基于City Engine图像的虚拟三维校园建模外文翻译资料

 2022-03-12 03:03

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研究论文

基于City Engine图像的虚拟三维校园建模

史仁达，卡马尔，V.莫瓦维

鲁尔基印第安纳理工学院土木工程系，印度（PN-247667）

机械与建筑科学学院，韦洛尔技术学院大学，韦洛尔，印度

电子邮件*对应作者：SurdRay.GeoMaTys@ Gmail

摘要

在目前的情况下，各种基于图像的技术可用于三维建模。其中，摄影测量和激光扫描是主要的地理信息技术。卫星摄影测量和航空摄影测量不容易被每个人使用，因为图像不容易为每个人提供。由于这个原因，一种新的方法是可能的虚拟3D模型的任何校园。在这篇论文中，一个简单的基于图像的方法开发了使用数码相机。这种方法非常简单，非常容易使用。这个概念仅基于数字图像。这些数字图像很容易通过任何手持式数码相机获得。在这项研究中，我们使用的研究区，土木工程系，印度技术学院，鲁尔基，印度分校。本研究基于City Engine软件。

本文将介绍该方法的介绍、方法、优点和局限性。

在本研究的基础上，我们得出结论，基于图像的方法是非常容易创建虚拟3D的任何教育校园，该方法也非常适合于城市的三维建模。成本和时间是该方法的主要优点。本文提出了一种简单、廉价的解决方案，通过使用简单的数字图像来创建任何教育机构的虚拟3D校园。但这种方法也有一定的局限性。从这项工作中，这种方法的优点和局限性也进行了讨论。因此，利用数码相机图像进行三维建模是一个有意义的研究和工作。这些3D校园模型也可以在该学院或大学的网站上发表。版权所有copy;AJESTR，版权所有。

关键词：过程建模、基于图像的建模、虚拟可视化、虚拟三维模型

1、引言

虚拟三维建模是地理信息系统研究人员的一个重要课题。许多科学家正朝着这个方向努力。全世界有这么多的教育机构有自己的校园。校园是学院的所在地，大学或大学的建筑所在地。在现代数字时代，3D校园的需求日益增加。校园虚拟三维模型具有良好的逼真逼真感（9）。激光和照片是创建三维模型的两个重要数据输入。激光输入是非常昂贵的，负担不起所有的研究所。卫星摄影测量和航空摄影测量不容易被每个人使用，因为图像不容易为每个人提供。〔10〕。

以前的研究〔7〕、〔9〕、〔10〕还表明，数字地面照片是创建任何学院的成本有效的虚拟3D校园的良好来源。参考文献〔5〕在基于图像的三维建模中可以找到很好的文献集。近景摄影测量（CRP）也是创建虚拟3D校园模型的一个好选择[2 ]，[7 ]，[ 10 ]。但在近距离摄影测量工作中，主要的缺点是：摄像机标定、经验摄影、屋顶纹理、复杂的数学建模以及寻找合适位置的问题。

ANUAR和LaWali（2）利用摄影测量技术制作了马来西亚科技大学的虚拟三维校园模型。他们从立体照片中使用3D数字化。

C. Armenakis和G. Sohn（4）也利用图像和航空照片制作了约克大学校园的3D模型。该项目的主要目的是生成约克大学校园的虚拟3D模型。他们使用机载和地面图像与激光雷达数据。

辛格等人，[6 ]设计并开发了一种多摄像机设置。他们还开发了一种多摄像机标定方法。这是一个很好的产品，用于数字图像数据采集。

沙市和JAIN，〔11〕，Singh等人，〔7〕，〔10〕还讨论了近景摄影测量中的三维建筑物建模。他们还讨论了使用数码相机进行三维建模。

Zulkepli Majid等人（19）利用激光扫描仪对三维校园模型进行了建模和讨论。辛格等人，[8 ]也解释了虚拟3D城市建模技术和应用。

辛格等人（9）利用StrimCUP建立了一个基于图像的校园三维模型。它是一种非常便宜和简单的方法来创建校园三维模型。但是，它也不是先进的3D模型，并有一定的局限性。

因此，利用city engine开发了一种新的校园虚拟三维建模方法。

City Engine软件也为历史城市创造了新的解决方案〔1〕。P. Chege和R. Kamau（12）在ArcGIS和City Engine中讨论了三维城市模型。

