三维场景构建手册.docx

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1、三维场景构建手册1 技术背景精细、准确、逼真的三维场景是全部站场治理都需要的根底数据，目前基于三维数据的站场治理平台有着猛烈的市场需求。以下为“站场三维场景构建及应用系统”课题对应的争论内容。图 1-1 站场三维场景构建及应用系统框架在三维场景构建方面，我们已经娴熟把握了航空摄影测量、倾斜摄影测量、激光扫描测量和 3DMAX单体精细建模，正乐观进展激光扫描技术与全景影像技术相匹配后的“激光全景”技术争论。在综合以上多种技术最终实现“三维场景构建”方面，本手册总结几种组合方案，对其优劣性和有用性做出评价，然后逐项介绍流程、关键步骤和操作技巧。本手册主要依托软件有：l 单体建模软件，如 AutoC

2、AD、3DS Max、点云如 CitoVision和倾斜模型建模软件如 Smart 3D、Dp Modeler等；l 场景集成软件，如Skyline 平台软件、全景影像平台软件等。2 方案分析从数据采集角度考虑，三维建模的数据源包括：航空摄影成果、倾斜摄影成果、激光点云成果、设计图纸。基于任何一种数据源都可以实现三维建模此外还有照片、视频、全景影像等媒体形式由于没 有空间坐标的概念，所以仅能作为纹理参考或者基于三维模型进展呈现。下面分析 4 种数据源的特点。表 2-1 几种数据源应用于三维建模的优劣势分析序号数据源优势劣势航空摄影成果1DEM 和DOM 叠加模效率最高效果最差，无法表示细节。型

3、倾斜摄影成果细节有瑕疵，局部效率高，整体2灵敏 Tin 表细节需要用效果好面模型3DMax 精模补充。整体效果一周期长效率低，3激光点云成果般，细节效果本钱高。最好4设计图纸效率较高，整本钱低，无法表现典型案例效果体效果一般，细节。细节效果与实际出入大针对如上分析，需要组合这些方法，以到达符合工程需求的最正确效果。下边针对几种组合方案进展分析，并依次为推举的挨次。表 2-2 站场建模方案组合的适用范围序号建模方案基于倾斜摄影测量的灵敏建1模基于倾斜摄影测量的灵敏建2模+局部 3DMax 精模基于航空摄影测量或者设计3图的快速建模基于激光或倾斜摄影的43DMax 精细建模适用范围全部地形条件下站

4、场的快速建模全部地形条件下站场的快速建模平原地区站场的快速建模全部地形条件下站场的精细建模特点效率高，本钱低，侧面纹理表现写实，整体表现力较高、细节表现力差。效率较高，本钱较高，整体和细节表现力都好。效率高、本钱低，整体表现力一般，房顶和地面纹理表现写实，其它细节需要利用模型库和设计图生成，与现场有肯定出入。效率低，本钱高，只有不计本钱的工程使用。以下图为承受方案 3 完成的某站场三维模型。图 2-1 基于航空摄影测量方案 3的某典型站场的三维模型3 流程无论承受何方案，其流程都可以分为“采集和处理”、“三维地形制作”、“单体建模和场景集成”三 个根本步骤。航测三维采集猎取DOMDEM遥感三维

5、倾斜摄影测量猎取Tin 外表模型地面激光测量猎取点云模型和处三维地 理形制作单体建模和场景集成4 关键步骤利用Terra Builder 进转行换地为形构3D建ML利用 Modify Terrain编辑局部地形单体粗模模型库设计供给精模贴纹理，制作模型集成标注和属性数据编辑图 3-1 三维场整景饰构建流程图单体精模4.1 构建地形1） 建工程软件支持地理坐标系和投影坐标系，推举使用地理坐标系。2） 加载数据l 加载影像l 加载高程模型图 4.1-1 加载影像数据3） 数据处理l 创立金字塔图 4.1-2 加载高程模型将加载的DOM 和 DEM 数据生成金字塔。选中需要创立金字塔的数据，点击Re

