一种三维立体地图的制作方法与流程

1.本发明涉及立体地图制作技术领域，尤其是一种三维立体地图的制作方法。


背景技术：

2.目前国内可以见到的三维立体地图仅限于世界地图、中国地图、及部分省级地图，其比例都很小，省会级别的比例尺都在150万以上，国家级的在450万。由于其比例尺小，缺少细节，仅仅能作为教学和地理爱好者参考之用，实际应用中参考意义不大。
3.其制作工艺为雕刻制版、塑料印刷、吸塑成型，适应于大批量生产，生产周期长，时效差，精度差，无法满足县区及以下级别的地域，快速制作高精度三维地理模型的需求。
4.而民间更多的是地形沙盘，多为雕刻或者手工制作。只求“形”式，不求精度。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提出一种三维立体地图的制作方法，旨在解决现有三维立体地图制作工艺局限、制作周期长且制作精度较低的问题。
6.为实现上述目的，本发明提出一种三维立体地图的制作方法，包括如下步骤：
7.获取高程数据；
8.选取所述高程数据中的目标范围内的高程数据；
9.处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件，其中，所述位图匹配文件的信息中包括有多个地图要素信息；
10.根据所述三维立体模型制作三维立体实体；
11.将所述位图匹配文件打印贴敷于所述三维立体实体上，以形成三维立体地图。
12.可选地，所述“获取高程数据”的步骤中：
13.利用无人机进行测绘，以获取高程数据；或者，
14.在现有的公开数据中获取高程数据。
15.可选地，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件”的步骤包括：
16.处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体初始模型；
17.处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件；
18.处理所述位图初始文件及所述三维立体初始模型，以达成二者的精准匹配，观察所述位图初始文件与所述三维立体初始模型细节的贴合情况，再调整所述位图初始文件及所述三维立体初始模型的细节，以达到二者完美贴合为准则，以形成三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件。
19.可选地，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型”的步骤包括：
20.采用global mapper软件处理所述目标范围内的高程数据，以生成hfz格式三维数据文件；
21.采用world machine软件处理所述hfz格式三维数据文件，以生成obj格式三维数据文件，以形成三维立体初始模型。
22.可选地，所述“根据所述三维立体模型制作三维立体实体”的步骤包括：
23.采用materialise magics软件处理所述obj格式三维数据文件，按预设比例生成与所述三维立体模型对应的三维立体模具模型；
24.采用3d打印机将所述三维立体模具模型成型为三维立体模具实体；
25.以所述三维立体模具实体为母模，采用翻模工艺成型所述三维立体实体。
26.可选地，所述预设参数包括预设比例参数和/或预设模具壁厚参数；和/或，
27.成型所述三维立体实体的成型材料包括硅胶和/或不饱和树脂；和/或，
28.成型所述三维立体实体的成型材料包括白色添加物，以使得成型后的所述三维立体实体呈白色设置；和/或，
29.所述3d打印机的打印精度为0.1mm。
30.可选地，所述预设模具壁厚参数为t，且5mm≦t≦10mm。
31.可选地，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件”的步骤中：采用coreldraw软件和photoshop软件处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件；和/或，
32.所述“处理所述位图初始文件及所述三维立体初始模型，以达成二者的精准匹配，观察所述位图初始文件与所述三维立体初始模型细节的贴合情况，再调整所述位图初始文件及所述三维立体初始模型的细节，以达到二者完美贴合为准则，以形成三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件”的步骤中：采用zbrush软件，处理所述三维立体初始模型细节以匹配初始位图文件，生成精准打印模型；结合zbrush软件中初始位图文件的匹配情况，在photoshop和coreldraw中反复调整适配所述初始位图文件以及文字标注位置，以优化立体状况下的位图显示位置，以形成精准的位图匹配文件。
33.可选地，所述“将所述位图匹配文件打印贴敷于所述三维立体实体上，以形成三维立体地图”的步骤中：
34.采用立体喷墨打印机或者高落差的uv打印机将所述位图匹配文件打印贴敷在所述三维立体实体上，以形成三维立体地图。
35.可选地，所述位图匹配文件设置多个，且多个所述位图匹配文件中，至少部分所述位图匹配文件的地图要素画面信息设置为不同。
