SketchUp構(gòu)建GIS三維模型方法研究

摘 要 Google SketchUp軟件是智能化建模系統(tǒng)的工具集合，簡(jiǎn)化了建模工作。通過(guò)對(duì)SketchUp中三維模型創(chuàng)建及在傳統(tǒng)GIS軟件中的應(yīng)用方法研究可大大減少和豐富3DGIS中三維建模的工作量。本文從SketchUp的建模技術(shù) ...
摘?? 要 Google SketchUp軟件是智能化建模系統(tǒng)的工具集合，簡(jiǎn)化了建模工作。通過(guò)對(duì)SketchUp中三維模型創(chuàng)建及在傳統(tǒng)GIS軟件中的應(yīng)用方法研究可大大減少和豐富3DGIS中三維建模的工作量。本文從SketchUp的建模技術(shù)、各地理要素的建模方法以及模型應(yīng)用于GIS的方法等入手討論SketchUp中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，以將這一可視化工具與GIS軟件結(jié)合起來(lái)，為3DGIS服務(wù)。
??? 關(guān)鍵詞 3DGIS；Google SketchUp；建模
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1 ?引言
??? 三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS）是當(dāng)今GIS發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)，相比于二維GIS，對(duì)客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受，它以立體造型技術(shù)展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系。
??? 專業(yè)的GIS軟件側(cè)重于強(qiáng)大的空間分析功能，三維可視化功能相對(duì)薄弱；而專業(yè)的建模軟件，如MultiGen Creator、3ds Max、Maya、SketchUp等，與之恰恰相反[1，2]。
??? Google SketchUp是由Google公司于2006年推出。它是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具集合，簡(jiǎn)單易學(xué)，完全避免了其它設(shè)計(jì)軟件的復(fù)雜性；可以直接為表面賦予材質(zhì)、貼圖，使得設(shè)計(jì)過(guò)程的交流完全可行；與Google Earth有機(jī)結(jié)合，能夠免費(fèi)利用GoogleEarth的地形和影像數(shù)據(jù)等[3-5]。
??? 本文研究SketchUp中各地理要素的三維構(gòu)建及其在GIS軟件中的如何應(yīng)用。
2? SketchUP的三維建模方法
2.1幾何建模方法
??? 要建立真實(shí)的三維場(chǎng)景，準(zhǔn)確的幾何建模是必不可少的。SketchUp可以通過(guò)用戶交互地設(shè)置和輸入數(shù)值很好地控制幾何精度，在3DGIS中這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。GIS中地理要素分為地形要素、點(diǎn)狀要素、線狀要素、面狀要素，下面分別針對(duì)每種要素的建模方法進(jìn)行討論。
2.1.1? 三維地形建模
??? 要實(shí)現(xiàn)三維景觀的比較真實(shí)的虛擬，對(duì)于起伏大的地區(qū)，地形的三維構(gòu)建十分重要。SketcUp中的擴(kuò)展工具欄---沙盒（SandBox）能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建類似TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)）的地形。
??? 地形的創(chuàng)建通常有五種方式：①引入已有的等高線或手動(dòng)創(chuàng)建具有不同高度的等高線，用From Contours直接生成；②導(dǎo)入目標(biāo)區(qū)域的圖像或等高線地圖，使用Freehand工具跟蹤繪制等高線，然后調(diào)整所繪等高線到合適的高度位置，采用同上的方法生成三維地形；③從外部導(dǎo)入DTM文件（USGS DEM或SDTS格式）創(chuàng)建；④利用SketchUp6 ESRI插件，從ArcGIS軟件中導(dǎo)入TIN數(shù)據(jù)創(chuàng)建；⑤使用From Scratch工具繪制網(wǎng)格地形，在網(wǎng)格地形的基礎(chǔ)上拉伸生成起伏的效果。根據(jù)已有數(shù)據(jù)的種類和要表達(dá)地形的精確度選擇合適的建模方式，前四種創(chuàng)建的地形比較精確，如果側(cè)重于表達(dá)大體的地形空間意向，第五種方式就可滿足需要[6]。
2.1.2點(diǎn)狀要素建模
??? 地理環(huán)境中，行道樹、路燈、垃圾桶等往往被抽象成點(diǎn)狀要素。路燈和垃圾桶等具有規(guī)則的幾何形狀，與面狀要素的建模類似。而樹木的建模相對(duì)來(lái)講比較困難。其它的建模軟件如MultiGen Creator采用BillBoard技術(shù)對(duì)樹木建模，將樹木抽象成兩個(gè)交叉的十字面，通過(guò)透明貼圖來(lái)模擬，效果不是很理想。SketchUp中通過(guò)Freehand工具能夠?qū)崿F(xiàn)樹木的精確建模（如圖1所示）。另外，網(wǎng)絡(luò)上有豐富的skp格式的樹模型資源，常見的樹種可以免費(fèi)下載直接或稍加編輯后使用。

