IMAGIS（三维可视化地理信息系统）在水电工程中的应用

　　摘要：随着计算机技术和航空航天计算的发展，三维可视化技术在更多的领域得到了应同，本文主要谈三维可视化技术在水电工程中的应用的体会。
　　关键词：三维可视化、IMAGIS、三维建模、纹理、场景
　　
　　一：论述
　　随着计算机技术和航空航天计算的发展，测量工作的领域有可很大的拓展，由传统测绘向地理信息系统，地图一般是指反映2维信息，对高程方面只是用数字来表示，现已不满足社会发展对信息方面的需要，现在地理信息系统，不仅仅是能反映其平面位置，还要求需要其更多的信息。三维可视化技术的到来，为我们提供了更大的平台，既能满足常规测绘的需求，又扩大了市场，满足社会上的各种地理信息需求。
　　二：《IMAGIS（三维可视化地理信息系统）》在水电工程中的应用
　　可视化技术是指计算机生成的一种实时3维空间。它主要提供一种模拟现实的或虚拟现实的操作环境，使用户具有防佛置身在现实世界一样的临境感。利用三维可视化技术，首先要选用一个比较适合于自己行业的特点的软件，在此基础上进行一些工作是比较现实的，以适普公司的《IMAGIS（三维可视化地理信息系统）》为例加以说明水电工地在三维可视化技术方面应用。
　　（一）：首先是数字高程模型（DEM）的获取，建立真实的地形地貌。
　　要实现真实的地形地貌，一般是通过航空摄影、红外线摄像、无人飞机摄影等等，进行全数字测图，从而获得整个的地区的数字高程模型DEM和正射影像图，这是进行三维可视化技术的关键要素，也是全数字成图的成果。如果对一些小范围的工地或没有航空摄影数据的工地，也可以通过对整个工地地形图的高程点的提取，通过CASS或地理信息系统开发软件MapGIS软件来建立DEM，并进行渲染后，输出为*.DXF的格式，最终获得地形电子沙盘。用下图为三峡工地2002年DEM。
　　
　　（二）：地面建筑物的建立
　　1：基于航测数据的地面建筑物的建立
　　利用全数字进行测图，转存了*DXF格式，并在AutoCad中编辑，将坐标点和其他多数的数据删除，所有的线条改为同一个层，保存了一个文件，将其导入《IMASIS》系统来进行建模。《IMASIS》系统提供了一套建立复杂三维形体的有效手段，编辑调入的线条，是其封闭，并对线条的海拔高度进行调整，为不同的线条赋予不同的高度后就可以使用三维建模功能来建立一些较为复杂的形体，其建模方法主要有以下几种：
　　（1） 三维建模：选择建模的线条，利用其在不同的高程面，有不同的闭合线条，逐个进行选择，然后确定，就可以利用这些不同的闭合线条来形成三维实体。
　　（2） 旋转建模：将实体以旋转方式插值来建立复杂三维形体
　　（3） 镜像建模：用于实体镜像的建模
　　（4） 人工创建建筑物：先用鼠标右键选择地面建筑物的轮廓线，输入建筑物的高度后建立的三维模型
　　（5） 自动创建建筑物：系统根据地面轮廓线的建筑高度属性自动生成建筑物。
　　（6） 用房顶线和DEM创建建筑物：系统根据量测出的房顶面的线条和DEM自动计算建筑物的高度并生成建筑物。
　　下图为在该软件下制作的长江三峡永久船闸三维模型
　　
　　2：基于其他2维矢量数据的三维建模
　　对于一些单位没有使用全数字测量系统的而言，可以在AutoCad或者3DMax等三维软件来建模，建模是注意将对数字图进行分幅，逐个调入，以提高在3D环境下的建模速度。实际上，从建模而言，在AutoCad环境下所作的建模最为准确，操作也比较便利，可以准确无缝的导入到《IMASIS》系统中。该系统能够对多对数据格式能够识别，可以最大化的利用多种手段来进行建模，提高工作效率，建模的方法方法很多，就不一一说明了。右图为三峡某坝段在AutoCad中的三维图。对于用其它软件建立的模型导入到《IMASIS》系统办法需要注意的是：