36.本发明的技术方案中，选取高程数据中的目标范围内的高程数据，通过处理目标范围内的高程数据，获得三维立体模型以及与该三维立体模型对应的位图匹配文件，根据三维立体模型制作三维立体实体；将位图匹配文件对应贴图于三维立体实体上，在高程数据的基础上，可以选取最高精度的比例(1:500)，来制作高精度的三维立体地图，解决现有的三维立体地图比例尺较小、制作精度低的问题，由于可以通过目标范围内的高程数据获得三维立体模型和位图匹配文件，并可以对三维立体模型以及位图匹配文件进行随时的处理和调整，得到不同需求端的三维立体地图，制作方法简单，不仅缩短了生产周期，而且能制作任意区域(特别是县区及以下级别的地域)不同需求的三维立体地图。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
38.图1为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第一实施例)的流程图；
39.图2为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第二实施例)的流程图；
40.图3为图2中的步骤s31的流程图；
41.图4为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第三实施例)的流程图。
42.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
45.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
46.现有的三维立体地图的比例尺较小，缺少细节，仅仅能作为教学和地理爱好者参考之用，实际应用中参考意义不大；而且现有制作工艺为雕刻制版、塑料印刷、吸塑成型。适应于大批量生产，生产周期长，时效差，精度差，无法满足县区及以下级别的地域，快速制作三维地理模型的需求，且民间更多的是地形沙盘，多为雕刻或者手工制作。只求“形”式，不求精度。
47.鉴于此，本发明提供一种三维立体地图的制作方法。图1为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第一实施例)的流程图；图2和图3为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第二实施例)的流程图；图4为本发明提供的三维立体地图的制作方法(第三实施例)的流程图。
48.请参阅图1，所述三维立体地图的制作方法，包括如下步骤：
49.s10：获取高程数据；
50.s20：选取所述高程数据中的目标范围内的高程数据；
51.s30：处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型以及与所述三维立体
模型对应的位图匹配文件，其中，所述位图匹配文件的信息中包括有多个地图要素信息；
52.s40：根据所述三维立体模型制作三维立体实体；
53.s50：将所述位图匹配文件打印贴敷于所述三维立体实体上，以形成三维立体地图。
54.本发明的技术方案中，选取所述高程数据中的目标范围内的高程数据，通过处理所述目标范围内的高程数据，获得三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件，根据所述三维立体模型制作三维立体实体；将所述位图匹配文件对应贴图于所述三维立体实体上，在所述高程数据的基础上，可以选取最高精度的比例(1:500)，来制作高精度的三维立体地图，解决现有的三维立体地图比例尺较小、制作精度低的问题，由于可以通过所述目标范围内的高程数据获得所述三维立体模型和所述位图匹配文件，并可以对所述三维立体模型以及所述位图匹配文件进行随时的处理和调整，得到不同需求端的三维立体地图，制作方法简单，不仅缩短了生产周期，而且能制作任意区域(特别是县区及以下级别的地域)不同需求的三维立体地图。
55.具体地，在所述“获取高程数据”的步骤中：利用无人机进行测绘，以获取高程数据；或者，在现有的公开数据中获取高程数据，以得到高精度的高程数据。
56.需要说明的是，我们国家面积辽阔，地形和气候复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制。传统的大飞机航飞国家有规定和限制，如航高大于5000m，这样就不可避免的存在云层的影响，妨碍成图质量。另外还有一定的危险，在边境地区也存在边防的问题。而无人小飞机就很好的解决了这些问题。无人机测绘即无人机航测，是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，由于无人机航测通常低空飞行，空域申请便利，受气候条件影响较小，对获取数据时的地理空域以及气象条件要求较低，能够解决人工探测无法达到的地区监测功能，且升空准备时间15分钟即可、操作简单、运输便利，不受航高限制，成像质量、精度都远远高于大飞机航拍。由于无人机系统携带有数码相机、数字彩色航摄相机等设备，可以快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，生成dem、三维正射影像图、三维景观模型、三维地表模型等二维、三维可视化数据，便于进行各类环境下应用系统的开发和应用。
