與二維GIS相比，三維GIS能夠讓我們更加形象直觀地(dì / de)觀察、理解、管理和(hé / huò)規劃我們的(de)世界。當前三維GIS已廣泛應用于(yú)城市規劃、建築信息、水利環保等衆多領域。在(zài)發展的(de)過程中，三維數據的(de)采集制作成本是(shì)束縛和(hé / huò)制約三維GIS前進步伐的(de)關鍵因素，也(yě)影響了(le／liǎo)三維GIS的(de)應用範圍。
手工建模三維場景生産方式的(de)優勢及局限性
長期以(yǐ)來(lái)，我們在(zài)3DMax、MAYA之(zhī)類的(de)三維建模軟件中通過手工的(de)方式進行三維場景制作，首先制作建築物的(de)結構框架，再貼上(shàng)現場拍攝的(de)紋理圖片，并輔以(yǐ)光影效果烘焙，如圖1所示。
圖1 傳統手工建模三維場景制作
手工建模三維場景的(de)效果由建模人(rén)員的(de)技能水平決定，綜合來(lái)看，手工方式制作的(de)三維場景具有如下方面的(de)優勢：
● 效果炫
手工建模可以(yǐ)通過色調控制、光影、烘焙等技術手段提升場景的(de)可視化效果，制作出(chū)炫麗的(de)三維場景，此外，還可以(yǐ)添加水面、煙花及其他(tā)粒子(zǐ)效果來(lái)提升場景的(de)美觀性。
圖2 炫麗的(de)手工建模三維場景
● 幹淨、整潔，數據緊湊
手工建模可以(yǐ)對現實世界的(de)場景進行一(yī / yì ／yí)些修正，以(yǐ)提升觀感體驗。例如在(zài)大(dà)多數手工建模場景中，道(dào)路是(shì)非常平的(de)，樓體的(de)牆面是(shì)非常直的(de)，空氣是(shì)非常清新沒有霧霾的(de)。
同時(shí)，由于(yú)對模型的(de)修正，手工建模的(de)三維場景中的(de)模型得到(dào)簡化，其三角面片的(de)數量得以(yǐ)大(dà)幅縮減，使三維模型的(de)數據量降低，一(yī / yì ／yí)定程度上(shàng)提升了(le／liǎo)三維場景的(de)浏覽性能。
圖3 幹淨、整潔的(de)三維場景
● 不(bù)受時(shí)空限制
手工建模以(yǐ)人(rén)工方式在(zài)軟件中建造三維場景，可以(yǐ)突破可視空間的(de)局限，除了(le／liǎo)地(dì / de)表空間外，地(dì / de)下管線、室内空間布局、以(yǐ)及航空、航天的(de)場景都可以(yǐ)在(zài)三維GIS中進行管理與展現。
圖4 手工建模可突破時(shí)空限制
在(zài)具有如上(shàng)優勢的(de)同時(shí)，手工方式生産三維場景數據也(yě)具有諸多限制和(hé / huò)局限性，主要(yào / yāo)體現在(zài)如下方面：
● 生産成本高昂
手工建模的(de)生産流程依賴人(rén)工操作，需要(yào / yāo)精通并熟練三維建模軟件操作的(de)人(rén)員，需要(yào / yāo)現場拍攝紋理圖片，需要(yào / yāo)後期的(de)美工處理與設計，這(zhè)些工作都對專業性要(yào / yāo)求比較強，導緻了(le／liǎo)手工建模三維場景的(de)生産成本一(yī / yì ／yí)直居高不(bù)下。
● 生産周期長
與機械化自動生産相比，人(rén)工制作的(de)周期是(shì)一(yī / yì ／yí)個(gè)重大(dà)局限。當前，以(yǐ)十人(rén)左右的(de)建模團隊完成50-80平方公裏的(de)城區的(de)三維場景建模約需要(yào / yāo)三個(gè)月的(de)生産周期，還隻能實現臨街樓體的(de)精細建模，居住小區内部的(de)樓房大(dà)多是(shì)以(yǐ)簡模的(de)方式完成。如此漫長的(de)生産周期也(yě)影響了(le／liǎo)手工建模三維場景的(de)更新速度。
● 精确度難以(yǐ)保障
