三維城市模型之建置，包含數值地形模型製作、建築物之三維重 建、三維景觀重建、影像獲取及紋理敷貼等工作。隨著航測技術的成 熟，數值地形模型與三維建物模型的製作效率大為提升，而相關的數 值模型也廣泛地應用各個領域中。由於製作方式及資料來源的不同，
模型資料的精細程度、實際現況的表達及透過電腦模擬於視覺上的感 受，也有所差異。本研究以中華大學校園為實驗區，蒐集此區之空照 影像與相關的數值及平面資料，透過不同的方法建置三維擬真校園，
並對建置過程中人力付出、資源使用、建置成果等成效進行評估及作 相關探討。藉此，比較不同方法的建置成果及在品質上的具體表現，
從中找出最具績效的建置方法及流程，並作為往後三維擬真校園建置 之參考。
3-1 研究內容與方法流程
本節將說明本研究之內容與方法流程，研究內容包括實驗區選 定、軟硬體資源及相關資料來源說明，而研究方法流程包括三維擬真 校園建置及建置績效之評估。
3-1-1 實驗區選定
三維擬真校園之建置，包含數值地形模型製作、建築物之三維重 建、三維景觀重建、影像獲取及紋理敷貼等工作，這些三維模型需藉 由相關資料的獲取才能進行建模作業，因此資料獲取之完整與否，將 影響到三維擬真校園建置之完整性。依實驗區範圍之大小，可將其分 成單一工作區或數個工作區進行建置作業。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。
3-1-2 軟硬體資源使用
三維校園的建置作業，包含建模、紋理萃取敷貼、系統整合等程 序，因此需要各種不同的軟體及硬體資源。在此，針對本研究所需使 用的軟硬體資源作相關的說明，其軟硬體介紹及用途如表3-1 及表 3-2 所示。
表 3-1 軟體資源介紹
軟體名稱 軟體介紹 本研究用途
ERDAS
IMAGINE 9.1 Leica Geosystems 遙感探測及影像處理 軟體，主要是針對衛星及航測影像進行 影像分析及地圖或數值地形模型製作等 作業，為目前航遙測界主要使用的軟體 之ㄧ。因應各界使用需求，也可適當擴 充 模 組 ， 本 研 究 主 要 利 用 Leica Photogrammetry Suite 及 Stereo Analyst 模組進行建模作業。
1.數值地形模型 製 作
2.正射影像產生 3.三維建物模型製作 4.建物紋理敷貼
ArcGIS 9.1 ArcGIS 為目前地理資訊系統使用主流 之ㄧ，具有整合空間資訊及協助解決真 實世界問題的決策支援系統。 可有效的 擷取、儲存、更新、處理、分析、及展 示各種形式地理資訊， 其應用領域範圍 包含：製圖、水土河川保持、防災計劃、
環境監測等。本研究主要以ArcGlobe 模 組為整合平台，並希望藉此達到更廣泛 的應用。
1.三維地形及建物整 合平台
2.三維景觀建模
3D Studio Max 三維繪圖軟體，可用來建立並編輯三維 建物及景觀模型，以及進行相關的三維 模型或動畫製作。
1.三維建物模型製作 2.建物紋理敷貼 3.三維景觀建模 AutoCAD ㄧ般工程繪圖軟體，為目前工程界主要
使用的繪圖軟體，包含工程圖、地圖、
及相關應用的數值繪圖軟體。
將 獲 得 的 CAD 資 料，進行修改及編輯
Adobe Photoshop 影像編修處理軟體，可進行影像編修、
色調調整及糾正等處理工作。
建 物 紋 理 影 像 糾 正 及編修
MicroStation MicroStation 亦 為 數 值 繪 圖 軟 體 的 一 種，在本研究中主要為LPS 的外掛繪圖 軟體。
數值高程模型製作
