三维模型数据质量分析与控制方法研究

三维模型数据质量分析与控制方法研究

高占亮

黑龙江省计算中心黑龙江哈尔滨市150036

摘要：三维模型作为一种新型的空间数据,有着更为复杂与多样性的数据内容,因而在数据采集、数据库的建立、可视化表现与应用等方面具有自身的复杂性与特殊性。本文结合实际的“数字奎屯”建设项目,浅谈一下基于数字摄影测量方式的三维建模过程中的数据质量分析与质量控制方法。

关键词：三维模型；数据质量分析；控制方法研究

1导言

随着数字城市的深入发展和广泛应用,人们越来越关注三维模型数据的准确性、逼真性和有用性。相比传统二维GIS应用来讲,三维模型作为一种新型的空间数据,有着更为复杂与多样性的数据内容,因而在数据质量检查和控制等方面具有自身的复杂性与特殊性。本文结合实际的“数字奎屯”建设项目,探讨基于数字摄影测量方式的三维建模过程中的数据质量分析与质量控制方法。

2三维模型数据来源及其质量分析

三维模型数据的质量分析主要是研究误差的性质、来源、类型、大小以及产生的原因,对数字成果中的不确定因素进行模拟和估计,从而确保三维模型数据的可靠性和有效性;其质量控制主要是体现在从数据源到最后产品的全过程中对可能引起误差的每一环节加以控制,并对这些步骤的一些指标和参数按照一定的作业规范和标准予以规定。三维模型的数据质量主要包括6个内容:数据情况说明、位置精度、属性精度、逻辑一致性、数据完整性和时间精度。下面就以具体实例来探讨其详细内容。

2.1基础地理空间数据

在数字城市的项目建设过程中,我们需要DEM、DOM、DLG以及相关资料的收集、整理和适当的处理,主要的数据源往往都是可靠的基础测绘成果。其中对于DEM要提及的是:应尽可能采用较小的格网间隔,还要采集必要的特征点、线数据,同时在物方DEM中重新编辑局部格网点的高程,以防止出现模型与地面不相切的现象出现。

2.2纹理(材质)数据

三维模型的逼真可视化效果主要是通过对模型表面所赋予的纹理或材质表现。纹理数据往往是一幅图像,特别是具有相片质感的真实纹理数据常常只有通过实地拍摄照片才能获得。纹理数据质量控制主要涉及以下几方面内容:纹理数据是否模糊、扭曲、变形,植被纹理与近地面地物几何模型相对位置关系是否正确,建筑物相邻侧面的纹理特征是否衔接,纹理是否与建筑物侧面正确对应,建筑物侧面纹理是否与建筑物层数一致,地物侧面纹理图像中其他地物的遮挡问题,建筑物纹理是否与周围环境相协调等。在纹理采集时,我们可以在数码航片的基础上按道路和街区等自然边界进行工作区的划分和任务指派,按照一定的规则对分区进行命名和编号。这有助于项目的顺利实施和数据的汇总整理。

2.3多媒体属性数据

(1)描述空间数据的属性项定义(如:名称、类型等)必须正确,属性表结构中各数据项的属性取值与其单位不能异常,即检查属性的完整性、属性数据的现势性、属性数据说明的合理性等;(2)属性数据逻辑一致性,主要是指属性数据与空间数据之间、属性数据之间、属性数据与侧面纹理之间的逻辑关系要保持一致,例如,建筑物属性中的层数与其几何模型的高度不符和侧面纹理可数到的层数不一致。

2.4三维几何模型

(1)几何模型检查:主要是在模型建立后,从点、线、面、体四个层面与立体像对中的立体模型进行比照,检查三维模型几何结构的正确性和完整性,并确定精度超限需要重新量测的地物。点检查:平面位置,同高点的高程值,特殊部位的采点精度;线检查:边缘垂直、平行条件;面检查:面结构的合理性,共面误差是否超限;体检查:模型高度比例,组合是否完整,几何结构是否合理,是否具有一定的对称性、体与体之间不能重叠交叉等。(2)拓扑结构检查:这里说的拓扑关系包含单个对象内部的点、线、面之间的拓扑关系(内拓扑)和相对独立的对象之间的拓扑关系(外拓扑)。其中内拓扑影响着三维模型的可视化关系和消隐关系,其检查的主要内容是三维模型的结构特征是否与实地相符,是否存在破碎面和冗余面,点是否在某个面内。对外拓扑的检查主要是三维模型主体部分和附属部分之间相离、相交、相切、相落等关系的合理性和正确性。

3全程质量控制

三维模型数据的质量控制主要体现在数据从采集到最后生成的一系列过程中,对可能引起质量问题的步骤和过程加以控制,对这些步骤和过程的指标及参数予以规定,对检查出的误差和错误进行修正,以达到提高系统数据质量和应用水平的目的。通过以上的质量分析,笔者认为在实际生产过程中除了要制定详细的技术规定并严格执行以外,对三维几何模型数据还必须采取特殊的质量检查措施和方法。

3.1基于多种信息源的对比检查

一般方法是逐一调出每个目标的几何模型数据并套合DOM或DLG数据以及实地调绘资料进行多角度对比检查,以发现其中的问题。另外,也可建立三维可视化环境,通过漫游和鸟瞰等功能直观地对所有数据进行人工排查。

3.2自动批处理的质量检查

例如,在AutoCAD或3DMAX中采用宏命令编写一些批处理程序可以减少键入和人工检查的工作量,减少错误的产生。“数字奎屯”项目中采用AML语言编写的ArcInfo程序也能实现对基础地理数据的批量检查和处理。再者通过三维信息系统如Images或NewMap3D等软件批量对部分属性进行查询和汇总以查找错误。

3.3质量抽样检查

三维模型数据中的纹理数据及属性数据相当庞大,对数据一一进行质量检查相当耗时,因此在三维建模阶段对纹理数据及属性数据的质量控制一般采用质量抽检检查法。

4结语

当前,关于三维建模的质量控制体系还需要进一步研究,缺乏有效的、统一的理论指导;并且成熟化的商业软件还一直处在研建当中。另外,为了规范不同规模的城市数字化工程建设,我们也迫切需要关于三维模型数据的具体技术规定,制定城市三维数据获取和建模的国家标准、行业规范。

参考文献

[1]孙涛,张正明.三维数字城市模型质量检验方法的研究[J].现代测绘,2015,05:18-20.

[2]郑子豪,陈颖彪,千庆兰,李勇,谢锦鹏.基于三维模型的城市局地微气候模拟[J].地球信息科学学报,2016,09:1199-1208.