三维数字城市建模及数据获取课件.pptx
,课后思考题汇报,三维数字城市建模及数据获取,吴 旭 祥,随着数字城市技术的发展，以二维数据为主体的GIS应用,已经不能满足城市专业应用的空间数据表现形式；,引 言,三维城市是基于虚拟现实技术，把客观现实世界中的城市在电脑上模拟出来。但它又具有其自身的一些显著特点：（1）是对客观现实世界的真实反映，或者对将来的规划。（2）可包含绝对地理空间坐标，具有地理空间定位性。（3）可以进行三维空间几何分析和属性分析方面的应用。综上，可以理解三维城市就是具有三维地理空间信息，反映客观现实世界或者未来规划，具有空间浏览、属性查询和应用分析的综合信息系统。,城市三维可视化系统是指能对城市区域内空间对象进行三维描述和分析的GIS应用系统,是一个可视现实和虚拟现实集成的系统。三维可视化技术在城市规划、市政管理、公共交通、电力、水利、旅游等多个领域得到了广泛应用。,城市三维可视化与数据建模密不可分,城市实体三维建模是实现城市三维可视化的关键,城市实体的三维表达与分析都是重要的研究内容。构成数字城市的各种空间实体在几何结构、内部属性等方面都具有不规则性、不确定性和复杂性,整个城市实体就是一个三维、动态的开放系统。,表示地理信息空间数据的六大要素包括地貌、居民地、植被、水系、道路和境界,对于城市而言,其中重要的是地貌和居民地。从实体建模的角度看,城市模型主要分为地形模型和地物模型两个大类,包括地形、地物以及实体空间位置的几何模型和描述地表覆盖、地物纹理信息等。,引 言,城市三维空间信息的内容,城市三维空间信息获取,野外数据采集,激光扫描测量系统,摄影测量方法,目 录,数字线划数据：是将空间地物直接抽象为点、线、面的实体，用坐标描述它的位置和形状。,影像数据：包括遥感影像和航空影像，它可以是彩色影像，也可以是灰度影像。,属性特征：是在虚拟现实系统中构建城市三维模型所必需的信息。,数字高程模型：即三维地形数据，实际上是地表物体的高程信息。,城市三维空间信息的内容,卫星影像、航空影像和机载激光扫描数据、近距激光扫描数据和人工测量数据及其它存档数据。不同的数据源对应着不同的三维数字城市建模方法。,城市三维空间信息获取,地物要素模型,建筑物模型,地面模型,在三维数字城市制作中，模型制作的主体包括：,建筑物模型是主体,机载激光扫描数据,航空影像,近距激光扫描数据,人工测量数据,三维数字城市模型的数据源主要有：,卫星影像,城市三维空间信息获取,DEM数据获取,建筑物高度数据获取,三维对象几何要素数据获取,纹理数据获取,地形是数字城市中最重要的地理对象,是城市实体的三维空间基础。利用正射影像加数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)可以生成三维地形的图形表示。数字高程模型(DEM)是地形表面形态的数字表示。DEM是地理信息系统中最重要的空间信息资料和进行地形分析的核心数据,也是绘制三维实体和进行地形分析的重要基础数据。,（1）直接使用2D GIS中的DEM。（2）通过数字摄影测量系统，处理航摄影像（包括高分辨率遥感影像）生成。（3）由机载激光扫描系统直接扫描并经后续处理得到。（4）用合成孔径雷达（SAR）获取数字高程模型。,生成方法：,DEM数据获取,获取DEM数据主要方法,这种方法适用于精度高、采集面积较小的场合。优点是可以获取高精度的DEM数据。缺点是劳动强度较大、效率较低,不适用于大范围面积DEM数据的获取。,通过对地形图进行扫描,利用ArcGIS和CAD等软件对扫描得到的栅格图像进行矢量化,然后添加地形特征线,最后生成DEM。这种方法所需的原始数据源(地图)容易获取,对作业所需的仪器设备和人员的要求不太高,采集速度也比较快。,该方法以航摄立体像对或高分辨率遥感卫星立体像对作为数据源,根据视差模型、自动选配左右影像的同名点,建立DEM。已经成为从航空遥感影像中提取地面三维信息的重要手段。,野外实地测量,地形图数字化,全数字摄影测量,城市三维空间信息获取,（1）在2D GIS数据库基础上按层数粗略求算建筑物高度。（2）用人工或半自动的方式借助软件基于影像获取（以建筑物屋顶数据为主）（3）以研究算法为主，从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。（4）用机载激光扫描仪结合空中影像，经过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其它数据。,DEM数据获取,建筑物高度数据获取,城市三维空间信息获取,城市三维空间信息获取,建筑物高度数据获取,三维对象几何要素数据获取,（1）将2D GIS中的建筑物轮廓线与建筑物高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特征。（2）利用航空影像进行交互式获取。（3）使用航空影像以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取。（4）在地面使用激光扫描仪与GPS，通过测距求算获取。（5）采用近景摄影测量方法，获取建筑物的几何形状数据。它不仅可以获取建筑物外部的几 何形状信息，也可以测量其内部几何信息，适用于对单体建筑的量测。对于获取结构复杂的建筑物，如古建筑的数据也是一种比较理想的选择。（6）使用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提取。高分辨率卫星影像的出现，使得人们很容易快速获取一个实时的、不低于1m分辨率的城区影像图。,城市三维空间信息获取,三维对象几何要素数据获取,纹理数据获取,（1）由计算机作简单模拟绘制。（2）地面摄影像片直接提取。（3）根据航摄像片由计算机生成。（4）由空中影像获取。这种方法主要用来获取地面影像。,一般是指测绘地形图的作业，是对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。,地面数字测图,分类：,全站仪,控制测量碎步测量,RTK,使用成图软件制作地形图,主要仪器：,主要部分：,成图方法：,常规仪器的测量采集,野外数据采集,三维激光扫描仪（3D laser scanner）通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。,激光扫描测量系统,三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)三维激光扫描技术，是通过三维激光扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的数据从事后续工作的综合技术。三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，它不同于单纯的测绘技术，主要面向高精度逆向工程的三维建模与重构。,采用非接触目标的方法，无需反射棱镜，对扫面目标物体不需进行任何表面处理，直接采集物体表面的三维数据，所采集的数据完全真实可靠。,非接触测量,采样点数据远远高于传统测量的采样点数据,脉冲式激光扫描方法的采样点数可达到数千点/秒,而相位式的激光测量更可高达数十万点/秒。,数据采样率高,三维激光扫描技术可以不受扫描环境的影响主动发射激光,通过自身发射的激光的回波信息来解得目标物表面点的三维坐标信息。,主动发射扫描光源,三维激光扫描可以快速的获取高精度,高分辨率的海量的点位数据,就可以高效率的获取目标物表面点的三维坐标,从而达到高分辨率的目的。,高分辨率、高精度,通过直接获取数字信号采集数据的,所以具有全数字特征,方便进行后期处理和输出,且它的后期处理软件与其他软件有很好的共享性。,数字化兼容性好,多学科融合,涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成。,激光扫描测量系统,航空影像是建筑物重建的主要数据源，它是三维城市数据获取最经济快捷的方法之一。,航空摄影测量aerial photogrammetry指的是在飞机上用航摄相机对地面连续摄取有一定重叠度像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制专题地图的作业。,摄影测量系统,16,航空摄影测量为数字城市提供了以下重要数据：建筑物三维重建模型（DLG）数字高程模型（DEM)数字正射影像(DOM),摄影测量系统,感谢您的观看！,王者的微笑,
