臺灣博碩士論文加值系統

地形圖一直是人們用來描述空間資訊之重要圖資。地圖測繪人員將真實世界中的地物，抽象為各種圖式符號並展繪於圖面上，達到描述並紀錄空間資訊之目的。電腦三維繪圖技術之進步，發展出三維城市模型，使得人們對於空間資訊之描述，能夠更為完整且真實。但就應用需求的觀點，目前三維城市模型尚無法完全取代二維地形圖，二維的地形圖仍有其存在之必要性。另一方面，地理資訊系統(GIS)是未來空間資訊領域之發展重心，因此三維城市模型與GIS的結合，將是必然的趨勢。

本研究的主要探討重心有三，第一是希望能夠藉由分析地形圖與三維城市模型之間的內涵共通性，來探討兩者能否實現雙向共通之目的。本研究分別針對兩者在各個地物類別上的對應性、對地物之描述方式的共通性，以及精度共通性三個方向來進行論述分析，找出決定兩者是否能夠達成共通的關鍵因素，以協助實踐兩者之共通。第二是希望針對建物的外觀結構進行分析，目的為區分出建築物的單元實體及其幾何描述資料，做為後續建物塑模依據。第三是探討三維城市模型如何與GIS接軌，針對三維城市模型應用於GIS的實體化作業，來進行論述。首先闡明實體的定義與組成架構，並以此為基礎，提出三維城市模型實體化作業的概念，並討論城市模型與GIS接軌的條件及措施。

本研究之研究成果可分為三部份，第一，三維城市模型與地形圖之間的共通上，取決於兩個主要因素；位於兩者針對地物描述之共通部位上的共同觀測地物點要能夠對應，及兩者對於共同地物點之觀測精度應一致。第二，建物外型構造分析之關鍵，為建物主體結構及附屬結構的區分依據要明確。第三，本研究以實體的定義以及組成架構為基礎，所提出之三維城市模型實體化之概念及流程，基本上能夠達成將三維城市模型實體化之目的；而在實務上，作業之自動化，以及城市模型實體化之作業細節與規範等，均是未來可繼續深入研究之課題。

Topographic maps have been one of the important sources to describe the real world. Cartographers transform the real objects into the variant meaningful symbols on the maps to present a specific theme or particular spatial information. Due to the development of computer graphics, 3D city models make people comprehend the real world more easily and completely. However regarding to the applications, 3D city models still cannot replace topographic maps entirely which means the topographic maps are still non-substitutable. In the other aspect, GIS is the major development in Geomatics in the future. Combining the 3D city models and GIS would be imperative.

Three main topics are contained in this research. The first is the common content between 3D city models and topographic maps. In order to determine the key points about the transformation between 3D city models and topographic maps, they should be analyzed by the consistency of corresponding features, object characterization and spatial accuracy. The second is the analysis of building structures for distinguishing the building- parts as the base of 3D building modeling. The third is to discuss how the 3D city models and GIS could be connected together. Based on the definition and composition of an entity, we propose the concept of entity-based 3D city modeling, and discuss the conditions and methods for the transition of 3D city models to GIS.

The results of this research can be seperated into three parts. First, there are two key points about the transformation between 3D city models and topographic maps. First, the identical measured object points should have the consistency between 3D city models and topographic maps, and second, the common feature points should have the same observation accuracy. Second, for the analysis of building modeling, the rules to distinguish main-part and accessories of a building should be clear. Third, the concepts and procedures for entity-based 3D city modeling we proposed in this thesis basically could reach the propose of transforming the 3D object models in the city into entities. Practically, both subjects about the automation and rules for entity-based 3D city modeling can be a further study in the future.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII

第一章 緒論 1
§1-1 前言 1
§1-2 研究動機與目的 2
§1-3 研究方法與流程 3

第二章 1/1000地形圖與三維城市模型之共通性探討 8
§2-1 1/1000地形圖之內涵 8
§2-2 三維城市模型之內涵 15
§2-3 1/1000地形圖與三維城市模型之內涵共通性探討 26

第三章 建物外形構造之分析 45
§3-1 建物外觀之描述 45
§3-2 建物外形構造之分析 49
§3-3 建物外形構造分析方式之可行性探討 67

第四章 三維城市模型之實體化 69
§4-1 實體的定義 69
§4-2 實體之組成架構 72
§4-3 實體化之概念與發展 88
§4-4 三維城市模型之實體化 92
§4-5 實做案例 99

第五章 結論與建議 114

參考文獻 116
附錄一：第二章附表 121
附錄二：第三章其他案例 126

表目錄
表2-1：地形圖測圖精度規範(施永富，2002) 15
表2-2：三維城市模型所應囊括的8大地物類別 16
表2-3：三維城市模型之細緻度等級(LOD)規範(Gröger et al., 2008) 26
表2-4：1/1000地形圖與三維城市模型之內涵比較 28
表2-5：1/1000地形圖與三維城市模型地物類別之對應 30
表2-6：1/1000地形圖及三維城市模型在在地物幾何描述上之共通部位 31


