在攻讀博士學(xué)位期間，我在 3D GIS 研究中遇到了以下缺點：
- 包含多個細節(jié)級別的 CityGML 數(shù)據(jù)集很少。
- 不存在程序化生成的 CityGML 格式的數(shù)據(jù)。
- 沒有免費的程序化建模引擎。
- 公開可用的 CityGML 模型通常包含大量（拓撲）錯誤。
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為了解決這些問題，我開發(fā)了 Random3Dcity，這是一個基本的實驗性開源程序建模引擎，用于自動構(gòu)建合成建筑及其在 CityGML 中的多個 LOD 中的實現(xiàn)。 我在博士項目中將生成的數(shù)據(jù)集用于多種目的，例如對用例中使用特定 LOD 的性能進行基準(zhǔn)測試，但可能的應(yīng)用并不限于此。 特此，我彌合了差距并公開發(fā)布了數(shù)據(jù)集。 引擎的代碼也已發(fā)布。
除了這個項目之外，我還為 3D 城市模型設(shè)計了一種新的 LOD 規(guī)范，該規(guī)范擴展了 CityGML 中的規(guī)范。 該規(guī)范已通過該引擎實現(xiàn)。
憑借其多樣化的建筑物和大量的表示，Random3Dcity 的目標(biāo)是成為可用的最完整的 CityGML（可能還有 3D）數(shù)據(jù)集。 然而，請注意其局限性，例如實驗性質(zhì)和合成結(jié)果。
1、從隨機參數(shù)描述到多種表示形式的 CityGML
Random3Dcity 由兩部分組成。
第一個構(gòu)建具有隨機屬性（程序化建模器）的建筑物，例如高度、屋頂類型和窗戶數(shù)量及其尺寸。
做到這一點的算法相對聰明，它通過遵守大量約束（例如窗戶不重疊）來實現(xiàn)這一點，并注意設(shè)計的建筑物看起來盡可能真實。 引擎將這些數(shù)據(jù)存儲在人類可讀的參數(shù)描述（自己的 XML 模式）中，例如： Gabled2.89。
由于這種隨機性，數(shù)據(jù)集非常適合作為無偏差數(shù)據(jù)源進行許多分析，并適合重新創(chuàng)建現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)中可能不可用的許多不同場景。 按照目前的配置，不同建筑物的數(shù)量約為 1054 座。
引擎的第二部分讀取這些數(shù)據(jù)，并通過生成多個詳細級別的 CityGML 文件以 3D 形式實現(xiàn)它們。
以下出版物描述了該方法：使用程序建模引擎 Random3Dcity 在 CityGML 中生成多 LOD 3D 城市模型 。
2、更精細的 LOD劃分
作為博士研究的目標(biāo)之一，我開發(fā)了一種新規(guī)范，將 CityGML LOD 規(guī)范細化為 16 個 LOD，即適合當(dāng)前每個 LOD 0、1、2 和 3 的四個不太模糊且詳細指定的變體，旨在 補充 CityGML 規(guī)范。它們是對 3D 制作工作流程進行徹底研究、與從業(yè)者接觸以及檢查現(xiàn)有 3D 模型的產(chǎn)物。
上圖顯示了規(guī)范的直觀描述，下面顯示了包含 100 座建筑物的數(shù)據(jù)集的四個 LOD 的組合。
詳細規(guī)范發(fā)布于：改進的 3D 建筑模型的 LOD 規(guī)范。
3、樓層內(nèi)部實體
Random3Dcity 能夠生成三個細節(jié)級別的基本內(nèi)部：每層一個實體，整個建筑物一個實體（從外殼偏移），以及每個樓層一個 2D 多邊形。 例如，這些實體可以用作構(gòu)建體積計算的地面實況模型。
該引擎生成一些內(nèi)部參數(shù)，例如托梁和墻壁厚度，并計算實體的幾何形狀。
4、多個幾何參考
每座建筑物均以多個細節(jié)級別生成（共 16 個）。 此外，它們也是在多個幾何參考中生成的（例如，LOD1 塊模型頂部的不同高度）。
在下面，你可以看到 LOD1 塊模型的七個變體，涉及頂面所使用的幾何參考。
此外，覆蓋區(qū)使用了不同的參考：實際覆蓋區(qū)和屋頂邊緣的投影。 這也適用于 LOD2 模型。
