基于规则的古代城市三维建模方法与技术——以清末兰州城的复原为例

摘要

随着数字地球、数字城市等概念被人们所熟知，三维建模方法的研究近年来高速发展，而且越来越有广泛的应用价值。使用基于规则的方法制作三维模型是越来越多人的选择。同时各个地方历史博物馆、展览馆的建设中，关于古代城市的数字沙盘的需求也日益上升。
　　中国古代建筑相较于现代建筑和西方建筑有三个方面的特点，建筑群的独特性、礼制的独特性、样式造型的独特性。正是由于古代城市拥有这样特点，所以针对古代城市三维建模需要制定有别于现在城市三维建模的规则。本文使用基于规则三维建模方法，以古代城市为研究对象，探讨古代城市三维建模方法与流程，主要研究内容如下：
　　①确定了使用多种数据复原古城及城中建筑位置过程，并通过收集数据复原清代兰州城位置及城内布局。
　　通过收集现存的遗址点、古籍资料、遥感影像等数据，利用地理信息系统技术复原古代时期城市的位置及城中建筑的分布位置。遵守“先已知后未知，先准确再推测，由点及线再面”的原则，先使用六十年代遥感影像，校正兰州市志中的清代兰州城中的城池示意图。再利用道路，遗址点等现代通过测绘、GPS可以准确定位的数据，校正或改绘示意图。最后利用地物邻近关系及地块合理性推断示意图中其他地块的位置，从而得到相对准确的古城及城中建筑位置。
　　②根据古代建筑的特点，研究基于规则的古代城市三维建模方法。
　　对基于图像建模与绘制方法、构造实体几何方法、人机交互式方法、基于形状语法和语义规则方法，这四种三维建模方法进行比较，从中选取合适的建模方法，即使用人机交互式方法和基于形状语法和语义规则方法相结合的方式。使用基于规则建模方法基于形状语法和语义规则方法进行古代城市整体布局建模和古代建筑物三维建模。使用人机交互式方法构建建筑物的细节部件来弥补基于形状语法和语义规则方法在细节方面的缺点。
　　③确定了使用基于形状语句和语义规则方法与人机交互式方法结合的方法完成古代城市三维建模的流程。
　　确定数据预处理、建筑群布局建模、单体建筑建模、建筑物细节建模，这基本的古代城市三维建模流程顺序。从而使得模型构建可以快速、完整、有序地进行。整理得到的资料，了解古代建筑分布布局及古代建筑物结构特征。结合古代建筑物的特点，从建筑群分布、建筑物单体及建筑物细节三个方面，层层递进，逐步细化三维模型。编写规则文件，并合理设置参数，使得模型具有可调整性，即可以通过调整参数的数值从而使得模型符合中国古代建筑结构、风格。
　　本文这种使用多种数据确定古代城市位置及空间布局方法的关键主要在于收集到的数据是否详细及其位置是否可以通过现代GIS技术进行恢复。而利用基于形状语句和语义规则方法与人机交互式方法的三维建模方法来进行古代城市的三维建模工作是一种简单、低成本、高效的方法。针对古代城市的特点，从建筑群布局建模到单体建筑物建模，再到建筑物细节建模，三维模型的构建逐步细化，模型的精细程度也逐渐升高。总的来说，这种方法可以降低人工成本又可以提高建模精度。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容与技术路线

1.5 论文组织结构

第二章 三维建模方法及软件介绍

2.1 三维建模方法介绍

2.2 软件介绍

2.3 CGA语言介绍

第三章 数据预处理

3.1古城数据准备

3.2 矢量数据处理

3.3 DEM数据处理

第四章 古城位置及内部结构复原

4.1 原则

4.2 方法

4.3 清代兰州城

第五章 清代兰州城建筑群布局建模

5.1 城墙

5.2 民居

5.3 衙署

5.4 坛庙

5.5 宗教建筑

5.6 书院

5.7 店铺

第六章 单体建筑及细节三维建模

6.1 建筑物基本概念

6.2 单体建筑建模

6.3 建筑细节建模

第七章 建模结构展示

7.1 单体建筑物

7.2 建筑群

7.3 清代兰州城

第八章 结语

8.1总结

8.2 展望

参考文献

在学校期间成果

致谢