内容简介
《GIS应用与开发丛书:CityEngine城市三维建模》以构建一个三维场景为主线,对CityEngine软件的原理与操作方法展开讲解,详细介绍了CityEngine软件的操作和使用技巧,主要内容包括:CityEngine软件简介,CityEngine建模思想,三维场景创建,规则建模的原理、方法与应用,纹理建模流程,大范围场景建模流程,以及模型数据的导入导出等。为了使读者特别是初学者能够快速全面地掌握三维场景的制作流程,《GIS应用与开发丛书:CityEngine城市三维建模》最后以一个校园的三维场景制作为例进行了综合讲解,并给出实现思路与核心代码,以供读者参考使用。
《GIS应用与开发丛书:CityEngine城市三维建模》适合于地理信息科学、测绘工程、遥感科学与技术、地理科学、土地管理、城乡规划等专业在校本科生和研究生使用,也可供从事三维地理信息系统的管理者、生产者参考。
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目录
第1章 CityEngine概述
1.1 三维建模
1.2 常用三维建模软件
1.3 CityEngine概览
1.4 CityEngine的特点
第2章 CityEngine基础
2.1 CityEngine的场景图层
2.2 CityEngine界面
2.3 常用快捷键一览表
2.4 工程文件
2.5 CityEngine安装
第3章 场景创建
3.1 地形生成
3.2 道路建立
3.3 数据对象的校正配准
3.4 动态城市布局
第4章 规则建模
4.1 规则建模的原理与方法
4.2 添加注释
4.3 CityEngine坐标系统
4.4 常用的规则函数
4.5 规则中注解的添加
4.6 各式楼房屋顶的函数模型
4.7 替换函数
4.8 规则的应用
4.9 建筑外观建模
4.10 规则编写注意事项
第5章 立面纹理建模
5.1 规则纹理贴图
5.2 手动贴图工具
5.3 制作玻璃反光效果
第6章 大范围建筑建模
6.1 条件函数与随机函数
6.2 L型模型、U型模型与0型模型
6.3 水域动态效果制作
6.4 植物模型
第7章 数字模型导入与导出
7.1 外部模型数据导入
7.2 WebScene的发布
7.3 其他数据格式的导出
第8章 实例解析
8.1 数据准备
8.2 场景构建
8.3 规则模型建立
8.4 外部导入复杂模型
8.5 综合场景生成
8.6 WebScene导出
前言/序言
经过30多年的发展,地理信息系统已经在我国各行各业中得到了相当程度的普及,行业应用对地理信息系统的需求也从基础的数据管理发展到深层次的业务分析。这种分析的结果总是需要用一种可视化的手段呈现给用户,而且这种手段随着计算机软硬件水平的提高也越来越丰富和精彩。越是庞大的数据、越是复杂的分析方法,其分析结果的展示也就越发显得重要。特别是近几年伴随着数字城市向智慧城市的转型、位置大数据研究的兴起、“互联网+”概念的提出,使得人们希望从更精细的层次上研究城市问题。三维模型因具有冲击力的视觉展示效果,能更真实地表达和模拟城市环境,已经成为当前智慧城市建设中地理数据表达的主要形式之一。传统三维模型的建模方式多采用专门的三维建模软件(如3ds Max等)手工进行,尽管具有很高的模型精细度,经过大量投入后也可以做出一个美轮美奂的虚拟城市,但是这个静态的、固化的手工成果,往往停留于好看的层面上,无法做到统计与分析,更无法和现有的数据进行联动,这种停留在“看”的层次上的模型与我们对三维模型“用”的需求还具有一定的距离。
在城市智慧化管理的层次上,需要一种兼顾模型构建速度和模型精细化程度的快速建模方法。这种方法不仅能最大限度地利用现有的二维空间数据以进行大规模的城市建模,又能进行三维的空间统计与分析,使得三维数据真正融入业务系统的规划与设计中。在这种情况下,CityEngine就应运而生了。
