時間：2023-05-31 08:55:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三維城市，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
特點、功能及應(yīng)用實例，重點是闡述系統(tǒng)在城市的規(guī)劃管理建設(shè)中的突出作用。
關(guān)鍵詞：城市三維仿真系統(tǒng)；智慧城市；規(guī)劃方案；城市品味
Abstract: This paper focuses on the process of the construction of three-dimensional data management system in Baotou City, Features, functions and application examples, focusing on the prominent role in the planning and management of the city's construction of elaborate systems.Keywords: three-dimensional urban simulation system; smart city; planning program; city taste
中圖分類號： O343.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
一、概述
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各個城市建設(shè)的速度越來越快，
規(guī)模越來越大，這對城市建設(shè)的管理者提出了新的挑戰(zhàn)，如何控制城市規(guī)模、把握城市的整體布局，如何協(xié)調(diào)各構(gòu)建筑物的關(guān)系，如何把控城市的整體色彩等一系列問題，在規(guī)劃管理審批方面，二維的平面地形圖已無法解決和掌控上述的一系列問題，已無法滿足城市建設(shè)、城市規(guī)劃、城市管理的要求，城市三維仿真系統(tǒng)應(yīng)用而生，它也是數(shù)字地球、智慧城市的重要組成部分。
包頭地處西部，是連接環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶和西北地區(qū)的戰(zhàn)略要地、交通樞紐，素有“草原鋼城、稀土之都、塞外明珠”的美譽(yù)，1955年蘇聯(lián)專家為包頭市做的城市整體規(guī)劃是包頭市發(fā)展建設(shè)的主要依據(jù)，也奠定了包頭市城市建設(shè)的良好基礎(chǔ)和框架，在經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展的同時，包頭市以建設(shè)宜居城市為目標(biāo)，堅持高起點規(guī)劃，高水平設(shè)計、高質(zhì)量建設(shè)和高效能管理，不斷拓展城市空間，完善城市服務(wù)功能，使城市文化內(nèi)涵、城市品味顯著提升。
二、建立包頭市三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)、三維輔助規(guī)劃決策系統(tǒng)
為進(jìn)一步塑造城市整體形象，提升城市品味和素質(zhì)，解決城市建設(shè)中出現(xiàn)的一系列問題，更好地服務(wù)城市建設(shè)規(guī)劃管理工作，包頭市測繪院于2011年開始借鑒重慶、寧波等先進(jìn)城市的經(jīng)驗，建立了包頭市三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)和三維輔助規(guī)劃決策系統(tǒng)。系統(tǒng)的應(yīng)用為領(lǐng)導(dǎo)決策、規(guī)劃的審批提供了直觀、現(xiàn)勢、精確的三維場景依據(jù)，使城市的規(guī)劃管理更加科學(xué)。
⒈系統(tǒng)建設(shè)流程
三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)的建設(shè)流程如下：
⒉特點
包頭市三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)是利用寧波測繪院研發(fā)的阿拉圖軟件平臺，融合了當(dāng)前三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS）技術(shù)，地理信息系統(tǒng)圖形、圖像處理技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多項前沿技術(shù)，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)三維景觀模型的建設(shè)，實現(xiàn)了全COM體系架構(gòu)，使系統(tǒng)成為一個開放的三維GIS平臺，系統(tǒng)具有實用性、先進(jìn)性、開放性、可擴(kuò)展性。
三維規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)基于Virtools開發(fā)，以規(guī)劃專業(yè)應(yīng)用為基礎(chǔ)，以數(shù)字三維技術(shù)將現(xiàn)實世界進(jìn)行高精度的可視化表現(xiàn)，給使用者一個與真實生活環(huán)境一樣的數(shù)字城市空間，可用于輔助規(guī)劃編制和城市管理，為城市的規(guī)劃建設(shè)提供可持續(xù)化發(fā)展的信息化服務(wù)。
⒊功能
系統(tǒng)主要有以下功能
a場景瀏覽。系統(tǒng)提供了多種漫游瀏覽方式，飛機(jī)空中漫游、汽車駕駛及步行瀏覽，可進(jìn)行場景的旋轉(zhuǎn)平移視距遠(yuǎn)近調(diào)整，景觀高低、場景縮放等。
b數(shù)據(jù)疊加。可疊加矢量數(shù)據(jù)，如道路線紅、綠線等。
c對象編輯。包括對模型二維對象、三維對象動態(tài)對象等編輯。
d信息查詢。系統(tǒng)支持為每個模型賦予屬性，通過與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，模型的信息如棟號名稱、規(guī)劃指標(biāo)等存貯于數(shù)據(jù)庫中，以目錄或數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行查詢、調(diào)用。
e空間分析。包括量測分析、采光分析、平面分析等。
f輔助決策。通過與規(guī)劃業(yè)務(wù)的結(jié)合，實現(xiàn)對城市運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控管理以及業(yè)務(wù)審批過程的科學(xué)決策，主要實現(xiàn)功能包括：不同規(guī)劃方案效果的對比、規(guī)劃方案位置高度、外墻色彩的調(diào)整等。
⒋系統(tǒng)的應(yīng)用研究
包頭市規(guī)劃范圍1901平方公里，主城區(qū)三百多平方公里，計劃用兩到三年時間主城區(qū)全部建模，現(xiàn)已完成近一百平方公里的建模數(shù)據(jù)。三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)和三維輔助規(guī)劃決策系統(tǒng)具有了一定的規(guī)模，而且在規(guī)劃管理中得到了應(yīng)用，收到了良好效果。
⑴城市設(shè)計及城市色彩研究應(yīng)用
包頭市鋼鐵大街、阿爾丁大街是包頭市兩條重要的交通樞紐；將重點建設(shè)打造成為集文化娛樂、商業(yè)金融、商務(wù)辦公居住、文教科研、綠化景觀溶為一體的多功能街。在做兩條街的城市概念性設(shè)計及色彩研究時，應(yīng)用了包頭市三維數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，為其提供了現(xiàn)勢高精度三維數(shù)據(jù)，使城市設(shè)計通過公示，獲得高度認(rèn)可，為打造包頭生態(tài)宜居城市提供了堅實的依據(jù)。
（2）規(guī)劃方案的對比選擇
由于市委、市政府搬遷，原土地規(guī)劃方案特別重要，不僅是包頭市中心地段，而且處在中軸線上，利用三維輔助規(guī)劃決策系統(tǒng)，通過對白模拔高位移，不同規(guī)劃方案導(dǎo)入對比分析等一系列操作，領(lǐng)導(dǎo)決策最終定位200米左右高的雙子塔規(guī)劃方案，建成包頭市標(biāo)志性建筑。
三、結(jié)束語
關(guān)鍵詞：三維建模，三維景觀，虛擬城市，Google SketchUp，ArcScene
Abstract: at present, the description of the 2 d space information GIS research achievements and application are more mature, but real 3 d world will with two-dimensional expression way of great limitations, this to the set up 3 d GIS put forward the urgent requirement. This paper study the area using CAD data, in the 3 d model making software Google SketchUp ground in modeling, and use the study area the aviation image of high resolution in the study area set up terrain model, and then in the ArcScene software loading terrain model and the ground model, provides a quick set up 3 d scene with methods for more 3 d scene construction provides technical support.