圖目錄
圖1-1：本研究主要探討的問題及其背景 2
圖1-2：本研究的主要架構 4
圖1-3：針對地形圖與城市模型之共通性探討之論述流程 5
圖1-4：針對建物外形構造之分析之論述流程 6
圖1-5：針對三維城市模型之實體化之論述流程 7
圖2-1：地形圖中以點圖元表示之(a)路燈，(b)電線桿 9
圖2-2：地形圖中以線圖元表示之(a)道路邊線，(b)柵欄 9
圖2-3：地形圖中以面圖元(多邊形)表示(a)花圃，(b)建物 10
圖2-4：三維城市模型中的建物模型 18
圖2-5：水體在三維城市模型中之描述方式 19
圖2-6：三維城市模型中道路分隔線及交通線之描述方式 20
圖2-7：植被之描述方式：(a)使用植物影像，(b)三維體物件並敷貼材質 22
圖2-8：城市設施之三維模型 23
圖2-9：土地利用之描述方式 25
圖2-10：1/1000地形圖與三維城市模型在幾何描述上之共通 28
圖2-11：建物剖面圖 29
圖2-12：測量控制點位之點位中心標示 32
圖2-13：道路邊線 32
圖2-14：植被邊界線 33
圖3-1：1/1000地形圖中的國立成功大學理化館 46
圖3-2：三維城市模型中的國立成功大學理化館 46
圖3-3：Douglas-Peucker演算法示意圖 47
圖3-4：「幢」與「棟」共通之情況 50
圖3-5：「幢」與「棟」不共通之情況 51
圖3-6：建物分類樹狀圖 52
圖3-7：成大敬業校區醫生宿舍(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 54
圖3-8：成大敬業校區網球場旁小屋(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 56
圖3-9：林森路與東豐路路口建物群(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 58
圖3-10：成大光復校區歷史文物館(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 60
圖3-11：成大光復校區軍訓教官辦公室(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 62
圖3-12：成大光復校區耐震擴建教學大樓(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 64
圖3-13：成大敬業校區學生第二宿舍(a)空照影像，(b)1/1000地形圖，(c)地面拍攝影像，(d)三維模型 66
圖4-1：GIS tree 70
圖4-2：地理資訊系統的運作機制 71
圖4-3：實體的內部結構 71
圖4-4：B-Rep模式示意圖 74
圖4-5：CSG案例 75
圖4-6：Spatial Occupancy Enumeration 76
圖4-7：Oct-tree 77
圖4-8：3D Formal Data Structure 78
圖4-9：(a)兩弧相交之處必須新建一節點，(b)兩面相交之處必須新建一弧 78
圖4-10：Simplified Spatial Model 79
圖4-11：三度空間資料模式 81
圖4-12：V3D 82
圖4-13：OO3D 83
圖4-14：EO3DM 84
圖4-15：實體的概念性組成架構 85
圖4-16：「實體化」示意圖 89
圖4-17：地形圖中的地物之實體化 90
圖4-18：實體化作業之概念性流程 90
圖4-19：三維空間中的實體化示意圖 92
圖4-20：國立成功大學卓群大樓模型由許多單元所構成 93
圖4-21：國立成功大學的測量及空間資訊學系 95
圖4-22：國立成功大學的測量及空間資訊學系實體模型 96
圖4-23：「計畫要建置，但尚未開始建置」的三維城市模型之實體化 96
圖4-24：國立成功大學單身教職員宿舍模型 97
圖4-25：模型屬性資料有誤之情形 98
圖4-26：「已經建置完成」的三維城市模型之實體化 99
圖4-27：卓群大樓平面圖(Auto CAD DWG File) 100
圖4-28：卓群大樓平面圖(Arc GIS Shape File) 100
圖4-29：建置完畢的卓群大樓三維模型 101
圖4-30：建物單元實體 102
圖4-31：由空間資料來查詢屬性資料 103
圖4-32：由屬性資料來查詢空間資料1-1 104
圖4-33：由屬性資料來查詢空間資料1-2 105
圖4-34：由屬性資料來查詢空間資料2-1 106
圖4-35：由屬性資料來查詢空間資料2-2 107
圖4-36：卓群大樓實體模型 107
圖4-37：由屬性資料來查詢空間資料3-1 108
圖4-38：由屬性資料來查詢空間資料3-2 109
圖4-39：屬性資料操作-建物單元體積計算 110
圖4-40：建物單元體積計算成果 111
圖4-41：屬性資料操作-教室數量統計 112
圖4-42：GIS之兩大主要核心透過實體的組成連結在一起 113

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