以(yǐ)樓體爲(wéi / wèi)例，手工建模生産過程中樓體的(de)高度是(shì)估算出(chū)來(lái)的(de)，一(yī / yì ／yí)棟樓，先數一(yī / yì ／yí)下有多少層，按每層2.9-3.5米左右去估算樓體的(de)高度。也(yě)有以(yǐ)測繪儀器來(lái)測量樓體實際高度的(de)，但畢竟是(shì)少數。所以(yǐ)手工建模三維場景的(de)精确度是(shì)難以(yǐ)保障的(de)，決定了(le／liǎo)這(zhè)類的(de)場景不(bù)适合做對精确度要(yào / yāo)求較高的(de)三維分析應用。
● 不(bù)真實
手工建模的(de)成果來(lái)源于(yú)建模人(rén)員的(de)肉眼觀察并重現，受限于(yú)視角，所建模型往往與實際場景有較大(dà)出(chū)入，尤其是(shì)高層及樓頂。下圖中的(de)左圖是(shì)對兩棟建築的(de)手工建模成果，而(ér)這(zhè)兩棟樓的(de)實際樣子(zǐ)是(shì)右圖這(zhè)樣的(de)，可以(yǐ)看到(dào)手工建模效果和(hé / huò)真實世界是(shì)有較大(dà)出(chū)入的(de)。
圖5 手工建模三維場景與真實建築的(de)對比
綜上(shàng)所述，手工建模的(de)三維場景生産方式是(shì)前些年三維GIS數據的(de)主要(yào / yāo)生産方式，有其優勢，也(yě)有諸多問題。後文将介紹的(de)傾斜攝影三維數據生産方式是(shì)對手工方式的(de)良好補充，甚至在(zài)一(yī / yì ／yí)些領域内已形成對手工建模方式的(de)颠覆，提供了(le／liǎo)更好的(de)三維數據生産和(hé / huò)管理模式。
傾斜攝影建模及其優勢
傾斜攝影技術是(shì)國(guó)際測繪領域近些年發展起來(lái)的(de)一(yī / yì ／yí)項高新技術，它颠覆了(le／liǎo)以(yǐ)往正射影像隻能從垂直角度拍攝的(de)局限，通過在(zài)同一(yī / yì ／yí)飛行平台上(shàng)搭載多台傳感器，同時(shí)從五個(gè)不(bù)同的(de)角度(一(yī / yì ／yí)個(gè)垂直、四個(gè)傾斜)采集影像，将用戶引入了(le／liǎo)符合人(rén)眼視覺的(de)真實直觀世界。
三維GIS将傾斜攝影測量技術與三維場景自動化生産技術結合起來(lái)，以(yǐ)飛機、無人(rén)機、飛艇等設備以(yǐ)連續條帶的(de)方式拍攝場景數據，經過空三等自動化數據處理流程，生産出(chū)相應區域的(de)三維場景數據。
與手工建模方式相比，傾斜攝影建模具有如下優勢：
● 生産流程自動化，對人(rén)工及技能要(yào / yāo)求降低
傾斜攝影建模目前已形成成熟的(de)自動化生産系統，擺脫了(le／liǎo)對人(rén)工及專業技能的(de)依賴。
● 生産效率高
同樣以(yǐ)50-80平方公裏的(de)城區爲(wéi / wèi)例，飛行拍攝一(yī / yì ／yí)天内可以(yǐ)完成，數據的(de)自動化處理兩周以(yǐ)内即可完成，若以(yǐ)多台服務器并行處理，生産周期還可以(yǐ)更短。依托于(yú)此優勢，傾斜攝影方式建模可以(yǐ)實現更高頻度的(de)數據更新。
● 生産成本低
由于(yú)大(dà)幅降低了(le／liǎo)人(rén)工成本，傾斜攝影建模的(de)生産成本約相當于(yú)人(rén)工建模成本的(de)三至六成。
● 數據真實且精度高
好的(de)現實世界還原，并實現量測及分析的(de)高精度。目前傾斜攝影數據的(de)量測精度誤差已可控制到(dào)亞米級别。
圖6 金山嶺長城的(de)傾斜攝影數據
源于(yú)在(zài)效率和(hé / huò)成本方面的(de)優勢，傾斜攝影建模在(zài)近兩年得到(dào)了(le／liǎo)迅猛發展，在(zài)多個(gè)區域多個(gè)行業得到(dào)了(le／liǎo)廣泛應用。