Keywords: 3 d modeling, 3 d landscape, a virtual city, Google SketchUp, ArcScene
中圖分類號：P901文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1 引言
自1998年美國副總統(tǒng)戈爾提出“數(shù)字地球”的概念以來，“數(shù)字城市”、“虛擬城市”、“三維仿真”等技術(shù)也成了當(dāng)前最熱門的研究領(lǐng)域之一。所謂的“虛擬城市” 就是以計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運(yùn)用3S技術(shù)（遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS）、遙測、仿真虛擬技術(shù)等對城市進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，模擬和表達(dá)城市地形地貌、城市道路、建筑、交通、水域等城市環(huán)境中的現(xiàn)象和過程[1]。三維虛擬城市已成為當(dāng)前三維GIS中研究與開發(fā)的一個重要方面。本研究在Google SketchUp與ArcGIS軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行了三維場景建模方法的研究，實現(xiàn)了三維場景快速建模，為在三維場景中實現(xiàn)查詢、瀏覽、空間分析奠定了重要基礎(chǔ)。
2 城市三維景觀建模
2.1地形模型建模
城市三維景觀中涉及多種地物模型和地形模型，而地形模型是其中必不可少的一類特殊模型，是城市實體的三維空間基礎(chǔ)。本研究主要利用研究區(qū)的高分辨率影像和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，生成研究區(qū)的地形模型。
2.2地面模型建模
城市三維建模中地面模型主要包括三類：點狀模型，線狀模型及面狀模型。從實體建模的角度看，城市模型主要分為地形模型和地物模型兩大類，包括地形、地物以及實體空間位置的幾何模型和描述地表覆蓋、地物紋理的信息等[2]。
地面模型的建模有多種方法，其中有兩種方法用得較多：一種是利用航空攝影測量的原理，采集地面地物的輪廓線及幾何高度從而建立建筑物等模型；另一種是利用研究區(qū)已有的CAD，MAPGIS等矢量格式數(shù)據(jù)手動建立模型。兩種方法各有優(yōu)缺點，前者在大場景三維建模中能夠方便快速建立模型，但是該方法建立的模型只能提取建筑物外部的輪廓線，不能更好的表現(xiàn)建筑物的細(xì)節(jié)；后者主要利用研究區(qū)現(xiàn)有的矢量數(shù)據(jù)手動建模，能在專業(yè)的建模軟件中詳細(xì)地表現(xiàn)建筑物細(xì)節(jié)，但是建模周期較長。
2.2.1建模數(shù)據(jù)前期處理
本研究主要采用研究區(qū)域的dwg格式城市現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)，結(jié)合高分辨率航空影像來實現(xiàn)三維場景建模。由于城市測量時地類地物的分層與三維建模時數(shù)據(jù)的分層略有不同，同時，不做任何編輯和修正的大比例尺地形圖一般具有較多的圖層，如果將其直接導(dǎo)入到Google SketchUp中，不僅影響整個場景的美觀，而且會干擾建筑物的三維建模，因此先需要對CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以滿足三維建模的需要[3]。
在三維城市建模中，根據(jù)建模精度的不同，地類地物的細(xì)節(jié)表現(xiàn)也不盡相同。在城市三維建模中，主要表現(xiàn)道路、河流、綠化等地類地物及其附屬設(shè)施。因此在建模之前需要對現(xiàn)有的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括：減少數(shù)據(jù)的冗余，刪除不必要的注記、控制點、高程點、等高線，清理不需要的圖層；將點，線的高度屬性統(tǒng)一改為0，防止有飛線，飛點產(chǎn)生。必要時需要手動修改點、線，將其高度屬性改為0，將建筑物，道路，河流，綠化等信息分層設(shè)色，同時檢查線狀地物是否有重疊、懸掛等情況并加以修正。
2.2.2 SketchUp軟件建模
在地面模型建模中，線狀模型和面狀模型在專業(yè)的三維軟件中建立，點狀模型則主要使用ArcScene三維符號庫里的點狀符號即可。
將整理好的CAD文件導(dǎo)入SketchUp軟件中作為建模的底圖，注意單位的統(tǒng)一，避免出現(xiàn)導(dǎo)入圖形的距離數(shù)據(jù)與實際距離不符的情況。
（1）建筑物建模：在一般的三維景觀中，建筑物是最重要的組成部分，因為城市中建筑物種類繁多，結(jié)構(gòu)造型和用途各異；不同的城市又具有各自的建筑風(fēng)格。在特定地段，建筑物及其所處的環(huán)境以其特定的內(nèi)涵可以反映出一個城市的特色。所以，建筑物是城市景觀模型的主要表達(dá)內(nèi)容[4]。
由于CAD矢量數(shù)據(jù)中建筑物等的屬性信息不完善，因此，建筑物的高度信息需要查找相應(yīng)的建筑物樓高資料，以獲得準(zhǔn)確的樓高信息，保證模型的精確性。導(dǎo)入的CAD底圖中，構(gòu)成建筑物的很多線不閉合，需要沿著建筑物的輪廓線重新描線，由線構(gòu)成面，并根據(jù)建筑物高度賦予相應(yīng)的高度值。
（2）道路：研究區(qū)地形圖提供了不同詳細(xì)程度的道路信息，包括道路材質(zhì)，寬度，道路級別等。根據(jù)道路的表現(xiàn)形式不同可以將道路分級建模。級別低的道路如小路、內(nèi)部道路等，可以貼近地面建模，而高速路、省道、國道等建模時則要高出地面相應(yīng)的距離。
[關(guān)鍵詞]數(shù)字城市 三維模型動態(tài)加載緩存生成
中圖分類號：F291.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1項目背景信息
目前對于城市級別大眾化的三維GIS應(yīng)用，還存在一定的限制，如對機(jī)器的配置要求比較高，尤其對于城市級的模型展示及業(yè)務(wù)應(yīng)用，存在著相當(dāng)大的限制，也是GIS發(fā)展的一個新需求，既要求客戶用低配置機(jī)器能夠展示城市級的三維模型場景，又要求能夠在這個三維場景中實現(xiàn)客戶的業(yè)務(wù)邏輯，這是一個不小的挑戰(zhàn)，同時也是一個巨大的市場，也促使我們解決基于緩存的ArcGIS三維解決方案的形成，其優(yōu)勢在于能夠在低配置客戶機(jī)上實現(xiàn)城市級三維模型場景的展示，實現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)邏輯，如查詢、分析、模型更新等。
2需要解決的問題
方案要解決的問題是在普通的PC機(jī)上實現(xiàn)海量城市三維數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行。解決的技術(shù)關(guān)鍵點為：動態(tài)分塊的大小、批量緩存的生成、動態(tài)加載瀏覽方式、基于緩存的模型選擇、基于緩存的模型查詢、客戶端部署方式。
3數(shù)據(jù)組織方式
（1）數(shù)據(jù)組織
一個完整的三維系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)源予以支持，數(shù)據(jù)種類包括影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、矢量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（行政區(qū)劃、街坊、宗地、房屋、道路、注記等）、矢量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（以國土部門為例，包括建設(shè)用地批、供、用、補(bǔ)的矢量數(shù)據(jù)）、三維模型等。
（2）數(shù)據(jù)組織形式
影像數(shù)據(jù)：成ArcGIS Server地圖服務(wù)（MapService）供各個客戶端通過ArcEngine調(diào)用，作為底圖使用。
高程數(shù)據(jù)：成ArcGIS Server地圖服務(wù)（GlobeService）供各個客戶端通過ArcEngine調(diào)用，作為高程使用。
矢量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：成ArcGIS Server地圖服務(wù)（MapService）供各個客戶端通過ArcEngine調(diào)用，作為底圖使用。
矢量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：通過ArcEngine直接從ArcSDE中調(diào)用，是業(yè)務(wù)圖層。
三維模型：以一平方公里左右的范圍進(jìn)行分塊分圖層，進(jìn)行編號，然后分別創(chuàng)建緩存，該緩存需要部署到客戶端本地。
4三維數(shù)據(jù)加載與瀏覽
根據(jù)數(shù)據(jù)的組織方式，除了三維模型其他數(shù)據(jù)的加載方式全部得到解決，這里重點設(shè)計實現(xiàn)海量三維模型的加載和瀏覽。
首先，要解決的問題是如何確定三維模型圖層分塊加載的大小，根據(jù)實際的測試，加載1平方公里的緩存模型數(shù)據(jù)加載和瀏覽的效果是較為合理的（我們的測試范圍分別按5、4、3、2、1平方公里，模型密度約200個精模/平方公里）。然后就是批量緩存的生成，我們調(diào)用ArcEngine的接口，遞歸數(shù)據(jù)庫中的三維模型圖層，設(shè)定緩存路徑，進(jìn)行批量緩存生成，在客戶端部署時可在客戶機(jī)上統(tǒng)一批量生成模型的緩存（切緩存的速度快慢取決于CPU的處理能力）。視距小于1公里的時候，加載已經(jīng)創(chuàng)建好的三維模型緩存數(shù)據(jù)（ILayerFile.Open(lyrPath).Layer方式獲取），瀏覽的時候在當(dāng)前視野范圍內(nèi)動態(tài)加載分塊的三維模型緩存數(shù)據(jù)，超出范圍的將被移除，實現(xiàn)占用內(nèi)存的釋放。具體方法為根據(jù)模型的分塊情況，設(shè)定分塊區(qū)域矢量面圖層，每一個矢量面記錄一個分塊的名稱位置信息，就就像每一個房屋應(yīng)該坐落在每一個宗地內(nèi)，我們將屬于某個宗地內(nèi)的房屋作為一個單獨的層來保存，瀏覽的時候也要單獨加載。在三維場景中進(jìn)行瀏覽時根據(jù)設(shè)定的視距閥值，用觀察點（Obsersver）做緩沖面與當(dāng)前分塊區(qū)域矢量面圖層進(jìn)行疊加分析（IIdentify），根據(jù)緩沖分析得到面要素的分塊屬性，加載相應(yīng)的三維分塊模型緩存數(shù)據(jù)，同時和前一查看的范圍進(jìn)行比對，將前一范圍的移除掉，釋放內(nèi)存。經(jīng)過實際測試該種三維模型的加載瀏覽方式，響應(yīng)速度非常快，同時可以根據(jù)機(jī)器的配置動態(tài)調(diào)整加載范圍閥值，可以根據(jù)實際情況加大和減小城市級海量三維模型的加載范圍。
5功能實現(xiàn)
在完成基于分塊緩存動態(tài)加載三維模型后，我們要做的是根據(jù)該種情況進(jìn)行業(yè)務(wù)選擇、查詢、分析等。這里所有的工作均離不開分塊區(qū)域矢量圖層，首先是選擇三維緩存模型，第一步，我們在三維場景中試圖去一個三維緩存模型，用ArcEngine自帶的選擇工具選擇起來十分困難，選上之后要查看其屬性也相當(dāng)?shù)牟灰祝诜謮K緩存的動態(tài)加載模式為，根據(jù)鼠標(biāo)選擇的位置（有緩存模型的話不會被穿透，如果用系統(tǒng)自帶的選擇工具緩存會被穿透無法獲取實際位置）和分塊區(qū)域矢量圖層進(jìn)行疊加分析（IIDentify）獲取當(dāng)前加載的模型分塊，獲取真正的模型圖層（IFeatureLayer），然后當(dāng)前的鼠標(biāo)選擇位置再和獲取的有數(shù)據(jù)源的三維分塊模型圖層進(jìn)行疊加分析（IIDentify），獲取真正的被選中的三維模型，接下來要做的就是高亮該選中的模型，高亮的方式為利用緩存圖層做高亮（globeControl.GlobeDisplay.Scene.SelectFeature(pCacheLayer,pTruthFeature)），這里面需要注意的是圖層為緩存圖層，高亮的要素參數(shù)為真實的要素；通過該種方式即選擇了高亮的被緩存的模型，也獲取了真實的模型要素。
