城市三维建模数据库设计与实现研究

作者：冯文雯 仇栋才 于波

来源：《理论与创新》2020年第16期

【摘; 要】 三维逼真城市形象模型（3dcitymodels，3dcm）城市作为一个城市的三维逼真形象描述，为我国城市基础建设和环境规划等城市相关技术领域研究提供了一种具有真实性和表现力的实际应用三维模型。本文主要针对关系数据库系统管理三维图形建模模型数据的一些常见问题，通过分析设计非三维关系型的mongodb关系数据库管理系统，实现对图形纹理、模型图等数据的快速处理更新，并同时支持各类三维建模模型数据的快速更新出入库、快速数据更新、快速数据检索，并通过多种实验措施支持本文建模数据库系统的提高可用性。 【关键词】城市;三维建模;數据库;检索 引言

城市三维立体建模技术是当前我国推进数字时代城市基础建设的重要组成内容。城市内部建筑物繁多、地形复杂，现有企业数据采集管理工作方式普遍存在着对外业务的数据采集管理工作难度大，数据冗余等复杂问题。同时因建模数据存储格式各异，难以完全采用统一数据管理存储方式，大量三维建模后的数据一般以多个文件夹的形式进行保存或简单直接利用关系数据库进行保存，缺乏针对海量三维建模数据存储管理的技术支持，数据的采集整理、查询等都会占用大量存储时间。 1.三维建模数据库现状

关系型海量数据库建模采用关系表格型结构方式组织海量数据，对用于海量和大数据资源管理的要求数据库结构复杂，应用实现效率低，为有效简化海量数据库的读取处理流程，提供统一便捷的海量数据源，有必要考虑采用合适的大数据资源管理系统方式对海量数据进行集成，以便专业建模工作人员进行建模。非关系系统数据库格式mongodb和关系型系统数据库之间有很多本质区别，mongodb以BSON格式组织数据，bson关系格式结构类似于oracle的json关系格式，不过也存在关系数据库对于表格和结构的参数，可方便捷地存储关系数据本身，且存储效率很高。 2. 三维建模建库方案设计 2.1数据库总体设计

三维数据建模系统数据库管理系统主要包括源代码数据库、纹理数据库、模型库以及操作系统软硬件整合支撑四大环境部分组成。

源纹理数据库主要是系统的两个主要源数据库，纹理数据库和模型库主要是相对固定的数据库，纹理库和数据库主要是对系统纹理模型数据分门别类的纹理保存，模型库和数据库主要存放常见纹理模型，当源纹理数据库的用户遇到没有相关的系统纹理、模型时，可从旧的纹理数据库、模型库直接导入获取，反之假如当系统有新增的纹理、模型时则则可直接导入新的纹理数据库、模型库。

2.2数据存储方式及格式设计

（1）纹理数据编码格式。三维纹理建模中的纹理模型数据通常以文件类别方式存放，是三维纹理建模数据的资料库外部文件存放一种方式。纹理表列数据库主要由所有纹理表列数据库名、纹理表列类型、纹理表列顺序号等纹理表列信息组成。纹理存放库按照所有纹理库的编码文件结构自动存放所有纹理，且同时支持所有纹理库的更新、调用。更新时根据添加纹理的文件类型，结合已有的纹理顺序号顺次自动分别赋予新增的顺序号，顺序号顺次作为文件纹理在一个纹理文件库的唯一应用标识，支持通过根据顺序号顺次找到该库的文件纹理来进行应用。

（2）模型数据编码格式。模型与三维纹理映射是相互匹配的，三维纹理建模库在实质性上也是三维纹理模型映射转换到二维模型的一个过程，因此模型库的结构设计基本原理与三维纹理映射库一致。模型表列数据库由模型数据库名、类型、顺序号等多种表列形式组成。模型的数据组织处理方式与模型纹理类似，通过根据类型分析判定每个模型的数据归属，模型库为每个模型数据分配唯一的一个模型数据顺序号，支持通過根据顺序号方式检索分析出来的模型数据来进行应用。