6、solution Pyramid。l 编辑处理DOM 和 DEM 数据特别DOM 处理利用Clip Polygon 工具，将DOM、DEM 接边处进展裁切。图 4.1-3 影像接边处理此外，不同的来源的DEM 数据，接边处还存在高程差异现象，在三维场景中，这种高程突变将严重影响用户体验，因此在制作 MPT 地形数据过程中需要进展特别处理。对 DEM 数据承受适宜的配色方案进展渲染，以便于观看接边位置处的高程差异。人工对全部接边处的高程差异进展检查，判定是否需要进展平滑处理。绝大多数状况下都需要进展平滑处理。承受人工 编辑，依据状况利用TerraBuilder的feather 工具进展平滑处理。

7、在 Terra Builder中 View 功能区的Elevation Scheme 工具集中 Color 控件下进展修改高程渲染配色方案，推举使用Classic 方案。数据渲染-人工 100%检查接边高程差异-定义平滑宽度-平滑效果检查-调整接边位置-接边结果复查-不合格处重调整接边平滑宽度和接边位置。假设承受的是假设坐标，可以对站场周边的根底数据进展处理。确定DEM 数据接边处的高程差异值，选择根底DEM 数据，将属性中的Elevation Offset 参数设置为对应的差异改正值。4） 点击Create MPT，构建MPT 数据。5） 数据检查在 TE 中翻开创立的MPT 文件，检查数据

8、是否满足要求，检查内容包括：l 数据是否存在漏洞、缺失。l 数据是否存在高程特别，如断层、突起等现象。l 数据与根底数据接边处，是否存在高差现象。4.2 制作矢量文件1） 统一坐标参考CAD 平面图、TFW 正射影像图、Global Mapper、MPT 和最终的FLY 三维场景都要求使用一样的坐标参考。为了让全部步骤空间上能够严格全都，需要使用一样的坐标参考。建议共同使用正射影像图的PRJ 坐标系设置，从最开头就设定好。2） 矢量化加载正射影像并进展矢量化。假设大量使用人工纹理，推举方案一。表 4.2-1 站场建模矢量化图层方案一序号图层名称内容1内部道路面状符号，通常是沥青或水泥路面，可行

9、车2操作区面状符号，通常为水泥地面3碎石地面面状符号，通常为围绕操作区的隔离区域4绿地面状符号，草坪5建筑物面状符号，包括办公楼、设备间、厂房等6围墙线状符号，包括围墙、铁丝网、栏杆等面状符号，如分析小室、消防箱、罐7规章工艺设备不规章工艺设备无法通过拉伸获得，所以建议承受 3DMax 精模以下图为某站场矢量化案例：图 4.2-1 某站场矢量化案例假设以航测正射影像纹理为主，推举方案二。表 4.2-2 站场建模矢量化图层方案二序号图层名称1 内部道路2 围墙内容线状符号，通常是沥青或水泥路面，可行车线状符号，包括围墙、铁丝网、栏杆等3） 将矢量文件转为Shapefile 格式矢量化完成后，使用

10、 Global Mapper 将矢量文件转化为Shapefile 文件。转化输出时面要素被输出成Areas，线要素被输出成Lines。图 4.2-2 输出成 Shapefile 文件4.3 单体粗模1） 导入矢量数据用 Terra Exploer/Home/Load GIS Layer/Shapefile加载矢量文件。导入的要素图层，可以通过右键进一步，Convert to Group，以便后续拉伸，制作粗模。2） 批转化为模型这些导入的Group 要素可以由系统供给的程序，自动生成建筑物、围墙、管道、电力线等模型。操作时，使用系统供给的功能，提前选择表示对象位置的要素，在系统供给的功能最下边

11、一行，选择 Selected Group，然后执行，则程序会依据Group 的空间位置，批制作对应模型。建筑物也可以这样做，用其本身的字段掌握房屋高度和纹理。效率很高，但效果不好。可以先拉起模型，随后再逐一编辑修改。图 4.3-1 简单围墙高级建模选项3） 单体建模选择Building 功能，首先标记房顶轮廓线，右键完毕；然后将该范围拖至正确的位置放置。用属性修改房顶构造和纹理即可。建筑物属性格外丰富，在此不再赘述。4.4 自动建模图 4.3-2 某典型的单体建筑物效果基于CAD 二次开发 3D PIPE，实现专业的管道数据基于数据自动生成，包括如下程序：表 4.4-1 程序自动建模序号命令1