我們完成了海量數(shù)據(jù)的加載、瀏覽、查詢、分析等功能之后，還需要考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)的更新，尤其是三維模型的更新，普通方式為三維數(shù)據(jù)基于二維的更新方式。由于在ArcEngine中沒有提供三維的模型編輯工具，而我們自己寫的三維模型工具條在進(jìn)行模型編輯的時候需要實時刷新緩存如果機(jī)器配置不高的話，編輯效果十分不好，因此我們還提供了基于二維的三維模型編輯方式，完全用MapControl進(jìn)行操作，統(tǒng)一的進(jìn)行緩存重建，其中模型的導(dǎo)入調(diào)用系統(tǒng)的GP工具來完成（Import3DFiles）。完成三維模型的編輯，刷新了本機(jī)的緩存，那么其他客戶端如何進(jìn)行更新緩存呢？我們的做法是，在每一次更新完成之后，都要記錄更新的位置到數(shù)據(jù)庫更新表中，其他客戶端在登錄時需要讀取更新表中的記錄進(jìn)行本地緩存重建客戶端緩存，保證本機(jī)緩存數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)保持同步。
6問題解決情況
動態(tài)分塊的大小：根據(jù)實際測試，按1平方公里進(jìn)行模型分塊；
批量緩存的生成：調(diào)用ArcEngine接口實現(xiàn)；
動態(tài)加載瀏覽方式：根據(jù)空間疊加分析動態(tài)計算加載的方式；
基于緩存的模型選擇：基于緩存的選擇根據(jù)多級的空間疊加分析來實現(xiàn)；
基于緩存的模型查詢：基于緩存的選擇根據(jù)多級的空間疊加分析來實現(xiàn)；
客戶端部署方式：主要解決客戶端緩存的生成，采用的是客戶端緩存生成的方式；
數(shù)據(jù)更新方式：更新之后需要解決的問題也是客戶端緩存的生成，同樣采用客戶端緩存生成的方式。
7實際應(yīng)用
實際的應(yīng)用案例為《長春市國土三維地籍?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)》，覆蓋范圍長春市350平方公里，模型的數(shù)量約8萬精細(xì)模型。用戶單位希望構(gòu)建一個全國領(lǐng)先的三維地籍管理系統(tǒng)，實現(xiàn)地籍業(yè)務(wù)的三維管理，提出了幾點要求：
（1）三維模型場景加載瀏覽速度流暢，盡可能的加載范圍大的模型數(shù)據(jù)；
（2）能夠?qū)崿F(xiàn)國土地籍業(yè)務(wù)；
（3）機(jī)器配置不能高，因在實際的地籍業(yè)務(wù)中，工作人員比較多，不可能給每一個業(yè)務(wù)人員都配置高性能的服務(wù)器。
常規(guī)的系統(tǒng)平臺隨著三維精模模型的不斷加入，導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁的崩潰，我們研發(fā)的基于分塊緩存動態(tài)加載的ArcGIS三維解決方案，在對系統(tǒng)進(jìn)行了幾輪實際檢驗測試后到了客戶的認(rèn)可并形成了測試報告。
8現(xiàn)實的意義
在使用ArcGlobe或其他三維平臺時遇到的最大難題就是普通的PC機(jī)展示宏觀超大場景的三維模型，一般來說，我們推薦使用性能較好的工作站或者服務(wù)器來實現(xiàn)。但是，在瀏覽三維場景時我們通常只關(guān)注局部小場景的展示，這樣我們可以只顯示需要的內(nèi)容，將其他的內(nèi)容移除釋放硬件資源。
關(guān)鍵詞：三維仿真；城市規(guī)劃；應(yīng)用
Abstract: This paper from the basic concept and the significance of the development of 3D simulation technology, 3D platform to establish Shaoguan surveying and Mapping Institute as an example, the auxiliary city planning decision using three-dimensional simulation technology, can be in the city of real-time interactive scene simulation evaluation and analysis plan, provide more intuitive and scientific basis for planning management. In the application of engineering to promote the 3D simulation technology, how to build a good standard, database and platform system and discusses in detail to have great influence on the overall operating structure, construction method of updating maintenance measures and other supporting mechanism. Finally, several typical cases to illustrate the practical application of 3D simulation technology application in city planning work.
中圖分類號：U412.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1.引言
近年來，三維及相關(guān)技術(shù)得到了訊速發(fā)展，過去無法突破的城市復(fù)雜性描述、海量信息管理等技術(shù)瓶頸相繼被攻克，計算機(jī)硬件不斷提高，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維展示技術(shù)為核心的內(nèi)容的技術(shù)得到快速發(fā)展。
三維仿真技術(shù)在規(guī)劃中的應(yīng)用主要是通過對城市地形、建筑及其它人工設(shè)施進(jìn)行三維地理建模，形成覆蓋全市的數(shù)字城市立體場景，同時結(jié)合虛擬仿真等技術(shù)，實現(xiàn)城市的三維可視化管理，是提高城市規(guī)劃編制技術(shù)水平，實現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃的有效手段，是推進(jìn)“數(shù)字城市”、“和諧城市”建設(shè)，實現(xiàn)公共事務(wù)可視化管理的基礎(chǔ)保障，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的全面可持續(xù)發(fā)展。
2.基本概念和意義
城市三維仿真是城市空間信息在計算機(jī)環(huán)境中的三維直觀表達(dá)，是數(shù)字城市概念城市規(guī)劃、建設(shè)、管理領(lǐng)域的延伸，同時也是數(shù)字城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。城市三維仿真技術(shù)在規(guī)劃中的應(yīng)用前景主要有以下幾個方面：
⑴ 完善韶關(guān)市數(shù)字化規(guī)劃控制體系，實現(xiàn)城市規(guī)劃精細(xì)化管理
實現(xiàn)從總規(guī)-控規(guī)-修規(guī)的全面三維數(shù)字化控制目標(biāo)，在以往基于控規(guī)的城市規(guī)劃統(tǒng)一管理平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化、深化和優(yōu)化規(guī)劃管理工作，使韶關(guān)市城市規(guī)劃管理進(jìn)入精細(xì)化管理階段。
⑵ 創(chuàng)新規(guī)劃理念和技術(shù)方法，提高規(guī)劃編制的科學(xué)水平
利用三維數(shù)字城市、GIS等信息化技術(shù)，為規(guī)劃編制過程中的信息采集、指標(biāo)分析、方案決策、成果展示等工作提高新方法，實現(xiàn)控規(guī)編制的技術(shù)方法信息化和過程管理信息化，體現(xiàn)規(guī)劃編制“科學(xué)性”、“過程性”、“動態(tài)性”特點。
⑶ 實現(xiàn)城市規(guī)劃可視化管理，邁入規(guī)劃管理數(shù)字化時代
城市三維仿真技術(shù)將全面突破傳統(tǒng)二維空間系統(tǒng)諸多限制，建成三維全景數(shù)字規(guī)劃支持系統(tǒng)，為有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和管理部門對城市規(guī)劃、建設(shè)、管理的重大問題決策，提供準(zhǔn)確、實時的信息支撐及直觀、真實的可視化和互動操作環(huán)境。
3.工作內(nèi)容及應(yīng)用
韶關(guān)城市規(guī)劃三維輔助決策支持系統(tǒng)利用三維仿真技術(shù)建立城市三維虛擬環(huán)境，在城市規(guī)劃、建設(shè)的各階段進(jìn)行城市現(xiàn)狀及規(guī)劃的三維模擬描述，為決策者提供直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確的城市規(guī)劃宏觀決策支持，滿足規(guī)劃業(yè)務(wù)審批管理的應(yīng)用、成果的展示及規(guī)劃方案管理和評審的需要。
韶關(guān)城市規(guī)劃三維輔助決策支持系統(tǒng)項目主要包含軟件和三維數(shù)據(jù)建模兩方面的工作。項目共投入280萬，計劃在三年內(nèi)完成。2011年6月開始進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)和三維建模，2013年5月份，系統(tǒng)主要體系結(jié)構(gòu)開發(fā)完成，并完成韶關(guān)主建城區(qū)三維模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作。
（1） 數(shù)據(jù)建設(shè)內(nèi)容
數(shù)據(jù)建設(shè)主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定和三維數(shù)據(jù)建模兩部分。
制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范是實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)互通、資源共享的重要基礎(chǔ)工作，也是后期數(shù)據(jù)更新、管理、維護(hù)的依據(jù)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)主要包括：三維數(shù)據(jù)采集與制作標(biāo)準(zhǔn)、三維數(shù)據(jù)更新規(guī)范。
三維數(shù)據(jù)建模是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，以及各種應(yīng)用和分析的依據(jù)。初次項目建設(shè)覆蓋范圍為主城區(qū)50平方公里的基礎(chǔ)模型建設(shè)工作（建筑物約有30平方公里）：其中包括約15平方公里的精細(xì)模型、10平方公里的標(biāo)準(zhǔn)模型、50平方公里的地形及市政配件模型。
（2）系統(tǒng)特色及基礎(chǔ)功能
