三維景觀電子地圖的制作

1、上海大學(xué)上海大學(xué)數(shù)字媒體技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)數(shù)字媒體技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)三維電子地圖的研究與制作三維電子地圖的研究與制作l三維電子地圖概述l三維電子地圖的數(shù)據(jù)采集l三維電子地圖的制作過程l未來與展望三維電子地圖上海大學(xué)延長校區(qū)三維電子地圖概述三維電子地圖概述l三維電子地圖的定義l國內(nèi)外研究現(xiàn)狀l三維電子地圖相關(guān)技術(shù)三維電子地圖概述三維電子地圖概述l三維電子地圖的概念與特點(diǎn) 三維電子地圖是利用虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、WEBGIS等技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)世界的地理實(shí)體轉(zhuǎn)化成三維模型，并生成具有固定視角的柵格圖片，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，使瀏覽者產(chǎn)生三維立體視覺的新型地圖形式。因?yàn)樽詈笊傻氖枪潭ㄒ暯堑膱D片，所以瀏覽者所產(chǎn)生

2、的三維立體視覺并不是真正的三維，而是一種介于2.5維和3維之間的一種形式。三維電子地圖概述三維電子地圖概述 三維電子地圖結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等先進(jìn)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)上顯示等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖相比，具有以下特點(diǎn) ：1. 現(xiàn)實(shí)性2. 互動(dòng)性3. 信息豐富性4. 便利性5. 多尺度性三維電子地圖概述三維電子地圖概述l國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1. 20世紀(jì)80年代中期，加拿大制圖專家提出電子地圖概念2. 20世紀(jì)80年代后期，美國、英國等發(fā)達(dá)國家的大比例尺地形圖、地籍圖已經(jīng)全部采用數(shù)字測圖與制圖技術(shù)3. 1987年，正式提出了發(fā)展電子地圖集（electronic atlas）的倡議三維電子地圖概述三維電子地

3、圖概述4. 1989年，荷蘭的委員演示了第一張軟盤存儲(chǔ)的荷蘭電子地圖集5. 1990 年由中國科學(xué)院地理研究所制作了第一個(gè)軟盤形式的“京津唐及鄰區(qū)生態(tài)環(huán)境電子地圖集”6. 1996 年高教出版社出版了中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)地圖集電子版，這是中國第一張光盤電子地圖集。7. 北京靈圖公司開發(fā)的二維電子地圖 mapbar 地圖平臺(tái)，北京圖為先公司開發(fā)的 51ditu 平臺(tái)，中國電信所使的號碼百事通平臺(tái)三維電子地圖概述三維電子地圖概述8. 近期出現(xiàn)的 E 都市、都市圈等景觀電子地圖成為電子地圖發(fā)展的一大亮點(diǎn)，他們制作的國內(nèi)一線城市的景觀電子地圖，將國內(nèi)的電子地圖對公眾的吸引力推向了一個(gè)新時(shí)代，對國內(nèi)網(wǎng)

4、絡(luò)景觀電子地圖的制作奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。三維電子地圖概述三維電子地圖概述三維電子地圖概述三維電子地圖概述l三維電子地圖相關(guān)技術(shù) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)和三維GIS等技術(shù)是三維電子地圖系統(tǒng)的技術(shù)支撐。1. 計(jì)算機(jī)圖像學(xué) 計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的一個(gè)主要的目的就是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生令人賞心悅目的真實(shí)感圖形。為此，必須建立圖形所描述的場景的幾何表示，再用某種光照模型計(jì)算在假象的光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照效果。三維電子地圖概述三維電子地圖概述2. 虛擬現(xiàn)實(shí) 虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)，又稱為靈境技術(shù)。它采用計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)被模擬仿真世界的三維動(dòng)態(tài)視覺環(huán)境，使操作者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，