B. Holman等人，[ 3 ]解释了语义丰富的3D建筑模型的GML形状文法的关系。

K. Pekoe等人，（13）解释了GIS和过程建模在纽约驾驶仿真中的融合。

Zorro Costarring（20）利用City Engine解释了三维城市的地理设计的重要性。

由YOAV等人讨论的过程建模，〔17〕，并有各种应用，如数字文化遗产〔15〕、3D GIS建模〔14〕和三维城市模型的纹理化〔16〕。

由于摄影测量方法复杂，需要经验。由于这些原因，需要使用基于图像的建模来创建虚拟3D校园模型的新方法。cityengine是解决这些问题的好方法。因此，该方法试图通过使用cityengine软件来给出一个非常低成本的基于图像的3D虚拟校园建模的解决方案。

cityengine是来自ESRI的3D城市建模的产品[21 ]。它在过程建模中起作用。过程建模是计算机图形学的技术，它从一些特定的规则集创建三维模型和纹理。在过程建模中，算法被用来创建场景。输出被称为可用于计算机游戏、电影产业和虚拟旅游等的程序内容。

cityengine创建了一个3D城市模型，该区域可以直接在互联网上发布，以将城市模型与其他用户共享。用户可以手动编辑这些模型。城市对现实的可视化需求日益增加，因此，cityengine是利用过程建模建立虚拟三维城市模型的有效工具。对印度考古遗址的虚拟可视化也有一定的参考价值。

在这项工作中，主要关注的是基于图像的虚拟3D校园建模，而不使用该软件的其他特征。基于图像的建模比基于语法的或基于规则的3D建模更容易。该3D可以是在因特网上发布的用于虚拟可视化的模型（18）。

2、Study Area

研究领域是土木工程系，印度理工学院，（IIT-R），北安恰尔邦，印度。在印度的鲁尔基理工学院，土木工程系由建筑系、水资源开发与管理部所包围，该土木工程系有以下主要部分和建筑：地理信息科大楼科室建筑（拥有CAD实验室和研究学者翼）、讲堂大楼（有牛顿室和瑞利室）、风工程部、会堂大楼、交通大楼、主民用建筑和液压大楼。

图1。土木工程系，IIT Rookee，印度（来源：谷歌地球，June2013）（来源：参考文献〔10〕）

3、方法论

CityEngine 主要工作在基于语法的建模上，但是我已经研究了一种新的方法，它仅仅基于简单的基于图像的建模。

在这种基于图像的建模中，以下主要步骤有：手持式数码相机的图像采集、CityEngine中的形状文件创建、街道网络生成、层生成、线框模型生成、建筑物立面生成、建筑物立面纹理化、手工编辑并更新建筑物数据和最终纹理逼真的三维建筑模型生成。

在CityEngine环境中，创建了形状文件、街道网络和其他层。线框模型的生成，以纹理、手工编辑和更新建筑物数据来生成建筑物立面，是主要步骤。

对于这个过程。最后，建立了土木工程系IIT-ROORKE的最终纹理三维建筑模型。该3D模型可以导出到各种应用的其他格式。

这些步骤可以解释为：

  1. 数码相机图像采集：针对城市发动机软件，首先对土木工程系IIT ROORKE进行图像采集。图像采用平行摄影，部分重叠。高品质的相机在处理过程中提供了良好的纹理。对于这项工作，使用索尼DSC HX7V数码相机。（图2）。从参考文献〔10〕可以看出这台照相机的摄影性能。

2、cityengine中的形状文件创建：现在，cityengine软件中创建的形状文件。土木工程系IIT Rookye，被选为研究区。

3、街道网络生成：在cityengine软件中，街道网络也为土木工程系IIT RooKee创建。

4、层生成：在本研究中，建立了建筑物和道路层。建筑和道路是任何地区的主要特征。其他层也可以创建。

5、线框模型生成：土木工程系线框模型的建立。没有表面或纹理的3D模型被称为线框模型。线框模型将建筑物表示为顶点和边的数量。如果有人对建筑物的一般形式感兴趣，这种表示是正确的。

6、用纹理制作建筑立面：

土木工程系的所有建筑立面都是用纹理创建的（见图4）。

7、手动编辑和更新建筑物和道路数据：

在这一步骤中，土木工程系的所有建筑和道路都已手工编辑。

8、最终纹理三维建筑模型：

创建了土木工程系IIT RooKeE的部分建筑。土木工程系、交通部大楼、新加坡会堂大楼、土工科室建筑、新讲堂大楼、风工程科大楼、地理信息科大楼等主体建筑是土木工程系的重要组成部分。图6是土木工程部门的所有建筑物。

该方法的流程图如下所示：

Final Textured 3D building model of Department of Civil Engineering, IIT-Roorkee.