TERRN 台灣世曦工程顧問公司工程司長期自行 研發之數值地形計算軟體，進行 DEM 規則網格之內差計算。TERRN 之理論基 礎架構於 不規則 三角 網（Triangulated Irregular Network,簡稱 TIN），利用大量 的3D 點位重建 TIN 來表達地形起伏情 況。
數值高程模型製作
表 3-2 硬體資源介紹
硬體名稱 硬體介紹 本研究用途
工作站電腦 CPU：Pentiun (R) D 2.80GHz 記憶體：2.0G
硬碟：160GB
顯示卡：NVIDIA Quadro FX1400
進 行 各 項 與 電 腦 有 關之建置作業
ㄧ般電腦 CPU：AMD Athlon(TM) 2500+
記憶體：1.0G 硬碟：80GB
顯示卡：MSI RX9550-TD128SP
資 料 處 理 及 三 維 繪 圖軟體建模使用
偏極光立體觀測裝置 透過偏極光立體觀測裝置，可讓使用 者觀測到立體影像，藉此進行相關的 建置作業
立體影像觀測
Topomouse 為 ERDAS 航 測 軟 體 Leica Photogrammetry Suite 模組專用之特 殊功能滑鼠。
立 體 影 像 觀 測 時 量 測及繪製作業
數位相機 SONY P150 七百二十萬畫素數位相 機。
建物紋理萃取
電子測距經緯儀 GTS-210 電子測距經緯儀，可進行角 度、距離及座標量測作業。
建 物 或 景 觀 模 型 資 料欠缺時，實地進行 量測作業
3-1-3 航照影像與建物資料來源
航空攝影測量可視為目前三維城市建模中最主要的技術所在，包 含數值高程模型(DEM)之製作、地面影像之取得、三維建物重建及三 維景觀之空間資訊的取得。但由於出動飛機進行航照作業所耗費的成 本不低，所以除了政府或民間航測公司為進行特定專案，如相關數值 地形資料之建置或都市規劃及都市更新，才會依其目的規劃特定航線 進行航拍作業。因此，ㄧ般小範圍之三維數值校園建置或特定區域的 地形及建物重建，因資源費用有限無法主動進行航拍作業，只能向相
關的航空攝影測量單位購買目標區的影像圖資。在資料獲取有限的情 況下，本研究就嚐試以不同拍攝時間及不同像比例尺之航照影像，進 行三維擬真校園之建置研究，從中加以探討不同航照影像對於建置績 效之影響，航照影像及相關建物資料來源整理如表3-3 所示。
表3-3 航照影像與建物資料說明及來源
資 料 名 稱 說 明 來 源
2002 年 3 月拍攝，地面解析度約 40cm
× 40cm 的航照影像。
台 灣 世 曦 工 程 顧 問 公 司，原中華顧問工程司。
航 照 影 像
2005 年 9 月拍攝，地面解析度約 20cm
× 20cm 的航照影像。
群 立 科 技 股 份 有 限 公 司 。
建 物 資 料
實 驗 區 建 物 資 料 ， 主 要 是 以 各 建 物 的 施 工 圖 資 為 主 ， 部 分 欠 缺 圖 資 的 建 物 資 料 ， 則 以 現 地 測 量 方 式 取 得 。
中 華 大 學 營 繕 組 。
3-1-4 研究方法與流程
三維校園模型的組成，包含數值高程模型、三維建物模型與其他 三 維 景 觀 地 物 與 植 被 等 三 部 份 ， 從 中 可 再 細 分 為 幾 合 建 模 (Geometrical Modeling)與紋理建模(Texture Mapping)。
本研究主要針對前兩者之三維重建及不同航照影像之影響加以 探討，比較不同的建模方式及不同資料來源對於三維擬真校園於建置 效率與擬真程度上的影響。主要研究方法與流程可分為數值高程模型 製作、三維建物模型製作、三維景觀整合及建置績效評估等階段。
1.三 維 地 形 模 型 之 製 作