傾斜攝影建模面臨的(de)挑戰及超圖的(de)應對策略 傾斜攝影數據具有真實、精确的(de)優勢，發展迅猛，但在(zài)發展過程中也(yě)面臨諸多挑戰。
挑戰一(yī / yì ／yí)：海量數據管理性能
傾斜攝影數據由航測數據自動生成，三角格網精細且複雜，導緻了(le／liǎo)傾斜攝影數據的(de)數據量往往比較大(dà)，這(zhè)對數據的(de)轉換、加載、應用的(de)性能帶來(lái)了(le／liǎo)嚴峻的(de)挑戰。
傾斜攝影生成的(de)三維場景數據多爲(wéi / wèi)OSGB格式，傳統的(de)三維GIS軟件需要(yào / yāo)對OSGB格式進行轉換，轉成GIS軟件原生格式後方可在(zài)軟件中加載并展示。當數據量大(dà)的(de)時(shí)候，數據格式的(de)轉換會花費大(dà)量的(de)時(shí)間。以(yǐ)300平方公裏的(de)傾斜攝影數據爲(wéi / wèi)例，數據轉換的(de)時(shí)間就(jiù)需要(yào / yāo)兩天左右。
圖7 湖南崀山傾斜攝影數據
SuperMap改進了(le／liǎo)傾斜攝影數據的(de)處理方式，通過技術努力實現了(le／liǎo)不(bù)需轉換的(de)高性能加載模式。在(zài)SuperMap軟件中可以(yǐ)直接加載OSGB格式的(de)傾斜攝影數據，并實現經過優化的(de)高性能數據浏覽。SuperMap軟件中可實現海量傾斜攝影數據的(de)瞬間全幅加載，具有幀率高、占用内存少的(de)優勢。以(yǐ)湖南崀山的(de)傾斜攝影數據爲(wéi / wèi)例，其數據量超過600GB，加載時(shí)間不(bù)到(dào)2秒，多種區域和(hé / huò)範圍的(de)浏覽展示幀率保持在(zài)35幀以(yǐ)上(shàng)。
挑戰二：隻能看，不(bù)能管，被稱爲(wéi / wèi)“花瓶”應用
傾斜攝影數據基于(yú)表面模型構建，未能實現地(dì / de)表對象的(de)單體化和(hé / huò)對象化。簡單來(lái)講，傾斜攝影數據中整個(gè)區域是(shì)一(yī / yì ／yí)張起伏不(bù)平的(de)連續的(de)表皮，數據中的(de)地(dì / de)表對象，如房屋、樹木等是(shì)整個(gè)數據中的(de)一(yī / yì ／yí)部分，就(jiù)像是(shì)一(yī / yì ／yí)大(dà)片布料上(shàng)的(de)一(yī / yì ／yí)小塊區域一(yī / yì ／yí)樣，是(shì)不(bù)能把它單獨來(lái)操作和(hé / huò)管理的(de)，因爲(wéi / wèi)它不(bù)能單體操作和(hé / huò)對象化操作，造成傾斜攝影數據難以(yǐ)挂接屬性數據，也(yě)難以(yǐ)與業務管理系統進行對接，造成了(le／liǎo)傾斜攝影數據隻能看不(bù)能管的(de)狀況，使得傾斜攝影數據的(de)價值難以(yǐ)得到(dào)充分發揮，多年來(lái)被稱爲(wéi / wèi)花瓶式應用。
SuperMap基于(yú)二三維一(yī / yì ／yí)體化技術架構，創造性地(dì / de)将傾斜攝影數據與二維GIS數據結合起來(lái)，實現了(le／liǎo)傾斜攝影數據的(de)單體化管理和(hé / huò)對象化管理，能夠将傾斜攝影數據中的(de)地(dì / de)表對象與業務管理系統對接起來(lái)，可以(yǐ)很方便地(dì / de)在(zài)傾斜攝影數據上(shàng)實現點擊選擇、查詢、專題圖、分析等多種管理操作，大(dà)幅提升了(le／liǎo)傾斜攝影數據的(de)價值和(hé / huò)實用性。
圖8 點擊選擇及查看屬性
圖9 設定屬性條件進行查詢
圖10 緩沖區查詢
圖11 根據屬性制作分色專題圖
挑戰三：水體數據修補
傾斜攝影的(de)基礎數據以(yǐ)航測遙感的(de)方式獲取，水體部分的(de)光學信息被完全吸收容易形成空洞，影響數據展示效果，如圖12所示：
