摘要：三維地理資訊系統（GeographicInformationSystem,GIS）在智慧城市建設等領域應用日益廣泛，且隨著地理資訊科技、計算機技術、遙感技術的發展，對多維度的空間分析有了更高的要求，在數量繁多、關係複雜的空間資訊面前，多維度空間分析往往是複雜、動態和抽象的，城市三維模型作為城市資訊模型（CityInformationModel,CIM）的基本組成單元，如何被高效構建與管理是實現多維度空間分析迫切需要解決的一個問題。城市三維模型資料的生產是透過強大的3DMAX建模軟體來實現龐大的資料體量，包含了地貌、城鄉、植被、道路、河流等等，都能夠非常真實的表現出來。基於南京CIM平臺城市資訊模型資料專案，探究在兼顧效率的情況下，運用3DMAX技術對CIM平臺中資料進行治理入庫，有效支撐CIM平臺實現高效多維度空間分析與應用。
關鍵詞： 3DMAX CIM平臺 三維地理資訊系統 資料治理 資料烘焙
1、概述
城市資訊模型[1]作為地球空間資訊科學的一個基本單元，是打造現代城市最重要的基礎框架資料，是智慧城市將其內在元素進行智慧連線的關鍵，高效快捷地構建CIM對地球資訊科學的應用實踐起著關鍵作用。
三維GIS[2]作為一種能夠綜合地處理各種空間和屬性資訊的工具在城市規劃、國土監測、交通管理、輔助決策等方面都有廣泛的應用，隨著人們對三維GIS的認識的不斷深入，對城市三維資訊需求的不斷增加進而提出了三維城市模型的概念。
三維地理資訊系統（簡稱，三維GIS）建設工作是數字城市地理空間框架建設的重要組成部分。其中三維GIS中模型資料的實現，直接影響著三維GIS的執行以及使用者對系統的應用與評價。
因此，本文將介紹結合虛擬三維建模代表軟體3Dmax[3,4,5]在三維GIS資料治理中的應用。此次資料治理方案主要為了讓資料進入Arcgis平臺後能更美觀更真實的展現，透過3dmax烘焙技術[6]，將明暗陰影直接烘焙在貼圖上，使得資料更加逼真。
2、資料治理過程
資料治理的主要技術流程如圖1所示，包括資料最佳化，資料拆分烘焙，資料匯出3個部分。
圖1技術流程示意圖
2.1原資料的最佳化治理
首先確保原資料的模型正確，沒有模型面的重疊、缺失、變型以及模型座標的位置是否異常。保證資料貼圖沒有丟失，貼圖解析度為2的n次方（不超過1024解析度），貼圖指認路徑全部為ok狀態（確保匯出obj格式是不會丟失貼圖）。
圖2最佳化治理示意圖
如果遇到有found狀態時，說明此貼圖不在指認的資料夾下，需要把貼圖放進指認的資料夾中。如果遇到時MISS的狀態時，說明此貼圖丟失，丟失的情況可能分為兩種，一種是此貼圖被使用但是貼圖缺失，還有一種是此貼圖未被使用貼圖缺失。
第一種情況找到缺失貼圖名字，透過貼圖名字來找缺失貼圖，如果找不到則透過型別的貼圖替換的方式解決，不過會與原資料所有差別。
第二種情況可以透過最佳化場景模型材質球，以及重置3DMAX中的材質球來進行去除。
最佳化模型資料材質球，需要去除多餘的自發光貼圖以及環境顏色貼。去除Self-illumination貼圖只需要右擊右側方塊選中cut就可以去除自發光貼圖，去除自發光貼圖主要是為了能烘焙出模型正確的明暗光影，保證所有場景資料的統一。去除ambientcolor需要重新賦予模型一個新的材質球，將原來的替換掉。
由於ArcGIS只支援png作為透明貼圖的格式，須將所有透明貼圖轉換成png格式的貼圖，確保進入ArcGIS平臺後能夠正確的顯示透明貼圖。
2.2資料拆分烘焙
資料拆分烘焙示例如圖3。
圖3
2.2.1處理原理
由於ArcGIS平臺不支援多通道，所以原資料三通道光影貼圖無法使用，導致原資料沒有明暗陰影，影響的整體資料真實性以及美觀性，為解決此問題，故而使用了模型拆分烘焙方法，將光影貼圖直接烘焙的模型的貼圖上，這樣不需要其他額外通道就能使模型有明暗陰影。