12、 P2P2 P2B描述2 点绘管道。依据指定的起点和终点，绘制直管段。4 点绘弯头。依据制定的起点、终点和直线段方向，绘制弯头。4 点绘简单弯头。依据制定的起点、终点和直线段方向，绘制弯头。由于手工操作时，3 P2CB所做弯头可能有瑕疵。本程序可以自动在切线长的一端加一个短接。保证曲线连续， 并且两端直线和圆弧相接处法线过圆心。4 D2L5 D2P6 L2P数据绘三维折线。该折线可以作为后续拉弯头的路径。数据绘管道。依据折线绘简单管道。可以自动绘制弯头、弯管、焊口和依据指定的管道长度分成单根管道。折线绘管道。依据折线绘管道。插入标准部件。如：电动球阀 手动球阀 电动执行机构 手动执行机构 压力

13、表 温度7 IM表 安全阀 一般球阀 法兰 平板闸阀 XX 泵 电机 消防箱 离心泵 立式罐 卧式罐4.5 单体精模1） 点云模型消气器 过滤器 消防设备箱图 4.4-1 局部 3D Pipe 制作的管道通过RIEGL VZ-1000 扫描仪采集现场数据点云及影像，要求尽可能具体的反响物体的外部特征， 通过后期的点云拼接、坐标订正、去噪等处理，得到最终的现场点云模型，具体操作见技术文档地面三维激光扫描与数据处理手册。2） 精模构建精模构建利用Pointshape 软件，对管道进展准确建模，包含管道、法兰、阀门、罐、管道支护桩、墩、梁、架、泵等。具体操作见技术文档地面三维激光扫描测量三维建模操作

14、手册。需要留意的是Pointshape 软件只支持CAD2022 和 2022 两个版本，最好安装正版软件，稳定性好， 正版软件安装方法如下：电脑连接CPPE 内网，在“开头”，“运行”里面输入，用户名为 cppe 邮箱名，加后缀cppe，密码为邮箱密码。进入后翻开BDSP64，点击setup 安装即可，许可栏里填写自己电脑名字，假设需要3D MAX，则同时安装CAD 和 3D MAX 软件，安装过程较长，中间不行断网。安装完毕后，假设不能运行，依据说明修转变量，运行成功后在CAD 工具栏下面借用许可，以后即可单机使用，最长借用时间是半年。3） 纹理映射CAD 完成的模型属于白模，需要导入3D

15、 MAX 进展纹理贴图。具体操作如下：l 导入模型3D MAX 软件支持直接将DWG 格式的模型数据导入 3D MAX 中，以对模型进展后续处理。在导入过程中，几何体标签下，依据以下项导出AutoCAD 图元中可选择的方式有很多，为了后续操作便利以及文件所占存储空间更下，可选择按颜色或者一个对象导入，这样模型数量会很小，随后可依据实际 需要对模型进展分别，从而满足实际工程中对象操作的需要。l 模型修整由于 AutoCAD 建模娴熟度不同以及导入选项设置等问题，可能存在MAX 模型的状态、位置不符合要求。比方面与面连接的位置不对某个面伸出去过长、该接上的地方存在很大的裂缝、该垂直或者 水平的面倾

16、斜了等等、独立模型划分的不对这个主要是由于导入参数设置导致的，原始文件中也会 存在同样的问题、模型渲染的颜色或者纹理有问题、存在很多不需要的元素实体等。可解决的方法有： 在原来模型的位置上重建立MAX 模型，调整原模型或者面片的位置使其接合上，重分别或者附加 模型，删除多余的模型。精细模型的三角面数掌握在1500 以内，一般模型掌握在 500 以内。l 纹理渲染对 MAX 模型进展纹理渲染，首先需要制作相应的材质。可以对模型进展整体渲染或者不同的面分别渲染不同的材质。为了使模型导出为X 文件后在Skyline 三维场景中能够正常显示纹理，在制作纹理的材质时需要留意如下几个问题：使用标准材质球中

