內容簡介
《GIS應用與開發叢書:CityEngine城市三維建模》以構建一個三維場景為主綫,對CityEngine軟件的原理與操作方法展開講解,詳細介紹瞭CityEngine軟件的操作和使用技巧,主要內容包括:CityEngine軟件簡介,CityEngine建模思想,三維場景創建,規則建模的原理、方法與應用,紋理建模流程,大範圍場景建模流程,以及模型數據的導入導齣等。為瞭使讀者特彆是初學者能夠快速全麵地掌握三維場景的製作流程,《GIS應用與開發叢書:CityEngine城市三維建模》最後以一個校園的三維場景製作為例進行瞭綜閤講解,並給齣實現思路與核心代碼,以供讀者參考使用。
《GIS應用與開發叢書:CityEngine城市三維建模》適閤於地理信息科學、測繪工程、遙感科學與技術、地理科學、土地管理、城鄉規劃等專業在校本科生和研究生使用,也可供從事三維地理信息係統的管理者、生産者參考。
內頁插圖
目錄
第1章 CityEngine概述
1.1 三維建模
1.2 常用三維建模軟件
1.3 CityEngine概覽
1.4 CityEngine的特點
第2章 CityEngine基礎
2.1 CityEngine的場景圖層
2.2 CityEngine界麵
2.3 常用快捷鍵一覽錶
2.4 工程文件
2.5 CityEngine安裝
第3章 場景創建
3.1 地形生成
3.2 道路建立
3.3 數據對象的校正配準
3.4 動態城市布局
第4章 規則建模
4.1 規則建模的原理與方法
4.2 添加注釋
4.3 CityEngine坐標係統
4.4 常用的規則函數
4.5 規則中注解的添加
4.6 各式樓房屋頂的函數模型
4.7 替換函數
4.8 規則的應用
4.9 建築外觀建模
4.10 規則編寫注意事項
第5章 立麵紋理建模
5.1 規則紋理貼圖
5.2 手動貼圖工具
5.3 製作玻璃反光效果
第6章 大範圍建築建模
6.1 條件函數與隨機函數
6.2 L型模型、U型模型與0型模型
6.3 水域動態效果製作
6.4 植物模型
第7章 數字模型導入與導齣
7.1 外部模型數據導入
7.2 WebScene的發布
7.3 其他數據格式的導齣
第8章 實例解析
8.1 數據準備
8.2 場景構建
8.3 規則模型建立
8.4 外部導入復雜模型
8.5 綜閤場景生成
8.6 WebScene導齣
前言/序言
經過30多年的發展,地理信息係統已經在我國各行各業中得到瞭相當程度的普及,行業應用對地理信息係統的需求也從基礎的數據管理發展到深層次的業務分析。這種分析的結果總是需要用一種可視化的手段呈現給用戶,而且這種手段隨著計算機軟硬件水平的提高也越來越豐富和精彩。越是龐大的數據、越是復雜的分析方法,其分析結果的展示也就越發顯得重要。特彆是近幾年伴隨著數字城市嚮智慧城市的轉型、位置大數據研究的興起、“互聯網+”概念的提齣,使得人們希望從更精細的層次上研究城市問題。三維模型因具有衝擊力的視覺展示效果,能更真實地錶達和模擬城市環境,已經成為當前智慧城市建設中地理數據錶達的主要形式之一。傳統三維模型的建模方式多采用專門的三維建模軟件(如3ds Max等)手工進行,盡管具有很高的模型精細度,經過大量投入後也可以做齣一個美輪美奐的虛擬城市,但是這個靜態的、固化的手工成果,往往停留於好看的層麵上,無法做到統計與分析,更無法和現有的數據進行聯動,這種停留在“看”的層次上的模型與我們對三維模型“用”的需求還具有一定的距離。
在城市智慧化管理的層次上,需要一種兼顧模型構建速度和模型精細化程度的快速建模方法。這種方法不僅能最大限度地利用現有的二維空間數據以進行大規模的城市建模,又能進行三維的空間統計與分析,使得三維數據真正融入業務係統的規劃與設計中。在這種情況下,CityEngine就應運而生瞭。
CityEngine是Esri公司推齣的應用於城市三維建模的軟件。它實現瞭同ArcGIS的完美結閤,能夠充分利用現有的GIS建設成果,在二維空間數據的基礎上,通過規則進行動態的、參數化的建模。這種方法也特彆適宜於大規模城市尺度上的三維建模,同時,通過詳細的規則控製和紋理貼圖,也可以達到3dsMax等軟件的精細度。所以說CityEngine開啓瞭基於規則的三維建模新篇章,已經成為當前城市三維建模的首選軟件之一。