CityEngine是Esri公司推出的应用于城市三维建模的软件。它实现了同ArcGIS的完美结合,能够充分利用现有的GIS建设成果,在二维空间数据的基础上,通过规则进行动态的、参数化的建模。这种方法也特别适宜于大规模城市尺度上的三维建模,同时,通过详细的规则控制和纹理贴图,也可以达到3dsMax等软件的精细度。所以说CityEngine开启了基于规则的三维建模新篇章,已经成为当前城市三维建模的首选软件之一。
尽管国内使用CityEngine进行城市三维建模的应用已经大规模开展起来,但是相关资料还比较缺乏。本书编写的目的就是将CityEngine这一规则化的快速建模工具介绍给读者,使读者能以最快的速度掌握规则化建模的思想和方法。本书按照构建一个三维场景的顺序来讲解,主要内容包括CityEngine基础、场景构建、规则建模方法、纹理建模、大范围建筑建模和三维模型的导入导出等几部分内容。最后给出了一个综合实例,使读者能在总体上把握一个真实三维场景的构建过程。
本书由山东科技大学的牟乃夏、张灵先,黄河水利职业技术学院的赵雨琪,山东省国土测绘院的孙久虎等同志编写,全书由牟乃夏统稿并定稿,研究生徐玉静同学参加了部分插图的绘制和初稿文档的整理工作。本书的编写得到了测绘工程国家级实验教学示范中心(山东科技大学)建设经费的支持。
尽管本书编写历时两年有余,作者也力求表述准确,但是由于编者水平所限,加之国内外可供参考和借鉴的资料较少,必定有不少错误与不妥之处,敬请读者批评指正。批评和建议请致信:mounaixia@163.com,或者关注微博@山东科大牟乃夏老师GISer,作者将及时发布本书的勘误,以及读者的建议、意见和学习指导等。
好的,以下是为您创作的图书简介,该书内容与《GIS应用与开发丛书:CityEngine城市三维建模》无关: --- 数字孪生时代的测绘前沿:高精度三维实景采集与数据融合技术 内容简介: 在数字化浪潮席卷全球的今天,构建精准、鲜活的数字世界已成为基础设施建设、城市管理、应急响应乃至工业制造的核心诉求。本书聚焦于现代测绘领域最前沿、最关键的一环——高精度三维实景的采集、处理与多源数据的有效融合。我们深入探讨了如何从物理世界中精准“捕获”信息,并将其转化为可用于分析、决策和仿真的数字资产。 本书并非仅仅停留在理论介绍,而是以工程实践为导向,系统梳理了从数据源选择到最终成果交付的全流程技术栈。我们旨在为测绘工程师、地理信息系统(GIS)专业人士、BIM/CIM从业者,以及对高精度三维建模有需求的行业用户,提供一套全面、实用的技术指南和方法论。 第一部分:全空间数据采集技术深度解析 本部分详尽剖析了当前主流的三维空间数据采集手段,强调了不同技术在精度、效率、成本和适用场景上的权衡与选择。 1. 航空摄影测量与倾斜摄影技术精进: 我们详细阐述了无人机(UAV)系统的航线规划、成像参数设置及影像质量控制的关键要素。重点讨论了空中三角测量(AT)的优化算法,以及如何利用高冗余度影像实现高精度密集匹配,生成高质量的正射影像(DOM)、数字表面模型(DSM)和三维点云。此外,针对城市复杂立面和局部细节,本书提供了倾斜摄影数据采集与处理的专门流程,包括对遮挡、阴影和规则性结构体的有效应对策略。 2. 激光雷达(LiDAR)系统的原理与应用: 激光雷达作为高精度主动传感器的代表,其数据采集的物理原理、不同波长(如红外)的应用差异被系统阐述。我们深入讲解了地面式激光雷达(TLS)和机载激光雷达(ALS)的作业规范,特别是如何通过时间同步和外部方位系统(EOP)的精确解算,实现多站扫描数据的配准与融合。对点云数据质量的评估标准,包括噪声点识别与剔除、回波特征分析等技术细节进行了详尽的论述。 3. 传统与新兴测量技术的融合: 卫星遥感数据的应用前景被适度拓展,着重于高分辨率立体像对的数据获取与辅助建模。同时,本书也覆盖了全球导航卫星系统(GNSS/北斗)在控制点获取中的高精度差分技术(RTK/PPK),以及惯性测量单元(IMU)在提升空中平台定位精度中的关键作用,确保了所有采集数据的几何基准的可靠性。 第二部分:多源异构数据的预处理与质量控制 采集到的数据往往是异构的——来自不同传感器、不同时间,具有不同的坐标系统和数据结构。本部分的核心在于如何将这些原始数据转化为可用于后续建模和分析的统一、高质量数据集。 