（3）源数据库数据编码格式。根据不同纹理信息库与模型库的不同特点，源纹理数据库中调用文件管理是以不同工程要求来进行组织的，之所以我们选择按不同工程要求管理调用数据，是为了保证属于同一一个工程的纹理模型与不同纹理的准确性相匹配，源纹理数据库文件可以从旧的纹理数据库、模型库直接导入调用纹理数据，源纹理数据库文件中的纹理数据也同样可以直接导入到新的纹理数据库、模型库中。 2.3数据字典设计

纹理在整个纹理数据库中可以按类型分门别类进行存放，纹理数据库为每个不同类型纹理分配唯一的纹理编号，当用户需要手动使用某个类型纹理时，可按照这一编号从整个纹理数据库中自动检索纹理出来。模型数据结构与图形纹理数据结构设计中的原理非常类似。 2.4数据集合与接口设计

数据集的结构设计主要考虑三维物体建模空间高度参考、平均空间大小及物体数量，此外还要充分结合当前三维物体建模的实际操作管理流程及使用习惯，建立在一起对三维建模中的

数据，例如物体模型、纹理、dlg值等数据、dem值等数据的三维工程化采集管理。每个三维影像建模应用场景必须作为一个建模工程进行管理，每个建模工程都必须包含3类基本影像数据库的集合，即三维影像处理数据集、lidar点以及云影像数据集、矢量影像数据集。通过系统可视化的对数据库进行系统管理查看数据，并同时支持按纵向列表图形视图、树状图形视图等多种显示方式进行查看，查看数据信息主要包括下载文件名，文件类型，文件位置坐标，上传文件时间等。建模各种数据的实时存储、更新及各类数据检索处理方式，以通用接口数据提供方式给外部处理系统进行调用。 3.三维建模数据库实现 3.1建模数据库框架

数据库管理系统软件总体设计中，建模管理数据库系统分为建模数据系统管理层、数据库建模层、数据层和应用管理层。数据处理入库器的实现是将模型、纹理以图片封装放在文件夹中的形式进行整体数据导入，模型纹理包含若干个整体模型立面，纹理片则包含若干模型纹理和立面片。数据检索查询方式实现文件属性信息检索与文件地理信据空间信息检索查找两种查询方式，属性检索查询方式允许文件用户按多个属性检索信息查找文件，地理信息空间检索查找方式允许文件用户按三个地理坐标（x，y三个坐标）和数据查询时间半径分别建立一个缓冲的方圆查找文件。 3.2检索数据与模型关联

建模影像数据库系统自动支持已经查询检索到的建模影像自动添加数据到系统指定的数据模型，实现已经检索到的数据与指定模型的快速相互关联，对已经拥有的新模型或者重新建立的模型快速进行更新。支持自动设定实时查询影像距离和实时检索到的影像数据个数，对已经所有新建模型或外业新建好的模型实时自动更新，方便所有外业数据采集者将数据及时更新导入到外业相应新建模型中，实现采集数据与已有模型无缝关联。 4.结语

本文主要针对关系数据库系统管理三维图形建模模型数据的一些常见问题，通过分析设计非三维关系型的mongodb关系数据库管理系统，实现对图形纹理、模型图等数据的快速处理更新，并同时支持各类三维建模模型数据的快速更新出入库、快速数据更新、快速数据检索，并通过多种实验措施支持本文建模数据库系统的提高可用性。 参考文献

[1] 许娇龙，李军.基于City GML的三维城市模型实时可视化研究[J].系统仿真学报，2012（6）：25-32.

[2]李成名，李华，赵占杰，等.CH/T 9016-2012三维地理信息模型数据生产规范[S].北京：测绘出版社，2013.

本文根据课题： 基于模式识别的建筑语义化三维重建方法研究。课题项目编号2019A007。