體現(xiàn)三維場景的美觀和真實性；是一套安全、可靠、穩(wěn)定，功能強(qiáng)大的系統(tǒng)。在應(yīng)用于實際規(guī)劃工作中，發(fā)揮輔助決策作用，系統(tǒng)的布局合理、操作簡便。可進(jìn)行場景瀏覽漫游、重點導(dǎo)航、路徑導(dǎo)航、圖層控制、場景輸出等。三維數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，可廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、市政、城管、公安、交通、旅游、房產(chǎn)等行業(yè)領(lǐng)域。
（3）城市規(guī)劃輔助決策
提供直觀的三維可視化環(huán)境；提供多種空間數(shù)據(jù)、規(guī)劃專題數(shù)據(jù)的疊加分析功能；三維輔助設(shè)計、建筑信息查詢。規(guī)劃地塊查詢、用地紅線查詢、空間量測、地形分析、規(guī)劃輔助分析。方案比對、日照分析、控高分析，視域分析、通視分析、指標(biāo)分析，三維標(biāo)注、圖形繪制、路網(wǎng)繪制、規(guī)劃元素庫、三維模型庫，管網(wǎng)查看、管網(wǎng)查詢、管網(wǎng)統(tǒng)計、管網(wǎng)分析等。4.在城市規(guī)劃中的應(yīng)用實例
（1）規(guī)劃方案對比分析
利用虛擬的三維場景，使城市的規(guī)劃工作不在于僅僅建立在平面圖上做規(guī)劃，三維的場景模型使規(guī)劃變得更簡單直觀。一般人都能參與到城市的規(guī)劃中去。如某個小區(qū)的三舊改造工程，通過三維仿真模型，規(guī)劃前后的場景就一目了然了，為設(shè)計者提供了思路。規(guī)劃前后的場景如圖1所示：
圖1
（2）日照分析的功能
在城市建筑規(guī)劃設(shè)計時，日照分析是必不可少的一個環(huán)節(jié)。通過對待規(guī)劃建筑物的高度、形狀進(jìn)行模擬，應(yīng)用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系統(tǒng)中很容易就繼續(xù)日照分析。如在城市的某個小區(qū)旁欲修建一座建筑物，建筑物對小區(qū)附近的樓房的日照影響分析情況如圖2、3所示：
圖2建筑物上午八點鐘的日照情況
圖3建筑物下午15點鐘的日照情況
（3）地下管線信息的查詢功能
在舊城區(qū)的改造中，決策者需了解地下管線的狀況。可以直接三維系統(tǒng)中反應(yīng)出來，如圖4所示：
圖4
（4）建筑信息的查詢功能
將前期測繪的建筑物數(shù)據(jù)屬性信息輸入數(shù)據(jù)庫中，使用戶點擊具體的建筑物時能夠顯示其詳細(xì)的屬性信息，在表達(dá)上更加直觀。如圖5所示：
圖5
5.結(jié)語
三維仿真技術(shù)能夠促進(jìn)規(guī)劃工作從“定性分析”到“定量分析”，從“平面規(guī)劃”向立體規(guī)劃“的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)城市規(guī)劃的精細(xì)化、科學(xué)化管理。三維仿真技術(shù)的應(yīng)用，明顯的提高規(guī)劃審批的效率和方案設(shè)計的科學(xué)科學(xué)性，避免了傳統(tǒng)規(guī)劃評審采用大量設(shè)計文稿的方式，極大提高了設(shè)計單位、業(yè)主單位和管理單位的溝通效率，協(xié)調(diào)了與周圍建筑群的空間、色彩、材料，有利于體現(xiàn)城市的特點，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]彭一剛著，建筑空間組合論，北京；建筑工業(yè)出版社，2008.
[2]朱禮俊，《論建設(shè)三維虛擬城市的決策依據(jù)》。2006年綜合性測繪學(xué)會研討會論文集，寧波測繪學(xué)會，2006.
關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維建模；可視化；三維模型
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.116
數(shù)字城市是根據(jù)數(shù)字地球概念而提出的，信息化技術(shù)對城市發(fā)展的推動使數(shù)字城市不斷完善。數(shù)字城市的發(fā)展使三維模型逐步進(jìn)入城市規(guī)劃與管理領(lǐng)域中，三維模型具備了極強(qiáng)的真實性和生動性，有效地傳達(dá)了數(shù)字城市的空間信息，因此成為數(shù)字城市研究的重點領(lǐng)域。作為城市空間信息的關(guān)鍵組成部分，建筑物是三維建模的重點內(nèi)容，快速又逼真地為建筑物建立三維模型是建模的重點。
1 三維模型數(shù)據(jù)采集方法
1.1 地形地貌三維模型數(shù)據(jù)采集
三維建模的基礎(chǔ)工作就是從各種數(shù)據(jù)源中提取各種建模數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)源包括建筑物設(shè)計圖紙和文件、城市的數(shù)字地圖以及2DIGS數(shù)據(jù)庫、攝影測量的數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)以及野外采集數(shù)據(jù)等。數(shù)字?jǐn)z影測量能夠為建模提供各種幾何以及紋理數(shù)據(jù)，并且還可以提供各種拓?fù)湟约罢Z義信息。遙感數(shù)據(jù)能夠提供高分辨率的遙感影像，能夠使城市三維模型獲得詳細(xì)而豐富的幾何以及語義信息，能夠生成正射影像以及DTM數(shù)據(jù)，合成孔徑雷達(dá)則能夠提供詳細(xì)的地形地貌數(shù)據(jù)、地球表面以及地表下面的數(shù)據(jù)。在數(shù)字城市的三維建模中，需要的數(shù)據(jù)源包含二維圖形、地形地貌、地表信息、三維觀測數(shù)據(jù)以及模型表面的紋理等。
1.2 地面建筑物和構(gòu)筑物三維模型數(shù)據(jù)采集
建構(gòu)筑物三維模型所包含的內(nèi)容有建筑、交通設(shè)施、植被以其他城市元素等模型。這些數(shù)據(jù)包括三維坐標(biāo)、地物紋理以及地物屬性等數(shù)據(jù)。通過掃描平面地形圖以及設(shè)計圖、野外采集、GIS獲取以及遙感或航拍影像等能夠獲得三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過建造圖紙、GIS、影像、激光雷達(dá)以及航拍攝像等能夠獲得三維高程數(shù)據(jù)。通過航空攝影、近景攝影以及計算機(jī)模擬繪制等技術(shù)能夠獲得地物表面數(shù)據(jù)。地物屬性數(shù)據(jù)則能夠從全國土地普查數(shù)據(jù)中獲得。
2 三維建模方式
2.1 三維軟件建模
AutoCAD、3DMAX、Maya等圖形和動畫軟件是當(dāng)前主要使用的建模軟件，這些軟件能夠通過各種基本幾何圖形組成實體，再經(jīng)過基本的幾何變換構(gòu)建不同的幾何場景。利用這些軟件建立三維模型時，核心在于使用幾何建模來設(shè)計并表達(dá)一些虛擬的場景和造型。但這些軟件有很大的不利因素，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且數(shù)據(jù)量較大，并且無法和地形進(jìn)行疊加等。
2.2 專業(yè)建模軟件
MutiGen Creator等軟件具備了強(qiáng)大的功能，能夠進(jìn)行大面積地形的建模作業(yè)，并且在運(yùn)行中還可實現(xiàn)交互操作，也能夠?qū)赢媹鼍斑M(jìn)行實時計算，通過拓展性開發(fā)，還能夠和影像、矢量以及DEM數(shù)據(jù)作疊加。但在表達(dá)上精細(xì)度不足，也不能進(jìn)行快速有效的交互編輯以及查詢工作。
2.3 OpenGL開發(fā)
OpenGL+VC模式，是以編程的方式構(gòu)建模型。這種方式能夠使用大量的數(shù)學(xué)曲線和曲面來表現(xiàn)三維模型，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的自定義和算法的數(shù)據(jù)顯示等功能。在實際使用中，一般使用3DMAX 或者M(jìn)utiGen Creator來制作三維模型。
2.4 建模流程
首先處理二維矢量數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)3DMAX軟件中。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并提取其中所包含的建筑物輪廓線，再結(jié)合實地影像和測量數(shù)據(jù)，將樓層數(shù)以及高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件中，開始建立三維模型。完成模型后，導(dǎo)入已經(jīng)處理完畢的表面紋理圖片，然后貼圖并檢查模型質(zhì)量。檢查合格后再進(jìn)行模型優(yōu)化，利用渲染以及烘焙等優(yōu)化模型。最后導(dǎo)出三S模型并保存。在存儲數(shù)據(jù)時，由于三維模型數(shù)據(jù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需要使用專業(yè)的軟件來建立數(shù)據(jù)庫，如Oracle、SQL Server、Sybase、DB2以及Infomix等軟件，將數(shù)據(jù)入庫后，就能夠通過三維軟件實現(xiàn)模型可視化。
3 三維模型可視化
三維可視化是把圖像通過三維方式展現(xiàn)出來，通過影像處理、計算機(jī)模擬仿真、高清晰度顯示以及CG等技術(shù)的支持，就能夠利用圖形圖像的方式來顯示三維模型，用戶可以進(jìn)行交互和操作。
當(dāng)前主流三維展示平臺有Google Earth、SkylineGlobe、World Wind、圖靈VRMap以及GeoGlobe等軟件，其中，SkylineGlobe是使用較為方便和頻繁的一種演示系統(tǒng)。。部分城市建立了自己的數(shù)字城市展示平臺，圍繞服務(wù)理念，建立了一個多層次的體系架構(gòu)，通過企業(yè)服務(wù)總線支持，建立了一個集.NET和J2EE為一體的運(yùn)行環(huán)境，能夠?qū)?shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)流程、動態(tài)表單等進(jìn)行管理，還能提供空間數(shù)據(jù)引擎服務(wù)。在平臺物理構(gòu)成上主要包括了運(yùn)行環(huán)境、地理信息平臺以及綜合應(yīng)用系統(tǒng)。信息平臺能夠提供矢量數(shù)據(jù)、三維地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并且能夠滿足政府、企業(yè)和大眾的瀏覽、分析以及決策需求，通過拓展運(yùn)用，更能支持?jǐn)?shù)據(jù)的編輯與交換、展示、分析、統(tǒng)計、匯總、輸出以及維護(hù)等功能。
4 結(jié)語
在當(dāng)前的數(shù)字城市三維建模可視化技術(shù)中主要使用3DMAX技術(shù)進(jìn)行建模，再利用數(shù)據(jù)庫存儲軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，利用數(shù)字城市展示平臺實現(xiàn)了三維模型的可視化，并且可以提供顯示、定位、查詢等功能。在三維模型的建立中，要從數(shù)據(jù)的采集、三維建模、模型以及模型應(yīng)用等相關(guān)環(huán)節(jié)，就能夠順利的完成數(shù)字城市的三維建模可視化操作。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：精細(xì)三維城市模型;Virtools;LOD; 透明貼圖
Abstract: this paper briefly describes the virtools based on a 3 d model of construction method, and to building a system for example lujiazui, introduces the LOD technology, through technology and application examples to stick to the urban development planning had practical applications.