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圖1 ?SketchUp所建的樹模型
2.1.3? 線狀要素建模
??? 線狀要素包括河流、航線、道路等要素，建模時(shí)認(rèn)為這些線要素是具有一定面積的立體面，需要依據(jù)實(shí)際寬度進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)于位于起伏地形上的道路建模，使用Sandbox工具欄中的Drape工具，便可實(shí)現(xiàn)平面道路到起伏地形曲面的投影[7]。與道路不盡相同的是，河流一般低于周圍地形。這時(shí)需要沿Z軸反向拉伸。
2.1.4? 面狀要素建模
??? 地理環(huán)境中的建筑物、草坪、空曠的場(chǎng)地等通常以面狀要素表示，具有面積、周長(zhǎng)等特征。以建筑物建模為例，模型的創(chuàng)建是在確定了底面的基礎(chǔ)上，通過(guò)擠壓或拉伸底面，繪制屋頂?shù)炔襟E實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建過(guò)程中可自動(dòng)捕捉線條及其特征
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SketchUp構(gòu)建GIS三維模型方法研究 (2)
2009-02-25 15:25:29??作者：網(wǎng)絡(luò)搜集??來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)搜集??文字大?。骸敬蟆俊局小俊拘　?br /> 摘 要 Google SketchUp軟件是智能化建模系統(tǒng)的工具集合，簡(jiǎn)化了建模工作。通過(guò)對(duì)SketchUp中三維模型創(chuàng)建及在傳統(tǒng)GIS軟件中的應(yīng)用方法研究可大大減少和豐富3DGIS中三維建模的工作量。本文從SketchUp的建模技術(shù) ...
，對(duì)建筑物進(jìn)行精確建模。
??? 圖2中的建筑物模型，首先利用導(dǎo)入的遙感圖片作為參照，勾勒出底面，再將面沿豎直方向向上拉伸（拉伸高度值可交互輸入），得到建筑物的粗糙框架，在此基礎(chǔ)上對(duì)細(xì)部進(jìn)行調(diào)整，包括柱子、門、窗戶等的繪制。最后對(duì)各部分貼上對(duì)應(yīng)的紋理圖片實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬。本例中所用圖片均是由數(shù)碼相機(jī)實(shí)際拍攝的jpg格式照片，用PhotoShop軟件處理所得。

