- 文献综述（或调研报告）：
- 三维建模研究现状
三维地理信息系统中的一项关键问题就是对地表实体的三维建模。对这些实体的三维建模，常用的方式可以分为四类：一是根据DEM重建逼真的地形表面形态,通过叠加正射影像数据生成具有很强真实感的虚拟场景；二是使用CAD ,3DS, 3DMAX等建模软件逼真设计模型的精细结构和材质特征,不仅可以表现外观,还能充分表现实体的内部形态 ,可用来进行真三维实体的建模；三是利用摄影测量、激光扫描或其他地面测量手段采集三维数据和实际影像纹理从而恢复实体的三维状态；四是根据建筑物底部轮廓线(如数字线划图 ,DLG) 和相应的高度属性进行三维重建,用于表现较低细节水平的城市景观[2][7][16]。
这几种建模方式均有其适用性和局限性，我们将在设计过程中探讨各技术的优势与不足，并以具体地物作为实例。
2、城市三维建模方法概述
城市三维模型的建设和应用越来越普遍。就城市三维模型建设方法而言，技术方法大致可归纳为两种：基于空间信息技术的城市三维建模方法，其总体思路是基于测绘行业形成的数字地形图（DTM）数据、遥感影像（RS）数据、数字高程模型（DEM）数据、激光扫描（LS）数据等资源，建立与现实十分相似的高程起伏的地表模型、地表影像和房屋模型， 最终综合成反映区域各部分空间形态的三维城市模型；另一种技术方法是基于虚拟现实技术的城市三维建模方法，这种方法的思路是以景观设计的视觉感受为出发点，有条件地利用部分测绘数据资源，将地物分别作为建模对象，建立独立的道路系统、地块景观系统和房屋系统模型，并根据贴图的需要，将地物对象模型进行进一步划分，形成更小单元，制作完成的模型还进行各种图像处理，最终形成视觉感受逼真的三维城市模型。
第一种方法的优点是：① 能有效利用城市测绘的DEM和DOM数据，能够精确反映地形起伏特征；②能有效利用城市测绘的房屋数据，快速建立房屋三维模型。缺点是：①所生成的地表模型只能反映地形起伏的大概特征，不仅无法表达局部地形起伏的细节，还会导致平坦地区的几何数据冗余；②所生成的房屋三维模型几何数据过于简单，无法表达房屋的特征结构；③房屋三维模型的纹理数据组织简单，不能分解和重复使用，导致纹理数据的无限制增加，不利于三维可视化引擎的数据调度和实时展示；④所生成的城市三维场景不够逼真，用户视觉感受不佳。第二种方法的优点是：①所制作的房屋三维模型能够较好体现房屋建筑结构特征和细 节、纹理贴图逼真；②所制作的地形景观包含了道路、人行铺装、绿地、花坛等模型，能逼真再现城市景观；③利用三维渲染技术对场景进行烘焙，使场景在环境光和阴影方面进一步提高逼真度。而缺点是：①房屋和地形景观中的道路、人行铺装、绿地花坛等模型需要人工制作完成，效率比较低、耗费比较大;②所制作房屋和地形景观模型的几何模型面数和纹理数据量非常巨大，不利于三维可视化引擎的数据调度和实时展示；③所制作房屋和地形景观模型没有严格参照城市测绘资源，难以保证模型的精度[4]。
要生成具有真实感的三维城市模型,需要建立准确的房屋几何模型和清晰的纹理映射。由于纹理总是与建筑的几何模型相联系在一起的,并且“初始模型表示方式的不同决定了重建方法的不同”,因此,建筑墙面纹理的获取与三维重建过程中初始模型表示的选择有着密切的联 系。纹理重建本质上是建立同名点(物方和像方)间的对应关系,涉及到相机成像模型的恢复以及纹理的映射等过程。传统摄影测量的核心基础一关于三点(摄影中心、像点和物点)的共线方程要求对应的像点与物点必须是同名点,而在实际的图像中,由于噪声和遮挡的影响,同名点的确定是非常困难、甚至是不可能的;相反的,在以人工建筑物为主要对象的影像数据中,直线特征具有更稳定的几何特性(长度、角度以及灰度分布),易于被检测、跟踪,能较好的适应与影像的不连续、阴影与被遮挡等情形,因此,在建筑物几何模型重建研究中出现了“基于直线的摄影测量”方法[4]。
- 设计工具简介
Skechup：SketchUp是Google公司推出的一款专为专业人员设计的 3D 建模软件。SketchUp 简单且直观，且使用免费，能迅速准确地进行 3D 建模。
AutoCAD：AutoCAD是Autodesk推出的专业设计软件，提供了可靠的三维自由形状设计工具以及强大的绘图和文档制作功能，在全球拥有数百万用户。
ArcGIS Desktop是为GIS专业人士提供的用于信息制作和使用的工具。利用ArcGIS Desktop可以实现任何从简单到复杂的GIS任务。可进行地图制作、地理处理、影像处理与三维GIS的操作。
Java 3D是Java平台三维图形方面的扩展，通过对OpenGL、DirectX等图形技术进行封装，提供一组三维编程的简单的接口API。
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