Keywords: fine three-dimensional city model; Virtools; LOD; Transparent textures
中圖分類號：F291.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、引言
三維城市建模是采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)造出來的一種人工環(huán)境，它集先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、測量與傳感技術(shù)、渲染技術(shù)等為一體，是數(shù)字地球的重要組成部分和發(fā)展方向。三維城市為了城市規(guī)劃、建設(shè)、管理與服務(wù)的決策和調(diào)控手段，對城市規(guī)劃設(shè)計理念、技術(shù)方法以及城市規(guī)劃的實施和管理機(jī)制具有非常重要的意義。
Virtools是由法國達(dá)索公司開發(fā)來解決全球交互三維系統(tǒng)，其三維引擎已成為微軟Xbox認(rèn)可系統(tǒng)。以此作為基礎(chǔ)可以開發(fā)三維場景游戲、三維電影、博物館虛擬場景、交互模擬場景、仿真展示等不同方面的三維技術(shù)，具有方便易用、應(yīng)用領(lǐng)域廣、效果逼真等特點。但Virtools系統(tǒng)不具備實時載入載出的功能，也不適合三維模型快速建模和動畫制作。載入大量三維模型數(shù)據(jù)會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰和死機(jī)的情況。本文以上海市陸家嘴精細(xì)小場景為例，對三維場景模型構(gòu)建、模型數(shù)據(jù)量的控制進(jìn)行研究。
二、三維場景模型構(gòu)建
三維模型是整個Virtools平臺的基礎(chǔ)，模型質(zhì)量的好壞直接影響到運(yùn)行的效果和場景的逼真度。目前很多技術(shù)和軟件都可以實現(xiàn)虛擬場景內(nèi)模型的構(gòu)建，包括3dsMax、CAD、STUCHUP、Maya等，無論使用哪種軟件建模，所得成果都是為后期系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)的，必須遵循真實性、運(yùn)行流暢性和規(guī)范性原則。
為更加逼真地表達(dá)研究區(qū)域的特征，模型制作一般分為建筑物、地面、道路、環(huán)境小品四類，其中環(huán)境小品是提升整體視覺效果的重要因素。實際上，三維仿真系統(tǒng)中往往不能達(dá)到面面俱到，主要制作內(nèi)容包括有路燈、雕塑、植被、垃圾桶、書報亭等，其中植被需要到實地拍攝照片然后根據(jù)植被的特點相應(yīng)建立多面模型，最大限度的還原場景原植被的風(fēng)貌。模型數(shù)據(jù)一般所需存儲空間較大，尤其研究區(qū)域是大面積擁有較多高層的CBD區(qū)域。 所以，海量數(shù)據(jù)是三維仿真系統(tǒng)的一個顯著特點。如何在不影響視覺效果的前提下，用盡可能少的多邊形和分辨率盡可能低的貼圖來表達(dá)較豐富的場景內(nèi)容，是可視化建模的基本規(guī)則，即簡化性。根據(jù)實際工作經(jīng)驗得出，在貼圖方便的情況下，不允許破面的存在，10 層樓以下建筑要求控制在1500面以下，10層樓以上普通建筑控制在3000面以下，重要的、復(fù)雜的建筑要控制在5000面以下，而且要考慮層次細(xì)節(jié)的使用。模型貼圖可重復(fù)化使用對提高貼圖的利用率有大提高，可以大大節(jié)省三維模型場景的存儲空間。規(guī)范性主要體現(xiàn)在模型貼圖命名、模型命名、模型建設(shè)方法等方面。有必要形成相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)文本。
三、區(qū)域概況
上海的陸家嘴街道位于浦東新區(qū)西北部，東起浦東南路、泰東路，南沿陸家渡路，西部和北部緊靠黃浦江，陸地面積為2.10平方公里。繁華的陸家嘴地區(qū)又有大陸家嘴、小陸家嘴、陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)之說。小陸家嘴：“浦東南路、東昌路內(nèi)”，陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)：“南浦大橋－龍陽路、楊浦大橋－羅山路內(nèi)”，即內(nèi)環(huán)浦東部分。精細(xì)小場景中的陸家嘴包含從浦東南路和東昌圍成的多邊形地帶，以及周邊地帶。模型包含各類建筑，其中有較多超高層建筑，地面綠地、小品、路燈、高架橋等。
四、快速構(gòu)模方法：制作LOD
數(shù)字三維景觀模型數(shù)據(jù)量大，三維環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行需要進(jìn)行實時的場景計算和顯示，為了達(dá)到三維圖形顯示的實時更新，大容量三維數(shù)據(jù)的高速讀取和視點位置變換及飛行漫游時的快速響應(yīng)。因此對于計算機(jī)的內(nèi)存、緩存、顯卡等硬件有著很高的要求，若是在硬件條件不足的情況下運(yùn)行三維數(shù)據(jù)，那將產(chǎn)生災(zāi)難性的結(jié)果，乃至系統(tǒng)崩潰死機(jī)。故此通常情況下都是需要服務(wù)器或者是移動工作站這樣的具有高配置硬件的計算機(jī)才能夠運(yùn)行起來。這使得數(shù)字三維的應(yīng)用和推廣受到了硬件上的很多約束和限制。為解決這些問題提供一些現(xiàn)實可行的方法。
要提高三維圖形的顯示速度，一般從兩個方面著手：一是壓縮數(shù)據(jù)量以縮短數(shù)據(jù)的訪問時間，二是充分利用“越近越清晰”的視覺規(guī)律。采用縮短數(shù)據(jù)的訪問時間，提高系統(tǒng)顯示效率，是較常用的處理方法。
利用“越近越清晰”的視覺規(guī)律，可以采用細(xì)節(jié)層次模型方法即LOD(Level of Detail)技術(shù)。還可采用霧化技術(shù)來達(dá)到真實效果。“霧化”是指在計算機(jī)三維顯示中模擬遠(yuǎn)景薄霧和大氣效果，使離視點較遠(yuǎn)的物體開始模擬成為較模糊的霧化效果。采用LOD技術(shù)，既可以大幅度提高顯示速度，又提高了景觀模擬的真實感。
LOD技術(shù)和霧化技術(shù)結(jié)合使用，能夠合理平衡顯示效果和顯示速度。在此實例中，我使用的是將顯示區(qū)域分為近景、中景和遠(yuǎn)景，在近景區(qū)域使用結(jié)構(gòu)突出的建筑物模型，充分描述各個建筑、小品的細(xì)節(jié)，以保證逼真的效果；在中景區(qū)域可以根據(jù)需要將建筑物等城市要素的框架加以顯示，但省略其細(xì)節(jié)，在滿足視覺要求的同時提高顯示速度；在遠(yuǎn)景區(qū)域，利用一定的霧化效果屏蔽建筑物等的框架，根據(jù)上海市的大氣情況，只表示其輪廓或模糊的輪廓，可以大量節(jié)約顯示時間，明顯提高顯示效率。
隨著模型逐漸遠(yuǎn)離漫游視點， 有些細(xì)節(jié)看不清或看不見了， 這時可以用較少細(xì)節(jié)的粗略模型來代替， 甚至可以直接刪除某些細(xì)節(jié)， 采用LOD 技術(shù)可以達(dá)到這種效果。目前，不規(guī)則幾何物體的自動LOD基本上都是由人工完成。
制作LOD 的方法很多，通常制作LOD 的兩種主要方法: 刪除法、抓圖法。刪除法就是直接刪除某些細(xì)節(jié)部分， 保留主要部分， 一般外形比較復(fù)雜的模型都用這種方法來簡化， 缺點是很難將模型數(shù)據(jù)量縮到很小。刪除了模型的某些細(xì)節(jié)部分后， 再用抓圖法簡化建筑物的主體部分， 抓圖法適用于輪廓為矩形或多邊形的模型。抓圖法就是利用截屏功能抓取模型側(cè)面的圖像，并處理為rgb 格式的紋理文件， 然后用一個完整的面關(guān)聯(lián)該紋理來表現(xiàn)模型的整個側(cè)面。最后完成的低級LOD 模型的面片數(shù)不應(yīng)超過高LOD 模型的1/3。
圖1 是左面是三維建筑的第二級LOD 視圖，共有3000多個面， 而原始模型多達(dá)10000多個面，可見數(shù)據(jù)量小了很多， 但在視覺上它們之間并無明顯差別。
五、透明貼圖代替復(fù)雜結(jié)構(gòu)的技術(shù)
對于三維模型場景而言，陽臺等附件的制作對于場景的真實性可視化而言有著很重要的作用。然而對于還原真實性以及可看性有重要作用的陽臺部分結(jié)構(gòu)會比較復(fù)雜。有時候會走入這樣的一個誤區(qū)，覺得精細(xì)場景就該把建筑物的結(jié)構(gòu)全部表現(xiàn)出來。很多建筑物的主體結(jié)構(gòu)其實并不復(fù)雜，總面數(shù)在一兩千個面左右。而建筑的配件結(jié)構(gòu)，比如陽臺，每個陽臺至少需要4個面才能制作完成，對于高層而言建筑總面數(shù)的增加是巨大的，在進(jìn)入虛擬現(xiàn)實軟件運(yùn)行的過程會出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。
針對這樣的情況，可以利用紋理圖片本身的特性，對于陽臺的不同部分采用不同的透明度，制作一張透明貼圖（圖2）將陽臺的墻面、半透明圍欄以及圍欄上方應(yīng)該透明的部分集合到一張貼圖上，從而只需要為陽臺豎直方向上的墻制作一個共同的面片。利用紋理貼圖中的平鋪功能設(shè)置樓層數(shù)。從而達(dá)到減少模型總面數(shù)的效果。這樣的方式對于成片的高樓小區(qū)的場景制作而言有著極其重要的作用。下圖（圖3），就是利用透明貼圖的方式，制作的陽臺，同樣能夠表達(dá)出想要表達(dá)的陽臺結(jié)構(gòu)。
圖2
圖3
六、結(jié)束語
隨著城市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的影響日益顯著，三維城市模型的應(yīng)用也將得到越來越廣泛的關(guān)注。同時，技術(shù)的逐漸進(jìn)步和資源的逐漸豐富，也在不斷增強(qiáng)三維城市模型的應(yīng)用價值和應(yīng)用潛力。三維城市模型在多種領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值，例如城市規(guī)劃，消防與公共安全規(guī)劃，城市資源配置管理，以及作為社會學(xué)研究的輔助手段。
城市的發(fā)展越來越快，傳統(tǒng)的二維信息系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)今需求，隨著測繪科技的進(jìn)步，從控制數(shù)據(jù)體量的方式來解決三維應(yīng)用和推廣中的局限性也必將成為三維數(shù)字城市技術(shù)發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。三維城市建模技術(shù)也會越來越成熟，必將有著廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】3D建模 城市地質(zhì) GIS
