SketchUp构建GIS三维模型方法研究

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1、SketchUp构建GIS三维模型方法研究作者：马素颜1吴健平1周美娟1胡天硕2  减小字体增大字体   摘  要GoogleSketchUp软件是智能化建模系统的工具集合，简化了建模工作。通过对SketchUp中三维模型创建及在传统GIS软件中的应用方法研究可大大减少和丰富3DGIS中三维建模的工作量。本文从SketchUp的建模技术、各地理要素的建模方法以及模型应用于GIS的方法等入手讨论SketchUp中数据转换方法，以将这一可视化工具与GIS软件结合起来，为3DGIS服务。   关键词3DGIS；Goo

2、gleSketchUp；建模 1 引言   三维地理信息系统（3DGIS）是当今GIS发展的一个新趋势，相比于二维GIS，对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术展现地理空间现象，不仅能表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系。   专业的GIS软件侧重于强大的空间分析功能，三维可视化功能相对薄弱；而专业的建模软件，如MultiGenCreator、3dsMax、Maya、SketchUp等，与之恰恰相反[1，2]。   GoogleSketchUp是由Google公司于200

3、6年推出。它是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具集合，简单易学，完全避免了其它设计软件的复杂性；可以直接为表面赋予材质、贴图，使得设计过程的交流完全可行；与GoogleEarth有机结合，能够免费利用GoogleEarth的地形和影像数据等[3-5]。   本文研究SketchUp中各地理要素的三维构建及其在GIS软件中的如何应用。2 SketchUP的三维建模方法2.1几何建模方法   要建立真实的三维场景，准确的几何建模是必不可少的。SketchUp可以通过用户交互地设置和输入数值很好地控制几何精度，在

4、3DGIS中这一点非常关键。GIS中地理要素分为地形要素、点状要素、线状要素、面状要素，下面分别针对每种要素的建模方法进行讨论。2.1.1 三维地形建模   要实现三维景观的比较真实的虚拟，对于起伏大的地区，地形的三维构建十分重要。SketcUp中的扩展工具栏---沙盒（SandBox）能实现创建类似TIN（不规则三角网）的地形。   地形的创建通常有五种方式：①引入已有的等高线或手动创建具有不同高度的等高线，用FromContours直接生成；②导入目标区域的图像或等高线地图，使用Freehand工具跟踪绘制

5、等高线，然后调整所绘等高线到合适的高度位置，采用同上的方法生成三维地形；③从外部导入DTM文件（USGSDEM或SDTS格式）创建；④利用SketchUp6ESRI插件，从ArcGIS软件中导入TIN数据创建；⑤使用FromScratch工具绘制网格地形，在网格地形的基础上拉伸生成起伏的效果。根据已有数据的种类和要表达地形的精确度选择合适的建模方式，前四种创建的地形比较精确，如果侧重于表达大体的地形空间意向，第五种方式就可满足需要[6]。2.1.2点状要素建模   地理环境中，行道树、路灯、垃圾桶等往往被抽象成

6、点状要素。路灯和垃圾桶等具有规则的几何形状，与面状要素的建模类似。而树木的建模相对来讲比较困难。其它的建模软件如MultiGenCreator采用BillBoard技术对树木建模，将树木抽象成两个交叉的十字面，通过透明贴图来模拟，效果不是很理想。SketchUp中通过Freehand工具能够实现树木的精确建模（如图1所示）。另外，网络上有丰富的skp格式的树模型资源，常见的树种可以免费下载直接或稍加编辑后使用。 图1 SketchUp所建的树模型2.1.3 线状要素建模   线状要素包括河流、航线、道路等要素，

7、建模时认为这些线要素是具有一定面积的立体面，需要依据实际宽度进行扩展。对于位于起伏地形上的道路建模，使用Sandbox工具栏中的Drape工具，便可实现平面道路到起伏地形曲面的投影[7]。与道路不尽相同的是，河流一般低于周围地形。这时需要沿Z轴反向拉伸。2.1.4 面状要素建模   地理环境中的建筑物、草坪、空旷的场地等通常以面状要素表示，具有面积、周长等特征。以建筑物建模为例，模型的创建是在确定了底面的基础上，通过挤压或拉伸底面，绘制屋顶等步骤实现。构建过程中可自动捕捉线条及其特征点，对建筑物进行精确建模。 

8、  图2中的建筑物模型，首先利用导入的遥感图片作为参照，勾勒出底面，再将面沿竖直方向向上拉伸（拉伸高度值可交互输入），得到建筑物的粗糙框架，在此基础上对细部进行调整，包括柱子、门、窗户等的绘制。最后对各部分贴上对应的纹理图片实现真实模拟。本例中所用图片均是由数码相机实际拍摄的jpg格式照片，用PhotoShop软件处理所得。图2 华师大大学生活动中心实体景观图2.2纹理映射技术   纹