基于GIS的建筑物室内三维建模技术研究

论文总字数：9078字

摘 要

室内建筑物三维建模是现代城市信息化发展的产物，越来越广泛地应用于城市灾难应急响应、规划和设计之中。构建建筑物室内三维是建立室内建筑物三维模型的关键技术。本文遂提出一种基于地理信息系统的虚拟建筑物室内三维构建方法。在ArcGIS平台的支持下，采用 Python面向对象编程语言结合ArcPy站点包和ModelBuilder可视化建模工具，以淮安市新亚国际商城为例进行建模实验，实现室内建筑物三维模型的自动构建。实验过程和结果表明：该方法可以实现构建大规模室内三维模型的目标，可以将该建筑物室内三维建模技术推广，广泛应用于各高校校园室内三维模型建设，住宅小区精细化管理的整体效果三维演示，大型商城的逃生模拟系统三维模型建设以及各种城市预案模拟工作中。

关键词：室内建模，三维建模，自动构建，地理信息系统

Abstract：Three-dimensional (3D) modeling of indoor buildings is a product of the development of modern urban informatization, which is more and more widely used in urban disaster emergency response, planning and design. Constructing the interior 3D model of building quickly and efficiently is the key technology of building interior 3D model. So, in this paper, a method of virtual building interior 3D construction based on GIS is proposed. Under the support of ArcGIS platform, using object-oriented programming language Python combined with site package ArcPy and visual modeling tool ModelBuilder, through programming design script program and modeling to achieve data preprocessing to realize the indoor building 3D model automatic construction. Using Huai’an Xinya international mall modeling experiment as an example, the experiment process and the results show that the method is able to build large-scale indoor 3D model and time, which can build up the building indoor 3D modeling technology promotion. It can be widely used in the indoor 3D model construction of colleges and universities, the overall 3D demonstration of fine management of residential quarters, the 3D model construction of escape simulation system of large shopping malls and the simulation of various urban plans.

Keywords：Indoor modeling, indoor 3D modeling, automatic construction, geography information system

目 录

1 引 言 4

2 基于GIS的室内三维建模的基本流程框架 4

2.1 原始影像和电子地图数据获取 5

2.2 电子地图数据预处理 5

2.3 空间数据三维建模 6

3 新亚商城的三维建模应用实例及关键步骤 6

3.1 三维模型数据预处理 6

3.2 电子地图影像非监督分类 7

3.3 室内设施矢量数据概化 8

3.4 单层室内三维建模 9

3.5 室内多层数据三维建模 10

结论 12

参考文献 13

致谢 14

附录 15

1 引 言

随着三维建模技术的发展以及智慧城市创建的需求，三维建模技术以前所未有的速度兴起和发展，并在城市建设、智能交通、电力管线、电影游戏等领域得到了广泛的应用，拥有十分广阔的前景^[1~2]。国外三维城市建模及可视化研究开展得较早，在理论研究、软件开发和实际应用等方面的发展较为成熟。采矿、地质、石油等部门己率先研制专门的具有部分功能的三维地理信息系统（Geography Information System，以下简称GIS），如加拿大LYNX Geosystems公司的LYNX软件^[16]。时代在进步、科技在发展，越来越多的GIS软件应运而生，此外，三维GIS软件还有Google earth、ArcGIS 3D、Skyline等，国内三维GIS软件有EVglobe、VRrnap、Supermap、IMAGIS、Evia Earth、CityMaker、NeoMap^[3~13]等。

目前，比较常用的三维建模软件有AutoCAD、Sketchup、3DMax等^[14~16]，这些软件具有工作效率高、易操作、效果好的特点，能够快速地搭建模型以及进行较复杂的三维模型构建，但由于所构建的是忽略了拓扑的、静态的模型，在功能实现方面仍有不足，不能对三维模型进行属性编辑，更不能进行深层次的查询和分析。还常利用三维图形库OpenGL或虚拟现实建模语言VRML等构建三维模型，应用该方法进行创建的三维模型可以根据设计者的需求实现各种功能，但对建模者的编程及软件操作能力要求较高。

利用SketchUp、Cityengine等三维建模软件，能够快速批量地构建三维城市模型，目前对于较复杂的建筑物模型的外观也能做到精细逼真，但在注重建筑物外观三维模型构建的同时，对于建筑物内部模型的建立还没有引起相应的重视，也就无法实现对建筑物三维模型内部属性的编辑和查询分析。本文主要介绍一种基于ArcGIS软件操作平台的三维建模方法，通过运用ArcToolbox中空间三维分析等工具和简单ArcPy脚本语言编译，实现对电子影像数据及矢量数据的拓扑编辑及静态三维模型构建，从而进一步实现对建筑物室内的规划设计和方案实施。

2 基于GIS的室内三维建模的基本流程框架

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