地下空間信息是城市規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ)，發(fā)展地下空間信息化并施行信息化管理是城市建設(shè)的迫切需要。三維城市地質(zhì)管理系統(tǒng)具有直觀、高效、便利等特點，在城市地下空間開發(fā)利用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
1 研究思路及系統(tǒng)目標(biāo)
系統(tǒng)的總體目標(biāo)是利用三維建模引擎將地質(zhì)數(shù)據(jù)（地表以及地表以下數(shù)據(jù)）通過三維建模的方式展現(xiàn)，形象表達(dá)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元的空間分布特征以及相關(guān)的地質(zhì)屬性；通過建設(shè)地質(zhì)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，將城市地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)性、合理性和規(guī)范性的整理保存。在保證地質(zhì)數(shù)據(jù)安全的情況下，面向公眾、政府以及專業(yè)人員提供形式友好，形式多樣的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要有以下三個方面的建設(shè)目標(biāo)：
1.1 基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)管理
對類型眾多的城市地質(zhì)數(shù)據(jù)錄入、存儲、管理與提取，系統(tǒng)能將文字報告和圖件為基礎(chǔ)的城市地質(zhì)調(diào)查成果信息和基本地理信息，轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)庫，為GIS數(shù)據(jù)展示和3D建模進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐。城市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)代碼和數(shù)據(jù)接口，能實現(xiàn)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫與其他分布式數(shù)據(jù)庫之間的信息傳輸與交叉訪問。
1.2 地質(zhì)數(shù)據(jù)分析以及3D建模引擎
系統(tǒng)能以點、線類型的零散的、局部的地質(zhì)勘查資料在三維空間中綜合起來，重現(xiàn)地下地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間形態(tài)和組合關(guān)系，并將三維地質(zhì)模型用三維圖形圖像生動地表現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的三維可視化展示和分析。系統(tǒng)提供基于地質(zhì)體3D實體模型繪制各種等值線、等值面的功能，對三維地質(zhì)實體模型進(jìn)行任意剖面切割、透視分析等可視化模擬功能，能對包括體積、面積、距離在內(nèi)的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的功能。
1.3 Web與服務(wù)子系統(tǒng)
用戶只需使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器就可以訪問和瀏覽系統(tǒng)提供的公共服務(wù)信息，進(jìn)行3D圖形和GIS專業(yè)地質(zhì)圖瀏覽、圖形檢索、屬性查詢、資料查詢等操作，使城市三維地質(zhì)信息系統(tǒng)向社會公眾提供增值信息服務(wù)。
2 系統(tǒng)總體架構(gòu)
2.1 總體架構(gòu)
系統(tǒng)采用三層架構(gòu)模式，C/S與B/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，總體架構(gòu)如圖1所示。
從系統(tǒng)架構(gòu)上可以分為地質(zhì)數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)邏輯訪問層、地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用層。在地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用層中，B/S結(jié)構(gòu)的Web應(yīng)用服務(wù)模塊和C/S結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析模塊以及空間數(shù)據(jù)可視化引擎等相關(guān)專業(yè)應(yīng)用通過數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)庫訪問引擎、文件系統(tǒng)訪問引擎以及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換訪問引擎提供的數(shù)據(jù)接口，訪問地質(zhì)數(shù)據(jù)層的相關(guān)數(shù)據(jù)庫。地質(zhì)數(shù)據(jù)層庫中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)不同業(yè)務(wù)分別存儲專業(yè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)邏輯訪問層提供的不同類型的數(shù)據(jù)訪問接口，理論上可以提供充分的橫向和縱向的擴(kuò)展空間，應(yīng)對未來新的服務(wù)數(shù)據(jù)類型的讀取。該層接口的設(shè)計利于數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)讀取規(guī)范性，可以根據(jù)不同的安全策略和應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行工作，提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)服務(wù)。地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要根據(jù)業(yè)務(wù)的需要進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，當(dāng)前主要體現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)可視化引擎、web應(yīng)用模塊、專業(yè)數(shù)據(jù)分析模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析模塊、二次開發(fā)工具開發(fā)等功能表現(xiàn)方面。
2.2 系統(tǒng)組成
平臺分為三個主要系統(tǒng)：
（1）數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：綜合現(xiàn)有的城市地質(zhì)資料，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)構(gòu)建城市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、管理、維護(hù)和查詢統(tǒng)計。
（2）三維建模引擎子系統(tǒng)：采用國內(nèi)先進(jìn)的三維建模引擎-3Dmine。通過平臺基礎(chǔ)信息構(gòu)建需要的三維模型。
（3）Web公共信息子系統(tǒng)：對相關(guān)的元數(shù)據(jù)、各類地質(zhì)圖表、地質(zhì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行權(quán)限劃分，對不同權(quán)限的用戶從瀏覽內(nèi)容、下載信息等方面進(jìn)行限制，提供不同的公共服務(wù)。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 3D建模引擎
利用鉆孔數(shù)據(jù)，采用三角網(wǎng)建模技術(shù)，運(yùn)用控制線和分區(qū)線聯(lián)合的方法，對任意形態(tài)的物體都可以通過一系列的散點或剖面創(chuàng)建地質(zhì)模型。
3.2 成果輸出
多方位縱、橫斷面三維分析圖：包括任意曲線折線、不規(guī)則區(qū)域等三維分析圖，為解決道路地下空間，地塊使用時使用。
綜合類報表：包括礦權(quán)資源圖，規(guī)劃圖，土地利用等綜合性專業(yè)報表。
圖件類：地質(zhì)平面圖、地形圖、水文地質(zhì)分區(qū)圖、工程地質(zhì)分區(qū)圖等等。
4 技術(shù)難點
4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
大多數(shù)現(xiàn)存的地質(zhì)資料普遍存在格式不統(tǒng)一的現(xiàn)象，將各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平臺標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用格式，從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層面和平臺兼容層面都是技術(shù)難點。
4.2 3D建模web呈現(xiàn)
3D數(shù)據(jù)信息量比普通的圖片信息大，通過3D建模引擎輸出3D圖像在web中體現(xiàn)，減少瀏覽器緩存壓力，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行二次開發(fā)，是web數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心內(nèi)容。
5 結(jié)論
利用原始地勘資料生成的城市三維地質(zhì)模型，可以使專業(yè)人員非常直觀地了解城市每個位置的地質(zhì)情況。利用三維地質(zhì)建模系統(tǒng)提供的“切剖面”功能，就可以掌握相應(yīng)位置的地下空間地質(zhì)信息，為城市地下空間的地質(zhì)資源的管理和利用提供支撐。
參考文獻(xiàn)
[1]程光華.中國城市地質(zhì)調(diào)查工作指南[M].北京：科學(xué)出版社，2013.