2.2.2模型拆分
圖4資料拆分示意圖
(1）透明模型貼圖拆分
透明貼圖不需要進行烘焙光影，主要因為烘焙完的貼圖都是jpg格式不支援透明，透明貼圖往往都是欄杆，標誌牌之類的模型資料，不影響整體效果。
(2）不透明模型貼圖拆分
對不透明的模型進行拆分，需根據不同型別的模型拆分不同的精細程度，可用最少的資料量實現最好的效果。
單一的小建築可以不進行拆分直接烘焙。比較普通的建築可以進行相對數量少的一點的拆分，保證在一定視距下清晰即可。某些商業大樓或者是重地的建築可以適當的增加拆分的數量，保證資料的清晰度。
進行拆分模型時注意對某個模型進行拆分的時候，拆分出來的模型命名要規範，確保烘焙反貼後可以按照模型命名重新把模型合併在一起，展UV時候保證拆出的模型的UV能夠充分利用（拆模型的時候也有相應的技巧，比較細長的不建議與大面積分在一起，會影響UV利用率）。
2.2.3資料烘焙
圖5資料烘焙示意圖
(1）製作燈光檔案
製作一個用來烘焙整體場景的燈光檔案，以某個時間段的太陽照射方向為燈光方向，調整燈光光線的強度，保證模型受光處不會曝光，陰影處不會過黑，確保烘焙出的貼圖美觀。
(2）匯入模型
將模型匯入已經配置好的燈光檔案中，把需要烘焙的模型進行UV的展平，保證模型的UV能夠充分利用，不要有重疊的面。
(3）引數設定
在烘焙面板裡面進行引數的設定。儲存烘焙貼圖路徑，設定烘焙貼圖擴邊引數，烘焙使用的是展平UV所在的3通道，根據展平UV的通道將模型1通道的貼圖結合燈光一起烘焙到3通道。
烘焙的模式選擇ComlpeteMap,貼圖格式選擇只有RBG三通道的JPEG格式（降低貼圖大小），貼圖尺寸選擇1024（太大的貼圖可能導致平臺不穩定，太小的貼圖降低資料貼圖的清晰度）。
(4）執行烘焙
最後Render執行烘焙命令。
把烘焙好的貼圖按照對應的名稱貼到對應的模型上面，並將其UV通道從3改為1。（因為烘焙的時候採用的是通道3UV進行烘焙，而模型貼圖採用的都是通道1，所以需要將3通道改為1通道，才可以正確顯示烘焙貼圖）。
2.2.4烘焙資料合併
將原本同一個模型拆分出來的資料重新合併起來並且使用焊接將斷開的點連線。建議焊接數值給的小一點，避免把原本不連線的點也連線起來。
2.3烘焙資料檢查以及匯出
2.3.1烘焙資料檢查
(1）檢查處理完資料的命名和數量是否與原資料一致。
(2）透明貼圖是否存在被烘焙的現象（被烘焙過的透明貼圖透明部分會顯示黑色）。
(3）反貼貼圖的資料是否存在貼圖錯誤的情況。（發現貼圖錯誤可以透過重新烘焙等方式修正，發現純黑色的貼圖則是因為原資料沒有給正確的UVMAP導致）。
(4）確保資料路徑AssetTracking都是OK狀態。
2.3.2烘焙資料匯出
確認資料沒有問題後，按照物體名稱依次匯出obj。（不要勾選FilpYZ-axis,在Map-Export中將輸出路徑改為./，這樣輸出的貼圖就和OBJ、Mtl在同一級目錄下）。
3、結論
透過長時間的測試分析找到了兼顧效果、效率和穩定性最好的解決方案。透過資料貼圖合併壓縮到了原來體量的三分之一實現了資料的最佳化、貼圖陰影烘焙技術將明暗陰影疊加在貼圖上實現了資料效果的提升、資料經過反覆測試後，匯出的格式比之前減少了50%的資料節點數量，有效減少了前端呼叫的數量，從而保證了資料以最優的形式進入平臺，為後續打包以及釋出服務奠定了基礎。
由於CIM平臺的建設範圍往往是一座城市，因此資料量大，大資料的執行必然會給系統帶來壓力，系統執行的速度也是評判一個系統的重要方面，所以資料最佳化是三維地理資訊系統建設中非常重要的環節，研究結論可以為CIM平臺建設專案及其相關研究的開展提供參考和借鑑。本研究以3DMAX烘焙貼圖技術方案為例介紹了3DMAX在CIM平臺中的資料治理[7]研究，後續還需要繼續對三維建模資料的最佳化深入研究。