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圖2? 華師大大學(xué)生活動(dòng)中心實(shí)體景觀圖
2.2 紋理映射技術(shù)
??? 紋理映射技術(shù)在建模過(guò)程中起著十分重要的作用，一方面能增強(qiáng)模型的逼真度，同時(shí)也有利于模型的簡(jiǎn)化和減少多邊形面，這對(duì)應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)性是十分重要的。
??? SketchUp提供了強(qiáng)大的紋理映射功能。按照使用需要，貼圖分為三種：普通貼圖、包裹貼圖、投影貼圖。
??? 普通貼圖是最普遍的，即為平面賦予材質(zhì)，貼圖單元在此平面上可以重復(fù)n次，也可以比平面大，主要通過(guò)調(diào)整貼圖坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖5中的建筑物大多采用這一方式。
??? 包裹貼圖類似于一個(gè)盒子進(jìn)行外包裝。需要先給一個(gè)平面賦予貼圖，用貼圖坐標(biāo)將大小位置調(diào)整好，再用吸管將此材質(zhì)賦予其它面，實(shí)現(xiàn)貼圖的無(wú)縫拼接。
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圖3? 投影貼圖效果（圓窗部分）
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??? 投影貼圖主要用于對(duì)曲面進(jìn)行紋理映射，如起伏的地形、圓形或弧形的建筑物及其細(xì)部等。實(shí)現(xiàn)貼近真實(shí)和過(guò)度自然的效果（如圖3所示）。
??? SketchUp支持的紋理圖片格式包括JPG、BMP、TIF，PNG等。其中PNG格式的圖片帶有Alpha通道，即我們常說(shuō)的透明貼圖。為減小數(shù)據(jù)量，其它圖片一般保存為jpg格式，并且最大不超過(guò)100KB[8]
??? SketchUp中貼圖的另一獨(dú)特之處為根據(jù)材質(zhì)可以計(jì)算出某種對(duì)象的面積[6，7]。。
2.3 ?建模過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題
??? 利用SketchUp對(duì)地理要素進(jìn)行建模過(guò)程中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
??? （1）應(yīng)選擇正確的坐標(biāo)系，也可導(dǎo)入CAD數(shù)據(jù)或通過(guò)SketchUp6 ESRI插件導(dǎo)入shp格式的二維矢量數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上直接建模；或者導(dǎo)入遙感或航空像片作為參照創(chuàng)建模型?？傊?，創(chuàng)建的三維模型應(yīng)該有與GIS一致的坐標(biāo)。
??? （2）大范圍三維場(chǎng)景建立時(shí)，所建模型數(shù)據(jù)量不能太大，否則會(huì)影響運(yùn)行速度。盡可能地簡(jiǎn)化模型，減少邊和面的數(shù)量；盡量用紋理圖片來(lái)代替模型細(xì)部；紋理圖片的分辨率不宜太高，最大不超過(guò)100KB。??
3? 三維模型應(yīng)用于GIS中的方法
??? SketchUp三維模型在GIS中的應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是作為三維符號(hào)；二是作為三維模型。以ArcGIS為例具體探討。
3.1? 作為三維符號(hào)應(yīng)用
??? ArcGIS支持*.skp格式三維模型作為三維標(biāo)注符號(hào)（３D Maker Symbol）對(duì)點(diǎn)、線、多邊形三類地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。顯示時(shí)，如果用于表示的地物是多邊形，還需通過(guò)旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、平移等操作將符號(hào)調(diào)整到合適位置。此時(shí)，模型僅作為圖形顯示，并不能對(duì)其進(jìn)行分析等操作。
3.2? 作為三維模型應(yīng)用
??? *.skp模型作為三維模型應(yīng)用主要是轉(zhuǎn)換為ArcGIS支持的三維模型格式三維數(shù)據(jù)格式-----Multipatch，然后在ArcScene中直接加載加以應(yīng)用。轉(zhuǎn)換方法有兩種：
3.2.1 通過(guò)ArcObject開發(fā)實(shí)現(xiàn)
??? 示例代碼如下
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SketchUp構(gòu)建GIS三維模型方法研究 (3)
2009-02-25 15:25:29??作者：網(wǎng)絡(luò)搜集??來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)搜集??文字大小：【大】【中】【小】
摘 要 Google SketchUp軟件是智能化建模系統(tǒng)的工具集合，簡(jiǎn)化了建模工作。通過(guò)對(duì)SketchUp中三維模型創(chuàng)建及在傳統(tǒng)GIS軟件中的應(yīng)用方法研究可大大減少和豐富3DGIS中三維建模的工作量。本文從SketchUp的建模技術(shù) ...
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??? Dim p3DF As IImport3DFile
??? Set p3DF=New Import3DFile
??? /*定義sPath存放已有三維模型的存儲(chǔ)路徑，創(chuàng)建一個(gè)新的FeatureClass，其Shape類型為新的記錄（pFeatureBuffer）*/
??? If p3DF.IsValidFile（sPath）Then
????? p3DF.CreateFromFile sPath
????? Dim pGeom As IGeometry
????? Set pGeom=p3DF.Geometry
??? End If
??? Set pFeatureBuffer.Shape=pGeom
??? IImport3DFile這個(gè)接口目前對(duì)*.skp模型是支持的，通過(guò)此方法可以將模型轉(zhuǎn)換為Multipatch，存儲(chǔ)在GeoDatabse中，并可對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析[9]。
3.2.2 利用SketchUp6 ESRI插件轉(zhuǎn)換
??? SketchUpESRI插件是專門為ArcGIS結(jié)合推出的。包括兩部分：GIS Plugin和3D Analyst SketchUp 3D Symbol Support，需要將這兩部分分別裝在SU和ArcGIS的安裝目錄下。二者交互操作的流程為：ArcMap中加載并導(dǎo)出矢量數(shù)據(jù)；SketchUp中三維建模；SketchUp模型轉(zhuǎn)換成Multipatch數(shù)據(jù)；對(duì)模型進(jìn)行編輯、分析等操作。具體路線與涉及到的軟件和數(shù)據(jù)如圖4所示。
由于SketchUp中的一個(gè)Group對(duì)應(yīng)ArcGIS中的一個(gè)Multipatch，因此轉(zhuǎn)換過(guò)程應(yīng)根據(jù)3DGIS的需要設(shè)置Group[10]。
??? 以建筑物為例，如果對(duì)整棟建筑物進(jìn)行編輯和分析，則按整棟為整體設(shè)置成一個(gè)Group；如果需要對(duì)樓層進(jìn)行查詢，則應(yīng)以樓層為整體設(shè)置成Group，轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)的Multipatch。
4? 結(jié)語(yǔ)
??? SketchUp在建模方面有很多優(yōu)勢(shì)，并且與ArcGIS等GIS軟件平臺(tái)能夠很好地結(jié)合，但是它缺乏其它專業(yè)建模軟件中的一些高級(jí)技術(shù)，如LOD，mipmap、BSP、OCTREE、occlusion等技術(shù)[2-3]，勢(shì)必會(huì)增加空間存儲(chǔ)，因此如何減少數(shù)據(jù)量，更好地為3DGIS服務(wù)成為今后研究的一個(gè)方向。

圖4? 三維模型建立及應(yīng)用的技術(shù)路線

技術(shù)含量有點(diǎn)高，只能看懂部分。樓主研究好深，贊一個(gè)。

實(shí)在是看不懂了，沒(méi)有圖呀

為啥看不見圖

看看圖，謝謝