提出三維地形圖資測製成果物件化、三維空間資料結構與編碼之策略與建議

與建議

本項工作依循 105 年度所定義的三維地形圖資架構，針對三維地形圖 資測製成果物件化、三維空間資料結構與編碼提出相關策略與建議。三維 地形圖以包含幾何及屬性資料之物件為單元構成三維地形圖。

三維地形圖為二維地形圖的延伸，由現行二維地形圖基礎編碼進行延 伸，定義哪一些地物為必須測繪的目標，以圖徵的方式建立物件，以此建 立三維地形圖基礎編碼。三維地形圖資有別於傳統二維地形圖，各類物件 的儲存方式多以模型方式存在、儲存，屬性資料之結構也需搭配。於三維 地形圖中，每個模型皆為獨立的物件，應依照各物件之特性建構其屬性資 料。綜合考量國際發展目前使用 OGC CityGML 以及目前臺灣既有的二維地 形圖資料編碼和地形圖產生的 GIS 轉置成果，本項工作將針對三維地形圖 編碼提出策略與建議。考量到各平台對於三維建物格式之使用性以及格式

間之互通性，選擇以符合 CityGML 規範之 KML (KMZ)為三維地形圖成果 檔案輸出格式。

本項工作發展以二維數值地形圖建置三維數值地形圖之方法，建置過 程中所需的輔助資料包含：數值地形模型(Digital Terrain Model, DTM)、數 值地表模型(Digital Surface Model, DSM)、正射影像(orthoimage)及三維圖示 模型庫。三維圖示是以物件導向的方式建立不同圖徵對應的地物，以路燈 的三維圖示為例，圖徵記錄其平面坐標位置、基座高程、路燈高度、路燈 方位角及類別，從三維圖示可在展示介面中繪製出三維路燈，如表 4-4-8 所 示。採用此方式可以減少物件(圖示)的重複建置，提升建置效能。考量二維 數值地形圖之細緻度，以重建 OGC CityGML LOD1 模型為標的。

表 4-4-8、三維圖示規格類別

類別 2D Symbol 3D Symbol 以影像為基礎

(以 9710101_獨立樹為 例)

以參數模型為基礎 (以 9690104_路燈為例)

本項工作主要實施步驟(圖 4-4-14)包含：(1)定義三維地形圖應包含之地 形、地表物及地上物，(2)建立三維圖示對應之三維模型庫，(3)從二維數值

像形塑三維地形，(6)以 DTM 形塑三維地表物區域，(7)以三維圖示模型庫 道路的圖層編碼為 9420103，可萃取在此圖層的平面道路二維線段，對這些 線段進行重組產生封閉多邊形，每一個多邊形單元為一個物件，再從數值 地形圖內插高程，以產生 2.5 D 的道路多邊形物件。地上物主要包含建築物、

道路附屬物及植物。表 4-4-9 為定義繪圖目標之總表及圖示。

Lod0:dem:tin TIN

地表 ^道路 9420103 Lod1:tran:Road Polyhedral

地表 ^水體 9520700 Lod0:wtr:WaterSurface Polyhedral

地上物 ^房屋 9310100

Lod1:bldg:GroundSurface Lod1:bldg:WallSurface Lod1:bldg:RoofSurface

Polyhedral

地上物 獨立樹 9710101

Lod3:veg:SolitaryVegetati onObject

Image-based

二、萃取對應二維圖層及產生二維物件

三、產生 2.5D 地表物

數值地形模型具有高程資訊，此步驟為使用 DTM 建立 2.5D 的地表模 型，並從 DTM 萃取地表物對應的地面高程，產生敷貼在 DTM 的正射影像、

道路及水體，以完成 2.5D 地表物模型的建立，圖 4-4-16 是從 DTM 產生地 表物之示意圖。

(a) 二維聚合線 (b) 二維物件

圖 4-4-15、以數值地形圖產生二維物件

(a) 2.5D DTM (b) 正射影像

(c) 2.5D 道路 (d) 2.5D 水體

圖 4-4-16、以 DTM 及正射影像產生 2.5D 地表

四、產生三維地上物

建築物的三維化必須使用三維點雲自動化形塑 LOD1 之平頂房屋模型 ( 圖 4-4-17) ， 屋 頂 的 形 塑 採 用 隨 機 抽 樣 一 致 演 算 法 (RANdom SAmple Consensus, RANSAC)，從數值地表模型(DSM)的高程中求取屋頂面高程；

植物的平面位置同樣來自數值地形圖，高程來自數值地表模型，但使用影 像式模型描繪植物模型。圖 4-4-18 為產生三維地上物之示意圖。

(a) 二維房屋模型 (b) 地表高程資料 (c) 以地表高程點形塑之 三維房屋模型

圖 4-4-17、以 DSM 形塑三維房屋模型示意圍

(a) DSM (b) 三維房屋模型

(c) 三維地上物

圖 4-4-18、以 DSM 形塑產生三維地上物

五、試辨 3D Mesh Model

本計畫採用 Bentley Context Capture 的自動化匹配功能產製 3D Mesh Model，使用的輸入影像是 36 張大相幅(14144 x 15552 pixel) DMC2 航空影 像，影像方位使用空三平差之成果。經多視角影像密匹配，可建立 3D Mesh 或內插為規則式網格的 3D Grid，試辨成果如圖 4-4-19 所示，此模型使用 i3s 做為資料儲存的格式。利用自動化密匹配產製的 3D Mesh Model，其產自動 化程度高且展示效能佳，視覺化有良好的表現，但缺乏不同地物的屬性資 訊。

圖 4-4-19、3D Mesh model

六、3D Vector Model

本計畫採用大比例尺地形圖及三維高程資訊，針對 LOD1 房屋等圖徵 建立三維地形圖。試辦面積為 6 幅 1/1000 數值地形圖，總面積為 288 公頃。

建模方法使用三維高程資訊自動化形塑向量圖，最終產生三維房屋、道路、

水體、樹等，而地形的高低起伏則是直接使用數值地形模型，成果如圖 4-4-20 所示。所有成果均以 CityGML 2.0 標準格式儲存，有利資料交換。為了提 升展示效能，將此三維向量模型轉換為 i3s，試辦成果展示可成功將 CityGML 轉換為 i3s。

(a) 地形模型 (b) 房屋模型

(c) 水體模型 (d) 道路模型

(e) 樹木模型 (f) 整合模型

圖 4-4-20、3D vector model