5、采用此項(xiàng)新技術(shù)，參與者需要使用硬件，如數(shù)據(jù)手套、鼠標(biāo)器、跟蹤球、操縱桿、頭盔式顯示器、護(hù)目鏡、耳機(jī)及數(shù)據(jù)服以獲得所需的感知，來體驗(yàn)計(jì)算機(jī)世界的境況。三維電子地圖概述三維電子地圖概述3. GIS（ Geographical Information System ） GIS（Geographical Information System），是地理信息系統(tǒng)的簡稱。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關(guān)的信息，又常稱為空間信息。 GIS的應(yīng)用系統(tǒng)由三個(gè)主要部分構(gòu)成，即硬件、軟件、數(shù)據(jù)。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法l 數(shù)字正射影像圖（DOM）l 數(shù)字高程模型（DEM

6、）l 紋理數(shù)據(jù)l 屬性數(shù)據(jù)l 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法1. 數(shù)字正射影像圖（DOM） 數(shù)字正射影像圖是根據(jù)是對航空(或航天)像片進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集，它是同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征的圖像，消除了投影差的垂直投影的影像地圖。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法2.數(shù)字高程模型（DEM） 數(shù)字高程模型是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集，它主要是描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布，是通過等高線或相似

7、立體模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（包括采樣和量測），然后進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插而形成的。DEM是對地貌形態(tài)的虛擬表示，可派生出等高線、坡度圖等信息。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法目前 DEM 數(shù)據(jù)獲取主要有三種方法：實(shí)地采集、攝影測量方法以及地形圖數(shù)字化獲取。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法3.紋理數(shù)據(jù) 建筑物和地面紋理是網(wǎng)絡(luò)景觀電子地圖的另一個(gè)重要數(shù)據(jù)。在進(jìn)行紋理數(shù)據(jù)采集時(shí)要注意以下問題：（1）對于建筑物不可見面可以不用拍攝，只拍攝將來在地圖中的可見面。（2）在拍攝的過程中注意拍攝規(guī)定的角度鳥瞰圖。（3）在拍攝的過程中要對于拍攝區(qū)域的編號,重點(diǎn)建筑,單位,

8、道路等都要進(jìn)行詳細(xì)記錄三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法（4）此外還要注意天氣、季節(jié)以及整體性等等問題。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法l屬性數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù)是三維電子地圖進(jìn)行查詢、分析的基礎(chǔ)，景觀電子地圖所采集的屬性數(shù)據(jù)主要包括：建筑物的名稱，地址，所在區(qū)域，資源類型，聯(lián)系電話，聯(lián)系人，單位簡介等內(nèi)容。三維電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法l數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理 在系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的后臺(tái)管理主要有地標(biāo)管理、公交管理、地圖導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份、廣告管理、用戶管理等模塊。 三維

9、電子地圖數(shù)據(jù)類型三維電子地圖數(shù)據(jù)類型及采集方法及采集方法 SQL Server 2000是一種應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有許多顯著的特點(diǎn)：1. 它與 Windows 操作系統(tǒng)緊密集成。使 SQL Server 2000 能充分利用操作系統(tǒng)所提供的特性。 2. 易于使用，比較容易安裝和操作。3. SQL Server 2000 具有可擴(kuò)展性、可靠性，可以直接存儲(chǔ) XML 數(shù)據(jù)，可以將搜索結(jié)果以 XML 格式輸出，有利于構(gòu)建異構(gòu)系統(tǒng)，提高互操作性。三維電子地圖制作三維電子地圖制作l三維建模l后期圖片處理l三維電子地圖的發(fā)布l三維電子地圖系統(tǒng)功能三維電子地圖制作三維電子地圖制作l 三維建模 當(dāng)前流