57.请参阅图2，图2为本发明基于第一实施例提供的第二实施例。
58.在本实施例中，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件”的步骤s30，包括：
59.s31：处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体初始模型；
60.s32：处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件；
61.s33：处理所述位图初始文件及所述三维立体初始模型，以达成二者的精准匹配，观察所述位图初始文件与所述三维立体初始模型细节的贴合情况，再调整所述位图初始文件及所述三维立体初始模型的细节，以达到二者完美贴合为准则，以形成三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件。
62.需要说明的是，在得到所述三维立体初始模型和所述位图初始文件之后，将所述位图初始文件贴合于所述三维立体初始模型上，通过调整所述位图初始文件及所述三维立体初始模型的细节，使二者达到精准贴合，形成高精度的三维立体模型以及与所述三维立
体模型对应的位图匹配文件。
63.具体地，请参阅图3，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得三维立体模型”的步骤s31，包括：
64.s311：采用global mapper软件处理所述目标范围内的高程数据，以生成hfz格式三维数据文件；
65.s312：采用world machine软件处理所述hfz格式三维数据文件，以生成obj格式三维数据文件，以形成三维立体初始模型。
66.需要说明的是，global mapper软件它是一款由美国blue marble geographic公司研发的专业地图绘制制作工具，使用这款地图绘制软件可以帮助用户轻松设计出自己需要的地图；world machine软件是一个程序地形生成器，混合了强大的地形效果，拥有图形界面，并能快速动态预览，帮助快速准确地创造出各种真实地貌。能够生成雪地、草地、荒原、沙漠、岛屿等地理环境，通过global mapper软件和world machine软件能形成高精度、高还原度的三维立体模型。
67.请参阅图4，图4为本发明基于第一实施例和第二实施例提供的第三实施例。
68.所述“根据所述三维立体模型制作三维立体实体”的步骤s40，包括：
69.s41：采用materialise magics软件处理所述obj格式三维数据文件，按预设比例生成与所述三维立体模型对应的三维立体模具模型；
70.需要说明的是，materialise magics软件是最强大的数据和构建准备软件，从完成壁厚变化等细小的编辑到生成整个支撑结构，能通过三维设计文件，创建三维立体模型，通过易于使用的解决方案简化了数据和构建准备工作。
71.s42：采用3d打印机将所述三维立体模具模型成型为三维立体模具实体；
72.s43：以所述三维立体模具实体为母模，采用翻模工艺成型所述三维立体实体。
73.在制作所述三维立体模具实体后，由于所述三维立体模具实体上的地形特征与实际地形特征是相反的，需要采用翻模工艺成型所述三维立体实体，需要说明的是，翻模工艺如下：将母模坯用脱模剂处理润滑；将配好的胶沿一固定灌注点缓慢浇注，并不时震荡以排除里面的空气；待胶固化完全后分离母模坯，得到模具，使用翻模工艺成型所述三维立体模型，操作简单，不仅可以缩短生产周期，还可以降低制作成本。
74.在本发明中，所述预设参数包括预设比例参数和/或预设模具壁厚参数，也即所述预设参数可以包括预设比例参数或者预设模具壁厚参数或者两者都包括，在本实施例中，所述预设参数包括所述预设比例参数和所述预设模具壁厚参数，通过所述预设比例参数和所述预设模具壁厚参数生成所述三维立体模具模型，不仅可以提高所述三维立体模具实体的实用性，也能提高所述三维立体模具实体的强度。
75.在本发明中，成型所述三维立体实体的成型材料包括硅胶和/或不饱和树脂，由于硅胶和不饱和树脂具有较好的流动性和较低的粘度，使得翻模容易操作，而且硅胶和不饱和树脂的拉力较好，在脱模时，不容易被撕裂，提高所述三维立体模具实体的质量。
76.在本发明中，成型所述三维立体实体的成型材料包括白色添加物，以使得成型后的所述三维立体模型呈白色设置，使得所述三维立体模型在成型后为白模，为后续贴图提供便利，也使得所述位图匹配文件更容易自所述三维立体模型上显现。
77.在本发明中，所述3d打印机的打印精度为0.1mm，需要说明的是，在本实施例中，为
了提高打印精度，采用的是3d光敏打印机，3d光敏打印机用紫外线将光明树脂逐步层固化，打印精度可高至0.1mm，可以提高所述三维立体模具实体的制度精度，进而提高所述三维立体地图的制作精度。
