基于CGA的城市三维快速建模研究与实现.pdf

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1、2Q!Z生筮!!塑【望蔓21里塑1江酉建堑工猩管理基于CGA的城市三维快速建模研究与实现●黄潇莹●重庆市地理信息中心。重庆401121摘要：CGA形状语法是一种新的模拟计算机图形的语言，能够程序化地产生高视觉效果和详细几何信息的城市三维模型。随着智慧城市的全面发展，对城市三维建模需求不断扩大，如何快速批量解决城市三维模型构建成为研究热点，本文利用CGA形状语法特性，针对城市三维建模中的几类核心要素，抽象出相关规则。关键词：快速建模CGA三维地理信息1绪论在过去的几十年，三维地理信息技术发展迅速，特别是三维可视化表达上，但是在建模过程中，用于构建三维模型的工具

2、和技术还相对比较落后，还需要大量的工作量和专业的三维建模能力。过程建模在过去的三十年一直是一个很活跃的研究课题，代替传统手工建模的过程建模就是致力于利用计算机快速构建三维模型。这种方法已成功地应用于产生，例如，纹理，几何模型，动画甚至是声音剪辑。在程序上的重大课题建模是自动生成地形模型，它开始与自然现象如地形高差和植物在20世纪80年代和90年代的增长和扩大其重点城市环境在新千年的开始⋯。尽管在计算机形状语法方面的研究成果较多，但过程建模很少在大规模城市三维模型中应用，主要有几个因素限制了计算机形状语法建模的应用。其一，无论是科研机构还是软件厂商，主流的计算

3、机形状语法软件应用比较单一，仅限于某一个领域，对大规模的城市三维模型构建不能做到很到的继集成；其二，利用计算机形状语法构建三维模型的厂商缺乏对用户的了解和控制，特别是在地理信息领域。2CGA形状语法CGA(ComputerGeneratedArchitecture)包含了一系列决定模型如何生成的规则。CGA规则定义了一系列的几何和纹理特征决定了模型如何生成‘“。基于规则的建模思想是定义规则，并反复优化设计，创造更多的模型细节。最早采用形状语法进行虚拟城市环境模拟研究的是Parish和Mullerlll(2001)以及Wonka等(2003)。Parish和M

4、uller研究了用形状语言产生大量单体建筑而且外墙丰富的质量模型和着色模型。WonkaL21等研究了如何生成单体建筑物外墙上的几何细节。CGA形状语法是一种新的模拟计算机图形的语言，能够程序化地产生高视觉效果和详细几何信息的建筑∞J。结构化算法是由一些基本结构顺序组成的，就是把一个大的功能的实现分隔为许多个小功能的实现。在基本结构之间不存在向前或向后的跳转，流程的转移只存在于一个基本的结构范围内。一个非结构化的算法可以用一个等价的结构化算法代替，其功能不变。这样的好处是可以将复杂问题简单化，让编程更容易，提高代码维护和可读性。CGA语法包含了一系列的建模规则

5、，通过将模型拆分为几个不同的要素，对单一要是建立单一的规则，例如几何解释、简明符号、衍生控制、实际建模等效的规则，并基于这些规则、结合模型纹理特征构建基于规则的细节模型。规则采用的语言是CGAShapeGrammar。常用的CGAShapeGrammar如：t(tx，ty．tz)平移；r(rx，ry，rz)旋转；S(sx，sy，SZ)形状调整；center(axes—selector)设置为平面中心；i(“facades／window．obj”)替代为别的模型。3城市三维模型建立在智慧城市建设的浪潮下，三维地理信息也相应地拔地而起，而城市三维地理信息是在二维

6、基础数据上的深化，按照基础地理空间信息分类，城市三维模型也主要分为建筑、交通、植被等六大类，本文根据每一类的结构特点，分别介绍每一类要素结构分解。3．1建筑模型构建对于单体建筑物来说，其规则的定义相对较为简单，一般的建筑而言，首先需要定义好建筑的属性，也就是构建规则所需的相关信息，包括建筑的楼层数、层高、建筑类型、建筑顶面(尖顶平顶与圆顶)，以及建筑物的建筑底面来完成对整个建筑属性的构造L3j。其建设过程如图l所示，具体有以下几个步骤：(1)建筑底面拉伸。通过建筑物底面，按照建筑物层数+层高，采用拉伸算法将建筑物拉伸至计算高度；(2)建筑楼层分割。根据拉伸的

7、高度与楼层数均分建筑至每一层；(3)建筑窗户拆分。针对具体的每一层，按照标准窗户的大小，对每一个窗户进行切割，并按照类型进行推拉挤压；(4)建筑屋顶构造。根据建筑屋顶属性，分别设置不同算法对建筑屋顶进行构造；(5)建筑纹理建受。在建立好的墙体和窗体添加纹理。图I建筑建模拆分过程图3．2道路模型构建道路模型的构建与建筑模型构建原理类似，只是道路建模构建规则相较于建筑复杂一些，道路建模需要道路的材质、路宽、车道数、隔离带、人行横道等相关属性。道路核心部件构建步骤如下：(1)道路中线延展。通过建筑物中线，计算道理路面+人行横道宽度，采用横向拉伸算法将道路中心线扩展

8、为面；(2)绿化带构建。根据绿化带宽度，对绿化带纵向