10、行的三維建模軟件主要有3D Studio Max，Maya，Creator，AutoCAD。以下主要就3ds max介紹相關(guān)功能。1. 建模 3ds max的基于對象建模主要有多邊形(Polygon)建模，非均勻有理B樣條曲線(NURBS)，建模細(xì)分曲面(Subdivision Surface)建模。三維電子地圖制作三維電子地圖制作2. 紋理和貼圖 貼圖是物體材質(zhì)表面的紋理,利用貼圖可以不用增加模型的復(fù)雜程度就能突出表現(xiàn)對象的細(xì)節(jié),并且可以創(chuàng)建反射、折射、凹凸、鏤空等多種效果,且比基本材質(zhì)更精細(xì)更真實(shí)三維電子地圖制作三維電子地圖制作3. 燈光和攝像機(jī) 通過為場景設(shè)置燈光模擬自然光和局部光源的照

11、射，可以增強(qiáng)模型的真實(shí)感和沉重感。3ds max中的燈光可以分為三類：Standard（標(biāo)準(zhǔn)燈光）、Photometric（光度學(xué)燈光）和Daylight（日光）三維電子地圖制作三維電子地圖制作4. 渲染輸出： 建筑物的建模、材質(zhì)、燈光的設(shè)計(jì)都完成了以后，在渲染器中進(jìn)行固定相機(jī)視角的定位，最后通過設(shè)置的渲染輸出參數(shù)來渲染成相機(jī)視角下的固定大小圖片。三維電子地圖制作三維電子地圖制作l后期圖片處理 渲染后的圖片無論在圖片名稱、大小、無縫集成方面存在一定的缺陷，不適宜作為最后的圖片進(jìn)行屏幕顯示。而是需再經(jīng)過圖片拼接、小品添加、效果修飾、路名完善、場景拼合、圖片切割、系統(tǒng)集成等一系列工作后才能成為最終

12、我們看到的屏幕地圖。 Photoshop 是由美國 Adobe 公司開發(fā)的一個(gè)集圖像掃描、編輯修改、圖像制作、廣告創(chuàng)意、圖像合成以及圖像輸入輸出為一體的圖像制作軟件。三維電子地圖制作三維電子地圖制作 Photoshop在后期圖片處理中主要解決以下問題：1.紋理糾正：對建筑物紋理的側(cè)面在明暗、色調(diào)和對比度等方面進(jìn)行調(diào)整。2.透明紋理：這種典型的紋理映射方式可以大大提高模型的逼真度。3.紋理拼接：在三維景觀建模系統(tǒng)中用幾種小紋理圖像即可模擬出一片地形來。4.效果修飾：3ds max中渲染出來的圖片往往給人感覺比較生硬，借助 Photoshop 進(jìn)行處理，從而得到極富立體感的景觀地圖效果。三維電子地

13、圖制作三維電子地圖制作l三維電子地圖的發(fā)布 對于以上拼接好的區(qū)域的圖片有數(shù)據(jù)量有百兆以上，要一次性顯示在屏幕上，對于程序的實(shí)現(xiàn)和服務(wù)器的配置來說，顯然是不可能的。解決這一問題的方法就是對其按照一定規(guī)律分層和切圖。在調(diào)用的過程中能逐步調(diào)入，減少系統(tǒng)的負(fù)荷 。三維電子地圖制作三維電子地圖制作柵格圖片切割示例三維電子地圖制作三維電子地圖制作l 三維電子地圖系統(tǒng)功能未來展望未來展望l 原始數(shù)據(jù)的采集和三維城市的建模浪費(fèi)大量的人力、物力。l 對于批量數(shù)據(jù)的處理問題l 需要進(jìn)一步解決三維建模過程中的精度控制問題。l 網(wǎng)絡(luò)景觀電子地圖可以結(jié)合軍用地圖、旅游地圖、城市地圖、企業(yè)網(wǎng)點(diǎn)地圖等，從而根據(jù)需求制作專題地圖。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1. 楊鵬. 網(wǎng)絡(luò)電子地圖與三維虛擬場景集成研究:碩士學(xué)位論文.武漢：武漢大學(xué)，2005 2. 龔健雅. 數(shù)字城市的基本概念及實(shí)現(xiàn)策略.測繪出版社，2004，5. 3. 陳向陽. 專題地圖制圖的三維符號設(shè)計(jì)研究.地