本章將介紹三維擬真校園建置的情況，並對過程中遭遇的問題及 各種製作方法加以探討比較，最後將建置所需使用的人力、軟硬體資 源、建置技術及成果加以彙整評估，探 討 三 維 擬 真 校 園 之 建 置 績 效 。
4-1 實驗區介紹
本研究實驗區的選擇為考量建置範圍之大小及資料獲取之完整 性及方便性，選定中華大學校區進行研究。實驗區之介紹大致分為地 理環境及校區介紹、實驗區建置範圍界定及實驗區數值環境及整合設 定等三部分。
4-1-1 地理環境及校區介紹
中華大學位於新竹市香山區，校區平面圖如圖 4-1 所示，佔地面 積約20 公頃，有中華湖及鴨子湖兩個人工湖。
圖4-1 中華大學校區平面圖
航照圖套疊等高線之地形示意圖如圖 4-2 所示，校區最高之高程 約為海拔 90 公尺，最低點約為 63 公尺，高程差異大約 27 公尺。學 校地形大致可分為兩部份：學校南邊及操場，地形較為平坦，高程約 從82 公尺到 90 公尺。另外從學校學生活動中心到最北邊的後門，地 形起伏較大，高程約從82 公尺到 63 公尺。中華大學設有工學院、管 學院、建築與規劃學院、人文社會學院、資訊學院及觀光等學院，校 內系館、行政及宿舍建築物約 14 棟。其中包含平頂式建物、斜屋頂 建物、規則外形的建物及結構較為複雜的建物，全校建築種類多樣。
圖4-2 航照圖套疊等高線之地形示意圖
4-1-2 實驗區建置範圍介紹
本研究實驗區主要針對中華大學校區，分別進行三維地形模型、
三維建物模型及校區內景觀模型的製作。詳細的建置範圍介紹如下所 述。
1. 三維地形模型製作範圍
三維地形模型製作範圍主要是以中華大學校區為主，其中包含校 門口、兩座人工湖及停車場等範圍。利用影像自動匹配方式進行三維 地形模型製作時，是以軟體匹配產生 DSM 再進行 DEM 的編修。因 此，校區地形編修完成後，有必要對校外的道路及週遭的建物進行適 當的 DEM 編修，以避免主要製作範圍的成果受校外不合理地形的影 響。利用人工量測繪製方式進行三維地形模型製作時，無法像自動匹 配的方式產生大量的DSM 再進行編修，而是需藉由人工逐一的繪製 DEM。因此，人工量測繪製 DEM 時需要將四周的地形一 繪製，以 避免主要製作範圍的成果受校外地形製作不足的影響。如圖 4-3 所 示，三維地形主要製作範圍以紅線表示，次要編修及繪製範圍以綠線 表示。
影像自動匹配製作方法 人工量測繪製方法
圖 4-3 三維地形模型製作範圍
2. 三維建物模型製作介紹
本研究將校區內的建築物依建物規模及重要性，分為主要建物及 次要建物兩部份，如表4-1 所示。其中學生宿舍一宿與學生宿舍二宿 建物相連接，因建模過程中不好分割，故將這兩棟宿舍視為同一棟建 築物，所以校區之主要建物共有 13 棟，而次要建築物則有 5 棟。本 研究之三維建物模型製作，是以三維繪圖軟體及航空攝影測量建模方 式，針對上述 13 棟主要建物進行建模作業。其中航空攝影測量建模 過程中，因為航照影像不同，所製作之建物幾何模型及表面紋理也有 所差異。因此，三維建物模型可分為三維繪圖軟體建模與另兩種不同 航照影像建模，共三種建物模型。
表4-1 中華大學校區建物分類表
中華大學校區建物
主要建物 次要建物
1.工程一館 2.工程二館 3.管理一館 4.建築一館 5.人文一館 6.學生活動中心 7.國際會議廳
8.圖書館大樓 9.育成大樓 10.校史館
11.學生宿舍一宿、二宿 12.學生宿舍三宿
13.停車塔
1.司令台 2.前門警衛室 3.後門警衛室 4.武術教室 5.球場廁所
3. 三維景觀模型製作介紹
景觀建模雖非本研究的探討範圍，但在三維擬真校園建置完整性 及成果展示的考量下，嘗試以ArcGIS 中 ArcGlobe 模組的內建樹種模 型，進行校區三維景觀的製作工作。
4-1-3 實驗區數值環境及整合設定
由於本研究著重於三維地形及建物的製作探討，所以在實驗區的 數值環境及整合設定中，主要是針對不同的三維地形模型與實驗區主 要建物模型進行交互整合，並展現其建置成果。因此校門口模型、次 要建物及校區樹種模型這三部份於整合時，設定為共同的三維景觀模 型，前兩者由三維繪圖軟體製作，後者則利用 ArcGIS 中 ArcGlobe 模組的內建樹種模型加以製作，相關內容如圖4-4 所示。在三維建物 模型建模過程中，由於航照影像拍攝時間因素，有些新建的建築物資 訊並不存在影像中，因此無法利用航空攝影測量方式加以製作。航空 攝影測量建模所欠缺的建物模型或景觀資訊，在整合將以三維繪圖軟 體所製作之建物模型替代如校門口。本研究建置成果輸出方面，在瀏 覽時間及範圍的考量下，設定以飛行模擬的方式進行三維擬真校園的 成果展示。
校門口景觀模型 次要建物模型
校區樹種模型 校區樹種模型
圖 4-4 共同三維景觀及次要建物模型示意圖
