论文总字数：8612字

摘 要

传统的建筑物三维建模措施，建模过程复杂、操作繁琐，本文提出一种基于ArcGIS和SketchUp的三维建模方法。利用高分辨率遥感影像、高德电子地图及建筑物侧视影像数据为数据源，在ENVI和ArcGIS平台的支持下，首先，采用ENVI非监督分类脚本工具提取建筑物基层轮廓多边形矢量空间信息，并添加建筑物的高度、楼层数和名称等属性信息；其次，在预处理的基础上，结合ArcToolBox工具箱中的多种空间分析和文件转换工具，结合ModelBuilder三维可视化建模工具，实现了建筑物主体结构三维模型的自动化构建；然后，利用SketchUp对主体结构的细节进行建模，并赋予纹理贴图。进一步，将模型导入到ArcScene、ArcGlobe和GoogleEarth进行可视化和共享。最后，实验过程和验证结果表明：该技术具有一定可操作性、实用性以及有效性。

关键词：建筑物三维建模, GIS , SketchUp, 空间分析，建模，可视化

Abstract：The traditional building 3D modeling method is complex and cumbersome in modeling process. A parameterized 3D modeling method is proposed. The multi-source data of high resolution remote sensing images, electronic maps and building side view images are used as data sources. Under the support of ENVI and ArcGIS, first, ENVI unsupervised classification script tools are used to extract the vector space information of the building contour polygon, and the building height, the number of floors and the type of the roof are added. Secondly, On the basis of preprocessing and building the library, a variety of spatial analysis and file conversion tools in the ArcToolBox toolbox are combined, and the automatic building of the 3D model of the building body structure is realized with the visual modeling tool of ModelBuilder. Then, the details of the main structure are modeled with the SketchUp, and the texture mapping is given. Further, the model is imported into ArcScene, ArcGlobe and GoogleEarth for visualization and sharing. Finally, the experimental process and verification results show that the method is effective, practical and operable.

Keywords：Building 3D modeling, GIS, SketchUp, Spatial analysis, Modeling, Visualization.

目 录

1 前言 4

2 基本原理与实现方法 4

2.1 基本原理 4

2.2 实现方法 5

3 数据获取、预处理 6

3.1 数据获取 6

3.2 预处理 7

4 三维建模与可视化 7

4.1 三维建模 7

4.2 可视化 8

结 论 9

参 考 文 献 10

致 谢 11

1. 前言

近些年来，建筑物三维建模一直是测绘、GIS和建筑领域研究的热点。建筑物三维建模就是运用计算机图形图像处理技术，将建筑物的二维平面图转换为三维模型并进行立体显示的一门科学技术，它是构建虚拟城市的重要基础，在城市景观规划、建筑设计、军事仿真、旅游开发、导航开发以及古建筑物保护等领域具有广泛的应用价值。目前，建筑物三维建模研究在数据获取、建模方法、可视化和软件应用方面也取得了很大的成果。目前，典型的建模系统包括CityEngine、AutoCAD、3dsMax、IMAGIS、SketchUp和ArcGIS等都具备建筑物三维模型的构建和可视化功能。其中， Esri CityEngine可以利用CGA语言在二维数据的基础上快速创建出三维场景，并能高效的进行规划设计。而且对ArcGIS的完美支持，使很多已有的基础GIS数据不需转换即可迅速实现三维建模，减少了系统再投资的成本，也缩短了三维GIS系统的建设周期。AutoCAD绘制二维图形精度较高，它可以用于绘制二维制图和基本三维设计，通过它无需懂得编程，即可自动制图，因此它在全球广泛使用。3dsMax具备可堆叠的建模步骤，使制作模型有非常大的弹性。IMAFGIS用于增强建筑物的三维量测功能，建筑物三维模型编辑^[1][2][5][8]。SketchUp在建筑物建模方面较为灵活，并且用简单，功能较为齐全。ArcGIS在在建筑物自动化建模方面具有很大的优势但是上述软件在各自的领域应用十分出色，但是整体可操作性不强。

综上所述，通过对现有建模方法的分析，针对程序自动构建模型是未来建筑物三维建模技术的主要趋势，本文提出本文提出了一种基于ArcGIS与SketchUp的建筑物三维建模技术方法^[9]。在ArcGIS和ENVI平台下，利用一系列工具，对研究区建筑物边界的自动提取和原始影像进行处理、分析及建模，同时结合SketchUp建模工具对建筑物的门窗、屋顶等表面细节进行细化；进一步，结合建筑物三维模型的建筑物主体高度、楼层数、层高、层顶高度、屋顶类型及建筑物侧视影像等信息，便可快速进行建筑物三维可视化。

1. 基本原理与方法

2.1 基本原理

本文借鉴结构实体几何（CSG）建模思路，引入数字高程(DEM)地形表面建模方法，将建筑物的主体结构分为屋顶、侧墙和门窗等部件分别进行建模，采用约束Deluanay三角剖分生成建筑物侧墙和屋顶结构表面。三角剖分是计算几何领域的主要研究课题之一，其在GIS领域、医学可视化、计算机图形图像处理、曲面重构和三维有限元方法的预处理等领域都有着广泛的应用。对于平面域上的点集，存在且仅存在一种三角划分，使得所有三角形的最小内角之和为最大，称之为Deluanay三角划分（Deluanay Triangulation）。显然DT使得所形成的每个三角形尽可能接近等边三角形避免病态三角形的出现，因此得到了广泛的应用。对点集进行Deluanay三角划分后，就能很容易得到它的Voronoi图了^{[5][10][18]。}

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