盡管國內使用CityEngine進行城市三維建模的應用已經大規模開展起來,但是相關資料還比較缺乏。本書編寫的目的就是將CityEngine這一規則化的快速建模工具介紹給讀者,使讀者能以最快的速度掌握規則化建模的思想和方法。本書按照構建一個三維場景的順序來講解,主要內容包括CityEngine基礎、場景構建、規則建模方法、紋理建模、大範圍建築建模和三維模型的導入導齣等幾部分內容。最後給齣瞭一個綜閤實例,使讀者能在總體上把握一個真實三維場景的構建過程。
本書由山東科技大學的牟乃夏、張靈先,黃河水利職業技術學院的趙雨琪,山東省國土測繪院的孫久虎等同誌編寫,全書由牟乃夏統稿並定稿,研究生徐玉靜同學參加瞭部分插圖的繪製和初稿文檔的整理工作。本書的編寫得到瞭測繪工程國傢級實驗教學示範中心(山東科技大學)建設經費的支持。
盡管本書編寫曆時兩年有餘,作者也力求錶述準確,但是由於編者水平所限,加之國內外可供參考和藉鑒的資料較少,必定有不少錯誤與不妥之處,敬請讀者批評指正。批評和建議請緻信:mounaixia@163.com,或者關注微博@山東科大牟乃夏老師GISer,作者將及時發布本書的勘誤,以及讀者的建議、意見和學習指導等。
好的,以下是為您創作的圖書簡介,該書內容與《GIS應用與開發叢書:CityEngine城市三維建模》無關: --- 數字孿生時代的測繪前沿:高精度三維實景采集與數據融閤技術 內容簡介: 在數字化浪潮席捲全球的今天,構建精準、鮮活的數字世界已成為基礎設施建設、城市管理、應急響應乃至工業製造的核心訴求。本書聚焦於現代測繪領域最前沿、最關鍵的一環——高精度三維實景的采集、處理與多源數據的有效融閤。我們深入探討瞭如何從物理世界中精準“捕獲”信息,並將其轉化為可用於分析、決策和仿真的數字資産。 本書並非僅僅停留在理論介紹,而是以工程實踐為導嚮,係統梳理瞭從數據源選擇到最終成果交付的全流程技術棧。我們旨在為測繪工程師、地理信息係統(GIS)專業人士、BIM/CIM從業者,以及對高精度三維建模有需求的行業用戶,提供一套全麵、實用的技術指南和方法論。 第一部分:全空間數據采集技術深度解析 本部分詳盡剖析瞭當前主流的三維空間數據采集手段,強調瞭不同技術在精度、效率、成本和適用場景上的權衡與選擇。 1. 航空攝影測量與傾斜攝影技術精進: 我們詳細闡述瞭無人機(UAV)係統的航綫規劃、成像參數設置及影像質量控製的關鍵要素。重點討論瞭空中三角測量(AT)的優化算法,以及如何利用高冗餘度影像實現高精度密集匹配,生成高質量的正射影像(DOM)、數字錶麵模型(DSM)和三維點雲。此外,針對城市復雜立麵和局部細節,本書提供瞭傾斜攝影數據采集與處理的專門流程,包括對遮擋、陰影和規則性結構體的有效應對策略。 2. 激光雷達(LiDAR)係統的原理與應用: 激光雷達作為高精度主動傳感器的代錶,其數據采集的物理原理、不同波長(如紅外)的應用差異被係統闡述。我們深入講解瞭地麵式激光雷達(TLS)和機載激光雷達(ALS)的作業規範,特彆是如何通過時間同步和外部方位係統(EOP)的精確解算,實現多站掃描數據的配準與融閤。對點雲數據質量的評估標準,包括噪聲點識彆與剔除、迴波特徵分析等技術細節進行瞭詳盡的論述。 3. 傳統與新興測量技術的融閤: 衛星遙感數據的應用前景被適度拓展,著重於高分辨率立體像對的數據獲取與輔助建模。同時,本書也覆蓋瞭全球導航衛星係統(GNSS/北鬥)在控製點獲取中的高精度差分技術(RTK/PPK),以及慣性測量單元(IMU)在提升空中平颱定位精度中的關鍵作用,確保瞭所有采集數據的幾何基準的可靠性。 第二部分:多源異構數據的預處理與質量控製 采集到的數據往往是異構的——來自不同傳感器、不同時間,具有不同的坐標係統和數據結構。本部分的核心在於如何將這些原始數據轉化為可用於後續建模和分析的統一、高質量數據集。 1. 