　　（1）数学坐标系和地理坐标系的不统一；（XY颠倒）建议用AutoCAD进行坐标转换
　　（2）AutoCAD转出的DXF数据的原点坐标没有清除导致的图形不显示，用两种方法进行处理。
　　A：建议在AutoCAD里进行复位输出消除（0，0）对数据的影响；
　　B：在IMAGIS里面删除0层后存盘复位；
　　（3）AutoCAD的体填充数据的转换；
　　首先用3DMAX打开AutoCAD的13DWG数据；
　　然后存成3DS格式的数据；
　　最后在IMAGIS里“工具/imagis与3ds的相互转换”中将3DS转成可识别的格式；
　　注意：数据的坐标系统不会受到影响，如果出现IMAGIS编辑不习惯的可以转到3DMAX
　　或AutoCAD中编辑后导入。
　　（三）：建筑物纹理的粘贴
　　对各种导入的《IMASIS》系统中的三维建筑物赋置其纹理，是建立三维可视化效果非常重要的一个环节，是实现真实景观的重要的手段。首先需要说明，什么是纹理，就是对建筑物进行实际的照相而获得的照片，贴纹理就是把这些照片赋置给通过计算机而建立建筑物的各个面。贴纹理的方式有三种，一般纹理、平铺文理和透明文理。
　　1：一般纹理：选择要贴图的实体，系统会自动判断选择的实体是否可以进行贴图，如果选择有效，就会谈出一个文件选择对话框，可以进行贴图了，选择文件就可以进行贴图了。
　　2：透明纹理：可用于树木、广告牌的纹理粘贴，粘贴后显示的纹理可以将某种颜色透明而只显示其他的部分。
　　3：平铺纹理可用于草坪、地面等重复纹理的粘贴，使用一张不大的图像，系统会根据设置的参数将该图片平铺满整个区域。
　　（四）：三维场景的合成，通过建筑的数字高程模型DEM和地面建筑物来构建场景
　　这个系统的最大的优点是，可以对海量的数据进行处理。将一个个单独用IMAGIS做好的复杂的三维模型添加到IMAGIS文件中，在加入数字高程模型（DEM），进行整个模型的合成，在整个视图中可以任意缩放、平移、角度旋转，时时的显示结果。对不同的数据类型可以分层显示，在整个场景中，显示你需要的建筑物。还可以对三峡场景采用真彩色渲染，可实时进行明暗变化、色彩变化、3D实体的光源效果分析等，另外还可以进行按指定的路线进行飞行，输出动画等。下图为合成后的三峡工地一角
　　
　　（五）：数据库的建立
　　该系统与其他三维软件的最大的区别是，具有数据管理功能，在整个三峡坝区，具有很多的建筑物，对这个建筑物的管理也是很要重要的。通过建立整个场景中的建筑物数据库，就可以查询到每个建筑物的信息，并可以对建筑物属性进行编辑、查询、浏览、统计分析等，建立数据表后，不仅可以动态修改表的结构，增加、删除记录等，而且可以动态的增加数据类型功能，便于有效的管理。
　　（六）：成果的输出
　　整个三峡可视化系统的建立，不光为了自己使用、查询信息，很重要的一项就是发布信息，能够让更多的使用户用及传播。《IMASIS》系统利用专门的模块《3DBrowser》来实现的。《3DBrowser》是一套海量数据三维景观透视漫游软件，利用正射影像图和DEM数据，重建真实的地形地貌，并导入已完成的建筑物，生成逼真的三峡景观，建立漫游线路，或者通过游戏手柄可以随意的在整个场景中漫游，并可输入为avi视频文件，能够在媒体上的播放。
　　三：结束语
　　三维可视化技术的迅速发展，已成为GIS的一部分，在测绘领域将得到充分的利用。在水电工程施工中虽然应用的不是很多，但已是一个发展方向。三维可视化技术得到更多的利用，为工程施工更加真实、直观、及时的服务。
　　参考文献：
　　1：《IMAGIS》使用手册
　　2：刘晓艳等《虚拟城市建设原理和方法》