Manual Editing and updating the building data

Making the building facades with Texture

Wireframe model generation

Layer generation

Street network generation

Shape file creation

Image acquisition

4、软件使用

本研究采用cityengine软件。cityengine最初是在苏黎世联邦理工大学Pascal Mueller博士研究工作期间开发的。他也是程序公司的联合创始人和首席执行官。这个软件是由以前的程序公司开发的，但现在是ESRI研究中心和苏黎世，并于2008年8月发布。它是商业软件的三维城市建模的数字图像[21 ]。任何人都可以通过使用cityengine软件来创建大规模的3D城市模型。

cityengine:主要特点：

以下是该城市发动机的主要特点；

GIS／CAD数据支持

基于规则的建模框架

三维建筑与街道的参数化建模

交互式编辑与城市模型更新

动态城市布局

地图控制城市建模

街道网络模式

外观向导

通用报告（城市BIM）

Python接口

可用于所有平台

行业标准3D格式：cityengine支持Collada，Autodesk FBX，3DS，波前Objo，Reordman肋骨等，允许完美无瑕的3D数据交换。

城市模型批量出口。

与ArcGIS集成

5、结果与讨论

通过这张基于图像的研究，为印度土木工程系，Roorkee，（IIT-R），印度，创建了一个真实感的虚拟3D模型。结果如图6所示。

一个纹理的街道视图，土木工程系，IIT Rookye校园产生。它给出了一个模型的逼真的外观。它还涵盖了FAUADE的更多细节。

纹理质量取决于相机的质量。高分辨率的相机提供了更好的纹理模型。

该3D模型可以以以下格式导出：KML、Collada、Autodesk FBX 2012、Autodesk 3DS、波前Objo、ESRI文件GDB、E-on软件VUE、现实服务器、Pixar Renderman、RIP、基于脚本的导出（Python）和海量素数。

这种虚拟三维建筑模型是非常有用的，是创建一个完整的虚拟三维城市模型的重要组成部分。该方法也适用于建筑和城市规划、考古、虚拟旅游、建筑信息建模、模拟、建筑物修复等。

模型精度：在该方法中，还测量了道路宽度、建筑高度和建筑长度的尺寸。在此之后，这些值已经被Python脚本添加到3D模型中。因此，三维模型的精度取决于测量的精度。任何人都可以在设置中设置测量单位。任何人也可以借助于测量尺寸来缩放模型。对于这个三维模型，模型的精度在可接受的限度之内。

6、结论

cityengine是非常有用的3D城市建模，因为在这个软件中，任何人都可以创建和维护3D城市模型。任何人都可以设计和规划新的开发（3D分区），任何人也可以做典型的城市分析，如阴影和视觉冲击，太阳曝光等。3D城市模型也可以在线发布，并且它也可以与GIS集成。

由此可见，这种基于图像的技术对于创建虚拟三维校园或虚拟三维城市建模是非常有用的，因为在某些区域，航空图像和卫星图像不易获得，但摄像机图像容易获得。成本和精度也很好。通过使用这种方法，任何人都可以为各种应用创建虚拟3D模型。通过这项研究，可以得出结论：“基于图像的技术和city engine软件是一个好的和低成本的工具来创建一个建筑物的真实感三维模型”。这种基于图像的三维建模工作对土木工程和建筑界也有帮助。

还讨论了该方法的优点和局限性。以下是该方法的主要优点和局限性；

6.优点：

城市发动机产品的主要优点：

城市引擎也是创建虚拟城市环境的有力工具。以下是城市发动机软件的主要优点

城市的大面积可以从少量的规则中产生。

可以在较短的时间内创建一个城市的大面积。

用户可以手动编辑城市模型。

程序建模主要是从规则集创建模型，而不是通过用户输入来编辑模型。

城市引擎提供了一个成本有效的解决方案来创建一个地

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