78.需要说明的是，上述四个技术特征，可以择一设置、可以择二设置、可以择三设置，也可以同时设置，在本实施中，所述预设参数包括预设比例参数和/或预设模具壁厚参数、成型所述三维立体实体的成型材料包括硅胶和/或不饱和树脂、成型所述三维立体实体的成型材料包括白色添加物以及所述3d打印机的打印精度这四个技术特征同时设置，也即，在本实施例中，所述预设参数包括所述预设比例参数和所述预设模具壁厚参数，通过所述预设比例参数和所述预设模具壁厚参数生成所述三维立体模具模型，成型所述三维立体模型的成型材料包括硅胶，成型所述三维立体模型的成型材料包括白色添加物，以使得成型后的所述三维立体模型呈白色设置，所述3d打印机的打印精度为0.1mm，不仅可以提高所述三维立体模具实体的实用性，也能提高所述三维立体模具实体的强度和质量，使所述三维立体模型在成型后为白模，为后续贴图提供便利，也使得所述位图匹配文件更容易自所述三维立体模型上显现。
79.具体地，所述预设模具壁厚参数为t，且5mm≦t≦10mm，将厚度设置在5mm至10mm之间，在保证所述三维立体模具实体的强度的基础上，节约用料，节省成本。
80.在本发明中，所述“处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件”的步骤s32，中：采用coreldraw软件和photoshop软件处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件，需要说明的是，coreldraw软件是加拿大corel公司推出的最新版软件。它融合了绘画与插图、文本操作、绘图编辑、桌面出版及版面设计、追踪、文件转换、高品质输出于一体的矢量图绘制软件，并且在工业设计、产品包装造型设计，网页制作、建筑施工与效果图绘制等设计领域中得到了极为广泛的应用，而photoshop软件能够支撑多种图画格局，运用photoshop软件能够将某种格局的图画另存为别的格局,以到达特别的需要，同时photoshop软件支撑的色彩形式包含位图形式、灰度形式、rbg形式、cmyk形式、lab形式、索引色彩形式、双色调形式和多通道形式等，而且能够完成各种形式这间的变换，另外，运用photoshop软件还能够恣意调整图画的尺度、分辨率及巨细，既能够在不影响分辨率的情况下调整图画的尺度，又能够在不影响图画的尺度的情况下增减分辨率，因此，通过coreldraw软件和photoshop软件处理得到的所述位图初始文件的会有更高的精度和清晰度。
81.在本发明中，所述“处理所述位图初始文件及所述三维立体初始模型，以达成二者的精准匹配，观察所述位图初始文件与所述三维立体初始模型细节的贴合情况，再调整所述位图初始文件及所述三维立体初始模型的细节，以达到二者完美贴合为准则，以形成三维立体模型以及与所述三维立体模型对应的位图匹配文件”的步骤s33中：采用zbrush软件，处理所述三维立体初始模型细节以匹配初始位图文件，生成精准打印模型；需要说明的是，zbrush软件是一个数字雕刻和绘画软件，它以强大的功能和直观的工作流程彻底改变了整个三维行业。在一个简洁的界面中，zbrush为当代数字艺术家提供了世界上最先进的工具。以实用的思路开发出的功能组合，在激发艺术家创作力的同时，zbrush产生了一种用户感受，在操作时会感到非常的顺畅。zbrush能够雕刻高达10亿多边形的模型，所以说限制只取决于艺术家自身的想象力。
82.需要说明的是，上述两个技术特征，采用coreldraw软件和photoshop软件处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件、以及采用zbrush软件处理所述位图初始文件适配所述三维立体模型，以形成位图匹配文件，可以择一设置，也可以同时设置，具体地，在本实施例中，采用coreldraw软件和photoshop软件处理所述目标范围内的高程数据，以获得位图初始文件、以及采用zbrush软件处理所述位图初始文件适配所述三维立体模型，以形成位图匹配文件，同时设置，以得到高精度、高质量的三维立体地图。
83.在本发明中，所述“将所述位图匹配文件打印贴敷于所述三维立体实体上，以形成三维立体地图”的步骤s50中：采用立体喷墨打印机或者高落差的uv打印机将所述位图匹配文件打印贴敷在所述三维立体实体上，以形成三维立体地图。
84.在此需要说明的是，对于同一个目标区域，当用户有不同需求时，需要根据用户需求提供相应的三维立体地图，例如，山林管理部门需要的是能体现目标区域山林分布位置和面积的地图；水利部门需要的是能体现目标区域河流分布位置和面积的地图；建筑行业更需要的是能体现地形分布以及对应的地质分布情况，对于不同的用户需求，要提供对应的三维立体地图，以发挥最大作用，因此，在本实施例中，所述位图匹配文件设置多个，且多个所述位图匹配文件中，至少部分所述位图匹配文件的地图要素画面信息设置为不同，这样，制作者可以根据用户需求，使用不同的位图匹配文件，制作不同的三维立体地图，如此，不仅提高了三维立体地图的实用性，而且使得三维立体地图的作用得到最大发挥。
85.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。