全域实景三维模型（实景三维模型单体化表达方案）

• 实景三维

对一定范围内人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字空间，是新型基础测绘的标准化产品，是国家重要的新型基础设施，为经济社会发展和各部门信息化提供统一的空间基底。

• 地理场景

一定区域范围内连续成片、反映现实世界地理空间位置和形态的地理信息数据。

• 地理实体

现实世界中占据一定且连续空间位置、单独具有同一属性或完整功能的地理对象，包括基础地理实体、部件三维模型以及其他实体。

• 三维模型单体

倾斜摄影三维模型、激光点云等地理场景通过切割、重建、矢量叠加等操作处理，将地理实体构建为三维形式的独立对象，能够独立表达、挂接属性以及查询统计与分析等。

• 数字化

数字化就是要把物理系统在计算机中仿真虚拟出来，在计算机系统里体现物理世界，利用数字技术驱动组织商业模式创新，驱动商业生态系统重构，驱动企业服务变革。

• 数字化转型

通过数字技术的深入运用，构建一个全感知、全联接、全场景、全智能的数字世界，进而优化再造物理世界的业务，对传统管理模式、业务模式、商业模式进行创新和重塑，实现业务创新。

2021年，我国发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，将“加快数字化发展，建设数字中国”单独成篇，提出以数字化转型整体驱动生产方式、生产方式和治理方式变革，在顶层设计中明确数字化转型的战略定位。

此后，测绘地理信息行业主管部门以需求为导向，结合基础测绘的基础性、公益性、先行性的根本定位，全面开展和推进实景三维中国建设，为各行各业数字化转型提供空间数据支撑。

我国数字化转型事业如火如荼，政府起到了重要的引导和引领作用，积极开展了智慧城市、数字政务等一系列专项任务，国有企业、通信行业、金融行业、知道行业、电力行业、新零售行业、交通行业等领域也纷纷开展数字化转型事业。当前，数字化经济在国内处于一片蓝海状态，新冠疫情加速了市场培育，业务场景需求被真切感触。

数字化解决的核心问题是人、事、物的关系，测绘作为“物”中的数据信息获取环节，生产适应各行各业数字化转型需求的产品是必然选择，而三维模型单体是能够支撑数据查询。统计、分析和仿真的基本形态。

按照数据元素的组成，可将实景三维建模分为影像和点云两类方法，其一是对具有连续重叠的影像进行匹配的建模方法，以倾斜摄影为代表，属于被动式获取光感信息；其二是基于激光雷达获取的点云模型，属于主动式获取激光回波信息。两类方法经预处理后，形成地理场景，经进一步加工构成地理实体，方才具备数据运算的基本条件。

（1）倾斜摄影测量实景三维建模

倾斜摄影测量技术以有人机或无人机为搭载平台，搭载单个或多个高清摄像装备，通过多角度拍摄获取连续具有一定重叠度的影像，影像数据经过相机检校、POS解算、影像预处理、空中三角测量、外业像控、三角格网模型构建以及纹理等处理，形成三角网结构地表连续的“一张皮”。

（2）激光雷达扫描实景三维建模

激光雷达扫描按照搭载平台的不同，可分为星载激光雷达扫描、机载激光雷达扫描、车载激光雷达扫描、架站式三维激光扫描、SLAM扫描、手持激光雷达扫描等方法，激光雷达扫描后获取海量高精度点云数据，对点云数据经过粗差剔除、配准、滤波、表面重建、纹理映射等处理后可形成三维点云模型。当前，激光雷达扫描技术被大范围推广，尤其在移动测量车和SLAM背包上频繁使用。

车载扫描点云处理技术路线

“一张皮”形式的实景三维场景只能够满足人的理解，无法达成机器理解的目标，为兼容人机理解，我们需要通过加工实现地理要素的单体化，实现三维模型从“看”到“用”的转变。目前，较为广泛使用的单体化方法包括：ID单体化、逻辑单体化、物理单体化三类方式。

（1）ID单体化建模

ID单体化建模是将对象物体所对应的三角面顶点存储于同一ID中，从而实现在选取对象物体时，使该物体呈现高亮效果。这种单体化并未真正意义上的实现对象分离，并没有对模型进行分割，不支持动态渲染，不便于模型的后期应用和管理。

ID单体化模型效果图（配图源于网络）

（2）逻辑单体化

逻辑单体化又称动态单体化，是指通过对倾斜三维模型中的对象叠加二维矢量底面， 在渲染层面实现建筑物、道路等地物单体化，并通过矢量面作为载体进行属性挂接，从而实现对象的单独管理、属性查询等功能。逻辑单体化实现效果看起来与ID单体化相同，但原理相差很大，逻辑单体华类似于给地物穿上了半透明的皮肤衣，从上到下贴合模型表面，并把模型完整包含在内的效果。该方法只是简单查询建筑轮廓的矢量面、并非真正意义上的单体物理分离，但能够支持绝大部分的三维GIS分析功能，且可视化效果良好，是现有算力算法能力下的最优选择。

逻辑单体化模型效果图（配图源于网络）

（3）物理单体化

物理单体化是通过人工重建的方式将建筑物、道路等对象进行物理分离， 重建的实体能够进行编辑和修改、并附加属性来实现查询统计和分析等功能。物理单体化包括传统手工单体化、切割单体化、参考实景三维场景单体化、立体像对单体化、点云分类单体化重建等方法，其中切割单体化和参考三维场景单体化最为常用。

传统手工三维建模是以二维数据为基底，按楼层估算高度信息，建立灰体模型，再通过实景拍照、贴图的方式，完成三维模型的构建，存在与真实场景差异大、真实感较差的特点。

切割单体化是将对象物体的三角面进行分割，实现一定意义上的模型单体化操作。但这种编辑模型产生的数据量较大，会对数据原生态的LOD产生破坏，由于没有对对应的纹理进行切割，而造成纹理冗余，严重影响三维渲染性能。这种切割方法生产的单体化模型效果较差，边缘会出现锯齿和不规则形状，对后期的管理和应用稍显不便。

切割单体化模型效果图（配图源于网络）

参考实景三维场景单体化是直接参照实景三维场景进行建模，可直观地分辨建筑物、道路部件等对象空间的交互关系，精准把握较为复杂的结构，通过人工建模、自动贴图、精修等处理过程完成单体化。这种方法是传统手工三维建模的一种升级，其参考的实景三维场景一般有倾斜模型和点云模型两种，单体化之前的预处理工作量较大，现阶段可用于生产部件级模型，成本较高。

道路部件级模型效果图（配图源于网络）

立体相对单体化是用立体相对进行单体化的建模方式，需要将单体化区域的空三成果文件和倾斜影像进行融合，根据立体像对的原理使用倾斜影片直接进行单体化建模。这种方法的前期预处理工作量相对较小，细部结构易于把握，空间精度较高，使用时应考虑数据源的视角问题。

点云分类单体化重建，首先基于点云场景模型进行分类处理，然后对分类单体进行逆向建模，再将建立好的模型进行贴图处理，实现单体化。这种方法的前提是点云分类，现阶段仍未实现地物各类要素的点云自动分类，且受限于点云密度的限制，密度过低细节无法把控，密度过高会导致生产和使用成本直线上升，后期贴图也存在较多问题，故此类方法未能应用在大场景的测绘上，而在工业部件还原和文物古迹保护领域上多有应用。

实景三维模型单体化方法比较