以下出版物描述了該主題：3D 建筑模型 LOD 的變體及其對空間分析的影響 。
5、引擎生成的 CityGML 數(shù)據(jù)集示例
截至 2015 年 3 月 11 日的版本（Random3Dcity v. 0.1.4）。 所有數(shù)據(jù)集包含 900 座建筑物。 下載數(shù)據(jù)之前請閱讀附加信息。 如果你使用這些數(shù)據(jù)來準(zhǔn)備一份出色的出版物，請引用以下論文：使用程序建模引擎 Random3Dcity 在 CityGML 中生成多 LOD 3D 城市模型。
如果你不愿意下載代碼源并自己生成數(shù)據(jù)集，這里我準(zhǔn)備了示例 CityGML 數(shù)據(jù)的壓縮集合。 該 zip 還包含使用我的工具 CityGML2OBJs 生成的 OBJ 文件，如果需要轉(zhuǎn)換為其他格式的3D模型，可以使用這個在線的3D格式轉(zhuǎn)換工具。
下面給出了每個表示的描述。
| 詳細程度 | 幾何參考 | Brep 或solid | 文件名 | 注釋 |
|---|---|---|---|---|
| LOD0.1 | 實際占地 | Brep | LOD0_1_F0_H3.gml | 僅包含占地空間 |
| LOD0.2 | 實際占地，屋頂一半高度 | Brep | LOD0_2_F0_H3.gml | 包含占地空間和屋頂邊緣多邊形 |
| LOD0.3 | 實際占地，獨立高度 | Brep | LOD0_3_F0_H3.gml | 包含占地空間和屋頂邊緣多邊形 |
| LOD1.1 | 實際占地，屋頂半高處的高度 | Brep | LOD1_1_F0_H3.gml | |
| LOD1.2 | 實際占地，屋頂半高處的高度 | Brep | LOD1_2_F0_H3.gml | |
| LOD1.2 | 占地從屋頂邊緣偏移20 厘米 | Solid | LOD1_2_Fd_H5_solid.gml | 不同的占地（偏移） |
| LOD1.3 | 實際占地，屋頂半高處的高度 | Solid | LOD1_3_F0_H3_solid.gml | |
| LOD2.0 | 實際占地 | Brep | LOD2_0_F0.gml | |
| LOD2.0 | 實際占地 | Brep | LOD2_0_F0_S0.gml | 無語義 |
| LOD2.1 | 實際占地 | Brep | LOD2_1_F0.gml | |
| LOD2.2 | 實際占地 | Brep | LOD2_2_F0.gml | |
| LOD2.2 | 實際占地 | Brep | LOD2_2_F0_S0.gml | 無語義 |
| LOD2.2 | 從屋頂邊緣投影 | Brep | LOD2_2_F1.gml | |
| LOD2.3 | 實際足跡 | Brep | LOD2_3_F0.gml | |
| LOD3.0 | 墻壁從屋頂邊緣投影 | Brep | LOD3_0.gml | 空中要素 |
| LOD3.1 | 不適用 | Brep | LOD3_1.gml | 陸地特征 |
| LOD3.2 | 不適用 | Brep | LOD3_2.gml | |
| LOD3.2 | 不適用 | Brep | LOD3_2_S0.gml | 無語義 |
| LOD3.3 | 不適用 | Brep | LOD3_3.gml | 非常詳細的模型（系列中最好的） |
| LOD3.3 | 不適用 | Brep | LOD3_3_S0.gml | 無語義 |
| Interior-LOD0 | 不適用 | Brep | Interior-LOD0.gml | 每層一個多邊形 |
| Interior-LOD1 | 不適用 | Brep | Interior-LOD1.gml | 建筑物的一個實體 |
| Interior-LOD2 | 不適用 | Brep | Interior-LOD2_2.gml | 每層一個實體 |
備注和未來的工作
- 可以使用我的工具 CityGML2OBJs 將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 OBJ，如果需要轉(zhuǎn)換為其他格式的3D模型，可以使用這個在線的3D格式轉(zhuǎn)換工具。
