三维建模虚拟城市建模技术52

11第八章第八章虚拟城市建模技术虚拟城市建模技术88——11虚拟环境建模概述虚拟环境建模概述88——22虚拟环境建模的特点虚拟环境建模的特点88——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式88——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术88——55虚拟环境物理建模技术虚拟环境物理建模技术88——66虚拟环境行为建模技术虚拟环境行为建模技术2288——11虚拟环境建模概述虚拟环境建模概述（（11）精确度）精确度（（22）显示速度）显示速度（（33）易用性）易用性（（44）广泛性）广泛性评价一种建模技术的主要指标评价一种建模技术的主要指标3388——22虚拟环境建模的特点虚拟环境建模的特点（（11）实体的广泛性。）实体的广泛性。虚拟环境中有非常广泛虚拟环境中有非常广泛的实体对象，往往要构造不同类型的实体。的实体对象，往往要构造不同类型的实体。（（22）实体行为的独特性。）实体行为的独特性。虚拟环境中有些实虚拟环境中有些实体须有其自己的行为，而其它图形建模系体须有其自己的行为，而其它图形建模系统一般只是构造静态的物体，物体的行为统一般只是构造静态的物体，物体的行为往往是比较简单的平移或旋转等。往往是比较简单的平移或旋转等。（（33）交互性。）交互性。虚拟环境中的实体须能够对观虚拟环境中的实体须能够对观察者做出反应。当观察者与物体进行交互察者做出反应。当观察者与物体进行交互时，物体须以某种适当的动作来响应。时，物体须以某种适当的动作来响应。虚拟环境建模的特点虚拟环境建模的特点4488——22虚拟环境建模的特点虚拟环境建模的特点（（11）可重用性。）可重用性。（（22）在对虚拟环境进行交互时，模型应）在对虚拟环境进行交互时，模型应能提供某种暗示，使得交互可以按观能提供某种暗示，使得交互可以按观察者的意图进行。察者的意图进行。（（33）在构造物体的几何结构时，必须充）在构造物体的几何结构时，必须充分考虑到是否有利于表现物体的行为。分考虑到是否有利于表现物体的行为。虚拟环境建模特点对建模技术和软件的特别要求虚拟环境建模特点对建模技术和软件的特别要求5588——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式（一）视觉外形（一）视觉外形（二）物理特征（二）物理特征（三）实体信息（三）实体信息（四）环境信息（四）环境信息6688——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式（一）视觉外形虚拟环境中每个仿真对象都包含形状和虚拟环境中每个仿真对象都包含形状和外观两个方面。外观两个方面。物体的形状由构成物体的物体的形状由构成物体的各个多边形、三角形及顶点来确定；物体各个多边形、三角形及顶点来确定；物体的外观则是由表面纹理，材质，颜色，光的外观则是由表面纹理，材质，颜色，光照系数等决定的。照系数等决定的。仿真对象的外观特性主要由表面反射属仿真对象的外观特性主要由表面反射属性和表面纹理来决定。性和表面纹理来决定。表面反射特性需考表面反射特性需考虑光源的位置和类型；纹理则能大大增强虑光源的位置和类型；纹理则能大大增强物体的细节层次和真实感。物体的细节层次和真实感。77（一）视觉外形88（一）视觉外形9988——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式（二）物理特征（二）物理特征虚拟实体的物理特征包括定义实体的质虚拟实体的物理特征包括定义实体的质量、重量、惯性、表面纹理、光滑或粗糙、量、重量、惯性、表面纹理、光滑或粗糙、硬度、形状改变模式等等。硬度、形状改变模式等等。物理特性与几何建模和行为规则结合起物理特性与几何建模和行为规则结合起来，形成更真实的物理模型。来，形成更真实的物理模型。101088——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式（三）实体信息（三）实体信息实体信息包括实体的动力学特征、视觉实体信息包括实体的动力学特征、视觉特征、听觉特性等多种方面。特征、听觉特性等多种方面。在虚拟城市在虚拟城市中的实体信息，常用的包括实体的地理位中的实体信息，常用的包括实体的地理位置、方位、外部特性、姿态、运动速度等。置、方位、外部特性、姿态、运动速度等。如飞机、滑翔机等飞行器在空中六自由度如飞机、滑翔机等飞行器在空中六自由度运动的动力学描述，汽车在道路上和地形运动的动力学描述，汽车在道路上和地形起伏地区运动的动力学特征描述等。起伏地区运动的动力学特征描述等。111188——33虚拟环境中虚拟实体的表现形式虚拟环境中虚拟实体的表现形式（四）环境信息（四）环境信息在虚拟城市中，环境信息包括城市地形在虚拟城市中，环境信息包括城市地形地貌、气象条件、光照等环境的信息。地貌、气象条件、光照等环境的信息。121288——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）对象形状对象的图形通常可以通过对三维物体的表面的测试得到离散三维数据，然后将这些数据用多边形描述从而构造得到对象的多边形描述。（二）对象外表虚拟实体对象的外表的真实感主要取决于它的纹理和表面反射。以前，提高一个对象真实感的主要办法是增加物体的多边形细节。在需要实时仿真时，增加多边形细节会使图形处理速度变得缓慢。实体对象的特点实体对象的特点131388——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）层次（Hierarchy）建模方法（二）属主（Clone）建模方法几何建模技术方法几何建模技术方法141488——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）层次（Hierarchy）建模方法层次建模方法利用树形结构来表示实体层次建模方法利用树形结构来表示实体的各个组成部分，即可以表示成分层结的各个组成部分，即可以表示成分层结构。构。可以使用自顶向下的方法将一个几何对象分解，也可以用自底向上的构造方法对几何对象进行重构。