作者簡介
盛有錫（1964-），男，浙江省金華市人。現(xiàn)為山東正元冶達(dá)科技發(fā)展有限公司高級工程師。主要研究方向為地質(zhì)環(huán)境在線監(jiān)測、礦山安全在線監(jiān)測。
關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維地理信息技術(shù)；建立；作用
中圖分類號：O343.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
一、數(shù)字城市與三維地理信息技術(shù)概述
城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口的增加等這些現(xiàn)象的產(chǎn)生需要強(qiáng)有力的對城市空間布局的調(diào)控，對人口密度的疏導(dǎo)，對資源的有效配置和使用，對各行各業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，對交通狀況的改善以及對環(huán)境質(zhì)量的保證等。城市發(fā)展過程中的問題急需解決，這就必須要改進(jìn)和提高傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、建設(shè)、管理的方法。數(shù)字城市的出現(xiàn)就是致力于建立一個能夠服務(wù)于城市居民，服務(wù)于各行各業(yè)的多功能的信息系統(tǒng)。建立數(shù)字城市是數(shù)字地球發(fā)展戰(zhàn)略的需要，也是城市自身發(fā)展的需要，符合可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。
現(xiàn)實中的城市可以看作是一個復(fù)雜的空間地域系統(tǒng)，其中建筑物、市政工程設(shè)施以及承載他們的載體即城市土地都是以物質(zhì)實體形態(tài)存在的。城市實體所處不同的空間位置和他們所具有的相應(yīng)的屬性是城市實體的重要性狀。城市所處的空間位置是相對不變的，但是它們的屬性值是按照使用和管理的需要選用的，可以有很多種選擇。將城市的對象用點、線、面、體等幾何對象表示，構(gòu)成數(shù)字地圖，然后將集合對象的屬性與現(xiàn)實中城市實體的屬性相關(guān)聯(lián)，就完成了對城市實體的空間位置和屬性的模擬，也就是用三維地理信息技術(shù)建立的數(shù)字城市。
三維地理信息為數(shù)字城市的建設(shè)提供了重要的基礎(chǔ)空間信息。三維數(shù)字城市的建立可以全方位、立體、直觀的將城市的各種場景等信息真實的展示在人們面前，從而形成一個真實的、直觀的虛擬場景。由于城市規(guī)劃的一些具體要求，三維地理信息技術(shù)一直是城市規(guī)劃所使用的重要手段，用于建立真實的城市三維模型，構(gòu)建虛擬的城市場景。
二、三維地理信息技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)應(yīng)用中的問題
數(shù)字城市的建設(shè)處于不成熟的階段，在建設(shè)過程中結(jié)合我國的實際國情，出現(xiàn)了很多問題，而且我國的三維地理信息技術(shù)發(fā)展的并不十分成熟，在運(yùn)用過程中難免會出現(xiàn)問題。以下幾種是比較突出的問題。
第一，中西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)水平的限制以及地理環(huán)境的影響，信息化、數(shù)字化的水平較低，地區(qū)的基本信息等還未實現(xiàn)數(shù)字化，三維地理信息技術(shù)也還沒有發(fā)展起來，這對于數(shù)字城市的整體建設(shè)不利，應(yīng)該先致力于這些地區(qū)的城市基礎(chǔ)信息的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，這也是建設(shè)數(shù)字城市的基本要求，才能為日后三維地理信息技術(shù)的運(yùn)用提供保障。
第二，地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新較慢，并且較為復(fù)雜。為確保數(shù)字城市的順利建設(shè)，地理信息系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)地區(qū)的實際情況進(jìn)行及時的更新，才能方便于工作人員的信息查詢工作，這也為數(shù)字城市的建設(shè)、規(guī)劃起到指導(dǎo)的作用。
第三，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護(hù)存在的問題。隨著地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的提高，原有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)不適合于現(xiàn)如今的數(shù)字城市的建設(shè)。這就需要在對過去的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，將原有的有用的數(shù)據(jù)完整、安全的轉(zhuǎn)移到新的系統(tǒng)中，并轉(zhuǎn)換成新系統(tǒng)所規(guī)定的數(shù)據(jù)類型，與新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。想要實現(xiàn)數(shù)字城市的建設(shè)，利用三維地理信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護(hù)是很重要的。
第四，現(xiàn)如今阻礙數(shù)字城市發(fā)展的主要因素更多的在于數(shù)據(jù)政策。我國的數(shù)據(jù)政策存在有一定的問題，要改變“資源割據(jù)，信息孤島”的現(xiàn)狀，需要對數(shù)據(jù)政策進(jìn)行徹底的改革，使得數(shù)據(jù)能夠正確的快速的發(fā)展，才能夠為三維地理信息系統(tǒng)的建立提供數(shù)據(jù)等信息，為數(shù)字城市的建立提供基礎(chǔ)。
三、數(shù)字城市建設(shè)中的三維地理信息技術(shù)
數(shù)字城市的建設(shè)根本上在于解決城市發(fā)展過程中的生活和工作的交流方式，調(diào)節(jié)政府、企業(yè)、居民之間的關(guān)系以及人與環(huán)境的關(guān)系。數(shù)字城市的建設(shè)是一項巨大的工程，功能多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它的建立需要各種高科技技術(shù)的綜合運(yùn)用才能得以實現(xiàn)，數(shù)字城市建設(shè)的主要技術(shù)有遙感技術(shù)、三維地理信息技術(shù)、城市的綜合功能GIS技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)寬帶等。
其中，最主要的技術(shù)是三維地理信息技術(shù)。數(shù)字城市的建設(shè)離不開三維地理信息系統(tǒng)的建立。三維地理信息系統(tǒng)與二維地理信息系統(tǒng)相比，同樣具有基本的空間數(shù)據(jù)處理的功能，比如數(shù)據(jù)的獲取、組織、操縱、分析等功能。三維地理信息系統(tǒng)的空間信息展示更加直觀。三維地理信息技術(shù)運(yùn)用到數(shù)字城市建設(shè)中，可以更加直觀的將城市場景模擬展現(xiàn)在人們面前。而且，三維地理信息系統(tǒng)的多維度空間分析的功能更為強(qiáng)大。空間信息分析的過程通常比較復(fù)雜、抽象，三維地理信息系統(tǒng)同時可以完成二維地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，還能夠完成一些高級的空間分析功能，比如日照分析、地址分析等。
三維地理信息技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)字城市的建立更加方便，功能更加多樣。
四、三維地理信息技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)中的運(yùn)用
三維地理信息技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)中的運(yùn)用分別體現(xiàn)在以下的幾個方面：
第一方面，三維地理信息技術(shù)在城市規(guī)劃中的運(yùn)用。在城市的區(qū)域規(guī)劃中，需要對城市的人口、資源的分布，對城鎮(zhèn)的布局等進(jìn)行詳細(xì)的分析，充分考慮該區(qū)域的地形、地勢、氣候等條件，這就需要用到三維地理信息技術(shù)，通過對該區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的分析可以使得城市規(guī)劃更為合理。而且城市的規(guī)劃管理是與城市的地理空間數(shù)據(jù)密不可分的，它需要對規(guī)劃圖進(jìn)行反復(fù)的操作，這也需要三維地理信息技術(shù)作為基礎(chǔ)。另外，城市規(guī)劃管理作為一種重要的行政許可，它有著嚴(yán)格的規(guī)章制度和數(shù)據(jù)管理方法。因此將三維地理信息技術(shù)和傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)相結(jié)合，應(yīng)用到城市的規(guī)劃管理中去，是我國數(shù)字城市發(fā)展的必然趨勢。
第二方面，三維地理信息技術(shù)在城市設(shè)施功能的虛擬實現(xiàn)中的運(yùn)用。城市設(shè)施的功能除了要為居民提供水、電、氣等能量、物質(zhì)資源之外，還需要提供文化、娛樂等非物質(zhì)資源。將城市設(shè)施的有關(guān)功能屬性與虛擬對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成一個基于三維地理信息技術(shù)的信息平臺，可用于對城市災(zāi)害的應(yīng)急指揮、公安信息系統(tǒng)、城市的規(guī)劃管理等提供資料。而且，在這個平臺上，通過實現(xiàn)電子政務(wù)和電子商務(wù)的功能，可以使得各行各業(yè)的人員充分利用各種信息，實現(xiàn)信息共享，提高工作效率，實現(xiàn)城市管理的信息化和社會事業(yè)的信息化。通過計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的教育、保健、醫(yī)療服務(wù)等功能推動服務(wù)行業(yè)的改革。
結(jié)語：