點雲數據清洗與規範化: 詳細介紹瞭點雲數據的濾波算法(如統計濾波、劃分濾波),以及如何根據應用需求對點雲進行分類(Classification),例如區分地麵、植被、建築物和人工構築物。針對大規模點雲數據,高效的數據組織結構(如八叉樹)管理方法被作為提高後續處理效率的關鍵技術進行講解。 2. 影像與點雲的幾何校正: 闡述瞭如何利用共綫條件和定嚮模型對影像進行幾何糾正。對於點雲數據,如何通過迭代最近點(ICP)或其他特徵匹配算法,實現不同傳感器采集數據的高精度配準,消除係統誤差和偶然誤差。 3. 數據質量的量化評估: 我們提供瞭一套係統的精度驗證框架。這包括絕對精度和相對精度的評估指標,如何設置閤格的檢驗點(GCP/CGP),以及如何基於這些檢驗數據對整個數據鏈的可靠性進行科學量化。 第三部分:復雜場景下的三維模型構建與語義化 高質量的實景數據是建模的基礎,而模型構建則是信息價值的最終體現。本部分聚焦於如何從海量點雲和影像中高效提取結構化的三維模型。 1. 基於點雲的特徵提取與幾何重建: 探討瞭從海量、無序的點雲數據中自動提取邊緣、麵片和結構特徵的先進算法。這包括對城市建築立麵、道路橫斷麵、橋梁結構等關鍵要素的參數化重建方法,從傳統的平麵擬閤到基於深度學習的語義分割重建流程。 2. 紋理映射與真實感渲染: 詳述瞭如何將高分辨率的DOM或傾斜影像精確地投影和融閤到重建的三維幾何體上,實現紋理的無縫拼接和病態(如樓宇陰影、透視畸變)的優化處理。同時,本書也涉及瞭PBR(基於物理的渲染)基礎概念在地理信息可視化中的初步應用。 3. 語義化與信息集成: 真正的數字孿生需要數據具備“意義”。本部分重點講解瞭如何將幾何模型與地理空間屬性和專業信息(如建築用途、管綫屬性、材料信息)關聯起來。這包括基於IFC/CityGML標準的數據組織和輕量化模型輸齣,為後續的城市仿真、設施管理和規劃決策提供支撐。 第四部分:麵嚮工程應用的集成與可視化 本書的最終目標是將構建好的高精度三維模型應用於實際工程場景。 1. 大場景數據管理與優化: 麵對動輒TB級的城市級三維數據,我們討論瞭LOD(細節層次)模型的動態生成策略,以及如何采用高效的流式傳輸和視景裁剪技術,確保模型在Web端或移動端的流暢可視化。 2. 數據集成與互操作性: 闡述瞭如何將實景三維模型無縫接入現有的GIS平颱(如ArcGIS Pro, QGIS)以及BIM/CIM管理平颱。重點關注坐標係轉換、數據格式轉換(LAS/LAZ, E57, OBJ, FBX)的標準流程和常見兼容性問題解決。 3. 典型工程案例分析: 通過對智慧交通監測、曆史建築保護測繪、地下管網可視化等多個典型案例的深度剖析,展示瞭高精度三維實景數據在實際工程問題解決中的效能和價值。 本書內容深度結閤瞭測繪學的嚴格性與信息技術的前瞻性,是緻力於掌握新一代空間信息獲取與應用技術的專業人士不可或缺的參考資料。 ---
對於我這樣一名GIS愛好者來說,《GIS應用與開發叢書:CityEngine城市三維建模》這本書的齣現,簡直是一場及時雨。我一直對城市的三維空間構建充滿好奇,也深知CityEngine在這一領域的獨特地位。然而,市麵上關於CityEngine的係統性學習資源相對有限,很多時候隻能通過零散的視頻和文檔來摸索,學習效率不高,而且總感覺缺乏一種體係化的指引。我非常期待這本書能夠係統地梳理CityEngine的學習脈絡,從入門級的模型創建,到中級的規則編寫,再到高級的應用開發,都能夠有詳細的闡述。我特彆關注書中是否會包含一些實操性強的內容,例如如何利用CityEngine根據街區劃分、地塊信息、建築類型等規則,自動化生成具有不同風格和特徵的三維街景。我也很希望書中能夠介紹一些CityEngine的二次開發技巧,比如如何通過Python腳本實現批量處理、數據驅動建模,或者與其他GIS軟件(如ArcGIS Pro、QGIS)進行無縫集成,從而構建更強大的三維GIS應用。這本書的齣現,無疑將極大地提升我對CityEngine的學習深度和應用廣度,讓我能夠更好地將其運用到我感興趣的城市研究和可視化項目中。