151588——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）层次（Hierarchy）建模方法人人体体躯干躯干头头眼眼口口颈颈左大臂左大臂左大腿左大腿右大臂右大臂右大腿右大腿左小臂左小臂左小腿左小腿右小臂右小臂右小腿右小腿左手左手左脚左脚右手右手右脚右脚上身上身下身下身161688——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）层次（Hierarchy）建模方法实实例例171788——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（一）层次（Hierarchy）建模方法实实例例181888——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（二）属主（Clone）建模方法属主对象建模的思想是让同一种对象拥属主对象建模的思想是让同一种对象拥有同一个属主（或称为母体），属主包有同一个属主（或称为母体），属主包含了该类对象的详细的结构和属性特征。含了该类对象的详细的结构和属性特征。当要建立属主的一个实例时，只要复制当要建立属主的一个实例时，只要复制指向属主的指针就可以了。指向属主的指针就可以了。191988——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（二）属主（Clone）建模方法（（11）简单高效）简单高效：同一种物体的结构只要建：同一种物体的结构只要建立一次，且被克隆的对象不占用内存空间，立一次，且被克隆的对象不占用内存空间，提高了系统的显示效率。提高了系统的显示效率。（（22）易于修改）易于修改：修改一种对象时只需修改：修改一种对象时只需修改好它的属主，被克隆的对象可以自动继承好它的属主，被克隆的对象可以自动继承下属主被修改的部分。下属主被修改的部分。（（33）一致性好）一致性好：由于继承性，不可能出现：由于继承性，不可能出现属于同一个属主的多个对象实例不一致的属于同一个属主的多个对象实例不一致的结构。结构。202088——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（二）属主（Clone）建模方法CloneClone212188——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术（二）属主（Clone）建模方法CloneCloneCloneClone222288——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术人工几何建模方法人工几何建模方法如如3DS3DS、、3DMAX3DMAX、、CreatorCreator、、MayaMaya等建模软件等建模软件232388——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术半自动的几何建模方法半自动的几何建模方法三维扫描成型技术三维扫描成型技术，如，如CyraxCyrax25002500等等242488——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术半自动的几何建模方法半自动的几何建模方法三维扫描成型技术三维扫描成型技术，如，如CyraxCyrax25002500等等252588——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术半自动的几何建模方法半自动的几何建模方法基于基于3DScanner3DScanner的方法的方法::262688——44虚拟环境几何建模技术虚拟环境几何建模技术半自动的几何建模方法半自动的几何建模方法利用三维扫描仪，获取利用三维扫描仪，获取彩塑的精细几何模型。彩塑的精细几何模型。2727虚拟虚拟城市城市城市仿真城市仿真城市仿真技术路线技术路线技术路线技术路线技术路线数据处理数据处理数据处理互操作互操作实现实现处理结果处理结果互操作互操作方法方法数据获取数据获取数据获取数据源数据源数据采集数据采集获取结果获取结果虚拟环境虚拟环境虚拟环境仿真实体建模仿真实体建模仿真数据库仿真数据库2828数据来源数据来源数数据据获获取取高清晰度航空像片高清晰度航空像片高分辨率卫星遥感像片高分辨率卫星遥感像片GISGIS数据（数据（DEMDEM，，TINTIN，，SHPSHP等）等）建筑三维结构模型数据建筑三维结构模型数据数字摄影相片数字摄影相片2929虚拟城市典型示范区虚拟城市典型示范区数据源数据源仙林新校区仙林新校区仙林地区1：5000地形图仙林地区1：21000彩红外航空象片仙林校区1：1000校园平面设计图仙林校区三维及二维建筑结构图仙林地区仙林地区11：：50005000地形地形图图仙林地区仙林地区11：：2100021000彩红彩红外航空象片外航空象片仙林校区仙林校区11：：10001000校园校园平面设计图平面设计图仙林校区三维及二维建仙林校区三维及二维建筑结构图筑结构图玄武湖地区玄武湖地区玄武湖地区1：2500彩红外航空象片玄武湖地区1：500电子地图玄武湖地面控制点刺点像片地面控制点文件相机检校文件玄武湖地区玄武湖地区11：：25002500彩彩红外航空象片红外航空象片玄武湖地区玄武湖地区11：：500500电子电子地图地图玄武湖地面控制点刺点玄武湖地面控制点刺点像片像片地面控制点文件地面控制点文件相机检校文件相机检校文件3030玄武湖数据采集玄武湖数据采集玄武湖地区大部分为水域，而且玄武湖地区大部分为水域，而且湖中还有樱洲、梁洲等陆地地块对水湖中还有樱洲、梁洲等陆地地块对水域进行分割，地形比较破碎。整个区域进行分割，地形比较破碎。整个区域共计域共计1010条航带，而只提供了四条航条航带，而只提供了四条航带的控制点刺点象片。控制点数目不带的控制点刺点象片。控制点数目不足，分布不均，无法采用常规的数据足，分布不均，无法采用常规的数据处理方法。处理方法。地理特征地理特征3131玄武湖数据采集玄武湖数据采集分区域测量分区域测量控制点加密控制点加密地面特征点预测地面特征点预测解决方法解决方法3232利用地面特征点构TIN利用地面特征点构TIN3333数据采集结果数据采集结果数字地面高程DEM测图数据（属性数据）：房屋建筑、道路、水系等数字正射影像数字地面高程数字地面高程DEMDEM测图数据测图数据（属性数（属性数据）：房屋建筑、道据）：房屋建筑、道路、水系等路、水系等数字正射影像数字正射影像3434数数据据处处理理全数字摄影测量系统全