1. 点云数据清洗与规范化: 详细介绍了点云数据的滤波算法(如统计滤波、划分滤波),以及如何根据应用需求对点云进行分类(Classification),例如区分地面、植被、建筑物和人工构筑物。针对大规模点云数据,高效的数据组织结构(如八叉树)管理方法被作为提高后续处理效率的关键技术进行讲解。 2. 影像与点云的几何校正: 阐述了如何利用共线条件和定向模型对影像进行几何纠正。对于点云数据,如何通过迭代最近点(ICP)或其他特征匹配算法,实现不同传感器采集数据的高精度配准,消除系统误差和偶然误差。 3. 数据质量的量化评估: 我们提供了一套系统的精度验证框架。这包括绝对精度和相对精度的评估指标,如何设置合格的检验点(GCP/CGP),以及如何基于这些检验数据对整个数据链的可靠性进行科学量化。 第三部分:复杂场景下的三维模型构建与语义化 高质量的实景数据是建模的基础,而模型构建则是信息价值的最终体现。本部分聚焦于如何从海量点云和影像中高效提取结构化的三维模型。 1. 基于点云的特征提取与几何重建: 探讨了从海量、无序的点云数据中自动提取边缘、面片和结构特征的先进算法。这包括对城市建筑立面、道路横断面、桥梁结构等关键要素的参数化重建方法,从传统的平面拟合到基于深度学习的语义分割重建流程。 2. 纹理映射与真实感渲染: 详述了如何将高分辨率的DOM或倾斜影像精确地投影和融合到重建的三维几何体上,实现纹理的无缝拼接和病态(如楼宇阴影、透视畸变)的优化处理。同时,本书也涉及了PBR(基于物理的渲染)基础概念在地理信息可视化中的初步应用。 3. 语义化与信息集成: 真正的数字孪生需要数据具备“意义”。本部分重点讲解了如何将几何模型与地理空间属性和专业信息(如建筑用途、管线属性、材料信息)关联起来。这包括基于IFC/CityGML标准的数据组织和轻量化模型输出,为后续的城市仿真、设施管理和规划决策提供支撑。 第四部分:面向工程应用的集成与可视化 本书的最终目标是将构建好的高精度三维模型应用于实际工程场景。 1. 大场景数据管理与优化: 面对动辄TB级的城市级三维数据,我们讨论了LOD(细节层次)模型的动态生成策略,以及如何采用高效的流式传输和视景裁剪技术,确保模型在Web端或移动端的流畅可视化。 2. 数据集成与互操作性: 阐述了如何将实景三维模型无缝接入现有的GIS平台(如ArcGIS Pro, QGIS)以及BIM/CIM管理平台。重点关注坐标系转换、数据格式转换(LAS/LAZ, E57, OBJ, FBX)的标准流程和常见兼容性问题解决。 3. 典型工程案例分析: 通过对智慧交通监测、历史建筑保护测绘、地下管网可视化等多个典型案例的深度剖析,展示了高精度三维实景数据在实际工程问题解决中的效能和价值。 本书内容深度结合了测绘学的严格性与信息技术的前瞻性,是致力于掌握新一代空间信息获取与应用技术的专业人士不可或缺的参考资料。 ---
一直以来,我对三维GIS领域都充满着浓厚的兴趣,尤其在城市规划和数字孪生方面,三维建模是不可或缺的一环。市面上关于城市三维建模的工具不少,但CityEngine以其独特的规则驱动建模方式,在业界享有盛誉。我之所以对这本《GIS应用与开发丛书:CityEngine城市三维建模》抱有极大的期待,是因为我希望它能够提供一套权威、系统的CityEngine学习指南。我曾经尝试过一些零散的在线教程,但往往缺乏连贯性和系统性,学习过程中经常遇到瓶颈。我希望这本书能够从零开始,循序渐进地讲解CityEngine的核心概念、界面布局、常用工具,并逐步深入到复杂的建模技巧,例如如何利用各种图层数据(如DEM、POI、矢量建筑数据)来驱动三维模型的生成。此外,我特别关注书中是否会涉及实际的案例分析,通过真实的城市项目来展示CityEngine的应用场景和解决方案,例如如何利用CityEngine进行城市风貌分析、日照分析、视线分析等。如果书中还能提供一些进阶的开发技巧,比如如何编写Python脚本来实现自动化处理或者与其他系统集成,那将对我非常有帮助。这本书的价值,在于它能帮助我建立起对CityEngine完整、深入的认知体系。