4-2 建置作業探討
在三維擬真校園建置過程中，軟體使用及技術層面多樣，因此 在建置過程中常會遇到很多問題及困難，不同的方法所需要的技術及 作業重點也有所不同。本節將針對建置過程所面臨的問題、作業技術 及模型成果的差異作相關的探討，大致可分為三維地形模型製作、三 維建物模型製作、航 照 影 像 影 響 及 系統整合探討等四部份。
4-2-1 三維地形模型製作探討
本研究在三維地形模型的製作，分為影像自動匹配產生 DSM 後，進行 DEM 的編修與人工量測繪製 DEM 兩種方法，利用這兩種 方法製作數值高程模型，並搭配正射影像產生三維地形模型。三維地 形模型製作的問題及相關探討，整理如下。
1、 影像自動匹配與人工量測繪製方法都需要透過航測軟體以立體 觀測的方式進行，ㄧ 般 航 測 製 圖 作 業 員 至 少 需 要 經 過 數 月 的 練 習 才 能 上 手 ， 因 此 以 航 空 攝 影 測 量 方 式 進 行 相 關 作 業 時 ， 作業人員需經一定時間的教育訓練，體驗航測軟 體中立 體 觀 測 的 感 覺 及 練 習 浮 動 測 標 操 作 的 準 確 度 。 2、 影像自動匹配方法是將軟體匹配完成的數值地表模型以立體觀
測方式進行 DEM 編修，編修方式可選擇點編修、線編修及面 編修。軟體中也具備各種的編修模式，可依地形選擇適當的模 式，以作業技術面而言，這種方法可視為較為簡單的製作方法。
3、 人工量測繪製 DEM 的製作方法，也是以立體觀測方式進行 DEM 的製作，不過在繪製過程中並非像影像自動匹配的方式對 匹配完成的 DSM 進行編修，而是以立體量測的方式逐一繪製 DEM。在作業過程中包含獨立高程點、地形特徵點(例如突點、
窪點、鞍部點、參考點)、地形特徵線(例如斷線、結構線)及特 殊特徵線(例如運動場、球場、停車場、建物地基等)的繪製，
在作業上較為複雜。對於人工萃取的地形特徵資料（特徵線、
特徵點），需經由數值地形計算軟體「TERRN」進行 DEM 規則 網格之內差計算。計算完成後，還需針對錯誤或不合理的解算 成果進行編修，最後才能完成數值地形模型。這種方法所製作 的 DEM 雖然有較高的精度，但作業流程較為複雜且要有豐富 的作業經驗，以技術面來說算是較高難度的製作方法。
4、 影像自動匹配的製作方法，可針對主要製作區域進行編修作 業，但人工量測繪製 DEM 的製作方法，除了主要製作區域的 繪製作業外，對於週遭的地形也需一 繪製，以免造成 DEM 規則網格之內差計算後資料量不足的情況發生。因此，人工量 測繪製 DEM 的作業區範圍會比影像自動匹配編修的作業範圍 來的大。
5、 在地面紋理的製作部份，則是利用數值高程模型進行正射影像 的製作，之後將正射影像與數值高程模型加以整合，完成三維 地形模型的製作。
6、 在初步比較三維地形模型的製作成果後，發現兩種製作方式所 呈現的三維地形模型，在視覺感受及擬真程度上並無明顯差異。
本研究針對以上製作方法的初步比較，認為不同製作方法所展現 的成果，在三維擬真校園的視覺感受上並無明顯差異，且ㄧ般肉眼無 法明確分辨出何種製作方法的視覺效果較好，經由人力成本及資源的 考量，選擇以影像自動匹配的方法進行後續的三維地形模型製作即最 後三維擬真校園的建置績效評估。
4-2-2 三維建物模型製作探討
本研究在三維建物模型的製作，分成航空攝影測量及三維繪圖軟 體製作兩種方法，利用這兩種方法分別製作建物幾何模型，並經由實 際紋理的萃取及敷貼，完成三維建物模型。三維建物模型製作的問題 及相關探討整理如下。
1、 航空攝影測量進行建物模型製作，仍需透過立體觀測以操作浮 動測標的方式進行模型製作，因此作業人員需經一定時間的教 育訓練，體驗航測軟體中立體觀測的感覺及練習浮動測標操作 的準確度。
2、 以三維繪圖軟體進行建物模型製作，在進行作業前需要花費一 定的時間學習三維繪圖軟體，在軟體使用及操作上也較為複 雜，最好有熟悉軟體操作的人員協助教導，以便作業人員對於 軟體使用更容易上手。
3、 以作業技術而言，航空攝影測量製作方法偏重於立體觀測及浮 動 測 標 對 於 影 像 中 建 物 量 測 的 準 確 度 ， 而三維繪圖軟體 製作方法則偏重於軟體使用的熟練度。
4、 三維建物模型製作過程中，不同方法在建物資訊取得時也各有 限制。以航空攝影測量製作方法而言，航照影像是模型製作的 依據來源，由於獲取的航照影像並非都是實驗區近期影像，因 此建物若完工於航拍時間之後，將無法以航空攝影測量方式進 行建模作業。而以三維繪圖軟體製作方法來說，只要可以取得 建物的相關圖資就能進行模型的製作，連未興建或施工中的建 物都可藉由工程圖資先行完成建物模型的製作，而這種製作方 法的限制，在於實驗區內建物資料的取得是否完整。