ)針對智慧社區(qū)場景下進(jìn)行精細(xì)建模工作。在進(jìn)行方法對比的同時,本文依托Web端開發(fā)技術(shù)結(jié)合超圖(SuperMap)服務(wù)器及開發(fā)端口,對三維模型進(jìn)行相關(guān)二次開發(fā);在Web端實現(xiàn)實時三維顯示與屬性查詢功能。以體現(xiàn)三維精細(xì)建模技術(shù)在智慧社區(qū)管理層面上的必要性及便利性。
參考文獻(xiàn)
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