17、位图贴图制作材质。通过漫反射贴图方式进展贴图。假设模型需要制作透亮效果，比方栏杆，镂空等构造，要使用带透亮通道的png 或者tga 格式的图片通过漫反射贴图方式进展贴图。假设使用多维子材质进展渲染，每种子材质必需是标准位图形式的材质。保存纹理尺寸最好是正方形的，宽和高 保存纹理尺寸最好是正方形的，宽和高 的象素大小不能超过 1024，贴图长宽比尽量为 1：1，1：2，假设贴图实在太长或宽，则将模型面进展分割单独。l 模型导出假设需要将模型放入Skyline 的TerraExplorer 等其他第三方软件中，需要转换三维模型的文件格式通常为.x 文件。在进展格式转换时，需要留意不同格式文件中模型

18、坐标系、材质信息、外部纹理文件、骨架构造等参数的转换，确保模型在目标软件中依据预想的形式展现出来。4.6 数据集成基于 MPT 地形，加载粗模、精模等单体模型，并对模型附加数据信息等，最终实现场景集成。推举建筑物和场景的信息标注承受如下形式：l 固定的三维场景标注，推举用Label文字/图片l 动态提示用Tooltip 属性l 具体的用Message 属性4.7 整饰通过前面粗模、精模构建等一系列操作，站场数据项较多，需要对图层进展归类整理，具体方案见下表。表 4.7-1 站场图层治理方案序号图层名称内容1 灵敏模型2 地形3 建筑消气器等5根底设施粗模，承受 3DMAX 建模实现，包括消防箱

19、、警示牌、路灯、监控设备等6电力设施粗模，承受 skyline 电力线模型工具，包括高压线等7绿地承受 skyline 绿地模型工具，按植被类型分组排列4 工艺设备无人机航测猎取的灵敏模型站场内重点关注的区域进展地形修改，以便于后期单体建模粗模，在三维场景中直接建模、贴纹理实现，包括办公楼、变电所、标定间、维抢修中心、消防泵房、油罐、门卫房、围墙、栅栏等精模，通过地面三维激光点建模实现，包括球阀、调整阀、压缩机、泵、过滤器、8 名称9 演示承受 skyline 文本标注工具，对重点关注对象进展属性信息标注，包括主要建筑物名称等依据业主要求，提前预设动作，包括工艺流程、应急治理、扫瞄路线等以下图

20、为某站场图层治理案例：5 纹理和模型库5.1 纹理图 4.7-1 某站场图层治理案例为了获得真实感强的效果，宜承受现场拍摄的建筑物立面照片经过处理后作为贴图纹理。1） 拍照距离宜距离建筑 30-50 米，避开被大量障碍物遮挡状况。2） 用 Photoshop 翻开拍摄的建筑物立面照片，在右方图层选项卡中“背景”单击右键，选择复制图层，创立“背景 副本”图层；3） “编辑”菜单项选择择“变换/扭曲”，将变形照片进展拉伸，直到对象变得方正；4） 裁切关注的区域，可以是整个立面；也可以是一局部，立面中重复的元素，待贴纹理时使用阵列贴图。纹理之间接合处应当色调均匀，削减阵列接边时的禅意；尽量避开直线元

21、素，如房檐或者雨水管线， 假设不行避开则处理后尽量保持平直；重复的纹理图案应当“顶天立地”，把重复局部表现的充分饱满。 如下例：图 5.1-1 某典型的窗户纹理处理效果油气储运站场的纹理有很多共性，所以可以依据工作积存，建立常用纹理库。表 5.1-1 纹理库序号模型分类纹理1 门卫2 综合值班室3 综合设备间4 宿舍5675.2 模型泵房压缩机厂房变电所构建模型库包括如下内容：表 5.2-1 模型库序号模型分类模型1线路如三桩、阴保等2市政如路灯、警示牌等3工艺如阀门、泵、压缩机等4消防如消防箱、消防栓等6 操作技巧，每人都可以写从数据采集角度考虑，三维建模的数据源包括：航空摄影成果、倾斜摄影成果、激光点云成果、设计图纸。基于任何一种数据源都可以实现三维建模此外还有照片、视频、全景影像等媒体形式