數值高程模型(DEM)之製作主要透過航空攝影測量技術，分別以 影像自動匹配及人工量測繪製方式進行製作：前者利用影像自動匹配 方式產生數值地表模型(DSM)透過人工進行 DEM 編修而產生，這種
方法較為簡單，DEM 製作可能較為省時省工。後者則是透過航空攝 影測量以人工量測方式，進行DEM 的繪製作業，這種方法操作及資 料轉換較為複雜，但所製作之數值高程模型可能較為符合實際地形起 伏。地面紋理影像製作則是透過航照正射影像製作而成，影像正射化 過程中為了可以完整的將所有高差移位之因素消除，因此需要數值表 面模型(Digital Surface Model，DSM)作為影像正射糾正之附加資訊。
2.三維建物模型之製作
三維建物模型之製作，主要透過航空攝影及三維繪圖軟體方式進 行建模作業。目前三維建物模型的製作大多仰賴數值航空攝影技術，
不僅能快速、大量地取得相關的空間資訊，在三維建物的重建作業也 更加便利有效率。但由於航空攝影測量建模在建物的精度及細部表現 上略顯不足，因此本研究另以三維繪圖軟體進行建物模型之製作，並 從中加以比較並探討建模績效之差異。
3.三 維 景 觀 製 作 及 整 合
完成三維地形模型及建物模型製作後，需將其整合至一個適當的 軟體平台上，在此以AcrGIS 軟體中的 ArcGlobe 模組進行三維景觀製 作並作為三維擬真校園模型之整合平台，藉此展現建置成果，並作為 後續視覺模擬評估時的展示平台。
4.建 置 評 估 及 探 討
完成三維數值校園模型之建置後，將對其建置方法作相互的比較 及探討，並對人力使用、資源使用及建置成果進行相關的評估，藉此 探討三維擬真校園之建置績效，並提出結論與客觀的建議，詳細之評 估方法，將於後續章節加以說明。
本研究之研究方法與流程，如圖 3-1 所示，詳細之建置內容將於 後續章節加以說明。
圖3-1 三維擬真校園模型建置績效之研究流程圖
3-2 三維地形模型製作方法
三維地形模型之製作，包含數值高程模型製作與地面紋理影像製 作，數 值 高 程 模 型 的 建 立 不 僅 能 表 達 三 維 校 園 模 型 中 地 形 的 高 程 起 伏 ，藉 由 地面紋理影像製作亦可增 加 視 覺 效 果 ，使 其 重 現 實 際 的 樣 貌 。 本節將針對三 維 地 形 模 型 製作流 程 、影像自動 匹配製作方法、人工量測繪製方法及地面紋理影像製作加以說明。
3-2-1 三維地形模型製作流程
本研究將蒐集測試區的航空影像，藉由航空攝影技術與航測處理 軟體 LPS 軟體，進行數值高程模型之製作及正射影像製作，在進行 作業前須將所獲取的航照影像加以設定，使航照影像可以在電腦軟體 中重現拍照當時的攝影姿態，以便後續作業的進行。三 維 地 形 模 型 製 作 流 程 圖 如 3-2 所 示 ， 依 序 說 明 如 下 。
1、 航照影像獲取：航空攝影照片可由行政院農林航空測量所或民 間航空測量公司購買取得，因航線規劃及航拍目標之不同，應 視作業目的取得不同比例的航照影像。
2、 內方位參數設定：藉 由 恢 復 內 方 位 的 計 算 ， 可 將 量 測 得 知 的 影 像 坐 標 系 （ 框 標 坐 標 ） 轉 換 對 應 至 檢 定 的 像 平 面 坐 標 系 ， 而 像 平 面 坐 標 系 統 則 根 據 相 機 框 標 來 決 定。透過軟體將框標位置標記在所獲取的影像上，藉此恢復鏡 頭與影像間的空間關係。
3、 空中三角測量：是指根據像點之坐標，決定該點位之地面坐標 的作業程序。在兩連續有效影像銜接處，選定連結點，並標記 此像點與共軛像點的位置，透過地面控制點量測的方式，取得 該點位的地面坐標進而建立像點與實際點位間的空間關係。