- 所有 gml:LinearRing 和 gml:Polygon 都有一個 gml:id，它是隨機生成的 (UUID)。
- 以 _S0.gml 結(jié)尾的數(shù)據(jù)集不包含語義區(qū)分的表面。
- 坐標(biāo)系是局部的。
- 數(shù)據(jù)符合 CityGML 2.0。
該引擎的完整產(chǎn)品包含更多帶有改組變體的數(shù)據(jù)集（更準(zhǔn)確地說是 392 個）。 例如，并非所有帶有高度的 LOD1 變體都放在這里。 如果你需要其他變體，請與我聯(lián)系，或使用提供的代碼生成它們。
6、錯誤的數(shù)據(jù)集（故意）
已經(jīng)創(chuàng)建了一個輔助引擎來模擬上述原始數(shù)據(jù)集的采集錯誤。 該數(shù)據(jù)適合錯誤傳播分析（例如，請參閱我的相關(guān)論文）。 此外，由于某些文件中的拓撲可能會損壞，因此其使用可能會擴展到其他領(lǐng)域，例如測試驗證和修復(fù)工具。
6.1 位置誤差
| LOD | 分布誤差 | 錯誤數(shù)據(jù)集 | 注釋 |
|---|---|---|---|
| LOD1 | σ = 0.0 m (GT) | LOD1-F1H1 [5.7MB] | Solid |
| σ = 0.2 m | LOD1-F1H1-0.2 [5.7MB] | Solid | |
| LOD2 | σ = 0.0 m (GT) | LOD2-F1 [8.7MB] | Brep |
| σ = 0.2 m | LOD2-F1-0.2 [8.7MB] | Brep | |
| LOD3 | σ = 0.0 m (GT) | LOD3 [81.4MB] | Brep |
| σ = 0.2 m | LOD3-0.2 [81.4MB] | Brep |
注意：
- 誤差相當(dāng)于 ISO 19157 空間數(shù)據(jù)質(zhì)量元素位置精度。
- 假設(shè)不存在不確定性的空間相關(guān)性。
- 所有坐標(biāo)的不確定性都相同。 垂直 (z) 坐標(biāo)不單獨處理。
6.2 重疊的對象
重疊的對象是不需要的。 因此，這些數(shù)據(jù)集也可能有助于測試驗證和修復(fù)軟件。 以下數(shù)據(jù)集包含在多個 LOD 中重疊的建筑物。
| LOD | 錯誤數(shù)據(jù)集 | 注釋 |
|---|---|---|
| LOD2 | LOD2-重疊 [519kB] | Brep |
| LOD3 | LOD3-重疊 [5.2MB] | Brep |
6.3 不明確的語義
這些數(shù)據(jù)集包含打亂的語義表面和/或缺失的語義類。 表面的語義是統(tǒng)一隨機的（以下各為 1/3：GroundSurface、RoofSurface、WallSurface）。
| LOD | 錯誤數(shù)據(jù)集 | 注釋 |
|---|---|---|
| LOD2 | LOD2-F1-任意語義 [2.2MB] | Brep |
| LOD3 | LOD3-任意語義 [21.2MB] | Brep, 門窗缺失（用 3 個類代替） |
6.4 嚴重的拓撲錯誤
以下 LOD3 數(shù)據(jù)集包含拓撲錯誤，例如破碎的實體和內(nèi)部位于其外部的多邊形。
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-648525.html
| LOD | 錯誤數(shù)據(jù)集 | 注釋 |
|---|---|---|
| LOD3 | LOD3-錯誤拓撲 [21MB] | Brep, 大多數(shù)錯誤都是外圍窗口 |
| LOD3 | LOD3_solid-error-topology [1.9MB] | Solid, 大多數(shù)錯誤是屋頂尖端自重疊 |
原文鏈接：CityGML程序化建模 — BimAnt文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-648525.html
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