三維地理信息技術(shù)必將得到迅速的發(fā)展，它為數(shù)字城市的建設(shè)提供了技術(shù)支持。現(xiàn)如今的數(shù)字城市建設(shè)中，由于存在缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，三維地理信息技術(shù)的成果無法達(dá)到數(shù)字城市建設(shè)的要求。因此在日后的數(shù)字城市建設(shè)中，需要制定規(guī)范的符合實際的數(shù)字城市發(fā)展規(guī)劃，充分的利用地理信息技術(shù)，三維地理信息技術(shù)也應(yīng)在數(shù)字城市建設(shè)的指導(dǎo)、促進(jìn)下，不斷深入發(fā)展，為數(shù)字城市的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞：三維數(shù)據(jù) 機(jī)載激光雷達(dá) 技術(shù)分析
中圖分類號：P225.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）03-0109-01
建設(shè)數(shù)字三維城市是數(shù)字城市發(fā)展的重要組成部分，其充分展現(xiàn)了城市在規(guī)劃和建設(shè)過程中取得的成就，能夠更加高效的對城市空間進(jìn)行開發(fā)與利用。在數(shù)字城市建設(shè)過程中利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)能夠獲取高精確度、高密度的點云數(shù)據(jù)，構(gòu)成三維城市的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，快速的對城市建設(shè)的空間信息進(jìn)行分析和測量，為三維城市的建立提供必要的數(shù)據(jù)支撐。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、定外技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)，綜合了上述各個技術(shù)優(yōu)點，具有操作簡單，作業(yè)效率高、精度高以及花費低廉和作業(yè)量小的特點，在測量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
1 技術(shù)流程分析
城市三維建筑體模型生產(chǎn)流程主要包括了以下幾個方面，第一個是點云數(shù)據(jù)預(yù)處理和對點云的分類；第二是對測量到的原始圖像進(jìn)行空間三維的加密處理，并形成數(shù)字正攝影像；最后一個是結(jié)合分類后的點云和正射影像制作出建筑體模型和數(shù)字高程模型。機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理流程見圖1：
2 激光點云對數(shù)據(jù)的處理分析
激光點云對數(shù)據(jù)的處理方法主要包括可以下幾個方面。第一，導(dǎo)航的運(yùn)行軌跡線；第二，點云數(shù)據(jù)的解算；第三，在測量過程中由于系統(tǒng)電路會出現(xiàn)異常等情況；第四，點云數(shù)據(jù)的拼接和系統(tǒng)誤差的改正等；第五，對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。第六，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)變。測量完畢之后，在確定坐標(biāo)過程中可以利用POS動態(tài)定位所確定的定位位置歸屬到WGS-84坐標(biāo)系中，接下來的工作就是將上述坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系中。在三維立體坐標(biāo)向著平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程中，可以可用測區(qū)均勻分布的已經(jīng)存在的控制點解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為固定的參數(shù)，然后確定好坐標(biāo)，而高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換需要利用在測區(qū)實測水準(zhǔn)點進(jìn)行擬合轉(zhuǎn)變之后才能確定出來；最后，對階層式點云數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分類。測量過程中點云的包括了很多種類。其主要主要內(nèi)容包括了是地面點、低植被點、高植被點和城市的建筑點。在對這些點云進(jìn)行分類過程中，主要采用了階層分類對策和人機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行分類。對于第一種分類方式主要需要按照相應(yīng)的層面過非地面點云進(jìn)行過濾提出，最終提取光禿的地面，然后將地面中的點云分為地面點、非地面點和噪聲點。地面點分層完畢之后才能對非地面點進(jìn)行進(jìn)一步的分類和整理。在非地面點進(jìn)行分類和整理過程中提取低植被點、高植被點和建筑物點。在對城市建筑進(jìn)行測繪過程中，由于城市內(nèi)部建筑物密集，點云數(shù)據(jù)存在相互交錯的現(xiàn)象。因此，在分類過程中很可能會出錯誤的分點的情況，這時就需要人工對這些存在錯誤的地方進(jìn)行修改，保證分類結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3 DEM的生成和建筑體框架模型的會制作
首先，DEM的生成。DEM的生成主要包括了機(jī)載點云去噪，對地面點云的分類和整理，水域置平以及格網(wǎng)的插入等工作。DEM的生成過程中，其核心工作就是對地面點云數(shù)據(jù)的分類和整理，在分裂過程中主要會通過三維立體的渲染效果、正影射像和精細(xì)化的剖面圖輔助進(jìn)行判斷；其次，建筑體框架模型的制作。建筑體框架模型的制作需要結(jié)合對地面點云分類后的數(shù)據(jù)、空間三維加密成果、原始航片、正影射像數(shù)據(jù)以及城市的圖形數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行判斷。第一步需要在相應(yīng)的軟件系統(tǒng)中自動生成被測建筑物屋頂?shù)拿嫫Ｐ停瑫r還要參考原始航片數(shù)據(jù)度面片的形態(tài)和相鄰的關(guān)系及時進(jìn)行糾正，然后輸出建筑物體框架模型，然后將數(shù)據(jù)的框架模型導(dǎo)入到三維立體軟件中對框架模型進(jìn)一步的進(jìn)行優(yōu)化和編輯，生成最終的框架模型。
4 結(jié)語
機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為城市獲取高精度的空間信息提供了全新的技術(shù)手段，其在三維城市建設(shè)中的應(yīng)用和發(fā)展有效的縮短了三維城市建設(shè)的時間，提高了建設(shè)的效率和質(zhì)量，降低了測繪的成本，為在三維城市建設(shè)中廣泛的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：城市排水管道CREO三維建模
Summary: this paper appears in urban drainage pipelines all sorts of problems, use CREO software pipeline module in a 3 d drainage pipe model, for practical engineering decision support for urban drainage system planning, design, operation and management, have played a role in guiding the image. This software using the full of parameterized modeling way, can be easily modified late model, also can further optimization analysis. A variety of modeling method for urban drainage systems of 3 d modeling of realize offers a variety of ways.
Keywords: city; Drainage pipe; CREO; 3 d;modeling
中圖分類號：S276文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
1、城市排水管道系統(tǒng)介紹與存在問題
城市排水管道系統(tǒng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要城市市政基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干工程，它的任務(wù)是及時收集、輸送城市產(chǎn)生的生活污水、工業(yè)廢水和降水。其作用是及時可靠地排除城市區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的生活污水，工業(yè)廢水和降水。使城市免受污水之害和免受雨水之災(zāi)，從而給人們創(chuàng)造一個舒適安全的生存和生活環(huán)境，使城市生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)正常進(jìn)行，維持生態(tài)平衡，保持可持續(xù)發(fā)展。
隨著我國城市化的進(jìn)程加快,許多城市的排水系統(tǒng)已不能滿足要求,已經(jīng)對人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的不便,并且對城市建設(shè)和市容市貌帶來諸多問題。城市排水系統(tǒng)需要及時地收集、輸送、處理和排放污水和降水，否則將積水為害，甚至?xí)＜叭藗兊纳a(chǎn)和日常生活。通常暴雨水危害最嚴(yán)重，是城市排水的主要對象。在國內(nèi)，暴雨造成道路積水目前還是多數(shù)城市的通病，積水的主要原因是道路排水不暢。如何合理規(guī)劃和管理城市排水管網(wǎng),有效控制水污染,提高城市綜合功能,已成為城市建設(shè)和實施可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。在城市排水系統(tǒng)存在的問題中,亟待解決的問題是對于排水系統(tǒng)的排水能力做出準(zhǔn)確評價,正確模擬城市排水管網(wǎng)的輸送效果和排水設(shè)施所能承載的能力，這就需要建立起一個系統(tǒng)的三維排水管道系統(tǒng)，從而對城市排水系統(tǒng)進(jìn)行整體的評價與研究。
2、CREO軟件管道模塊介紹及建模方法
CREO軟件問世至今，一直是參數(shù)化建模領(lǐng)域的領(lǐng)先者，其出色的三維建模技術(shù)，使其應(yīng)用于電子、機(jī)械、建筑、航天、家電等各行業(yè)。CREO軟件中的管道模塊，可在三維環(huán)境下建立全參數(shù)化的管路模型，建模、更改均非常方便。CREO軟件具有全相關(guān)性，我們可以將管道模塊下建立的模型，載入到CREO的其它模塊下進(jìn)行優(yōu)化分析。由于目前城市城市排水管道系統(tǒng)設(shè)計主要還停留在二維、區(qū)域化階段，其主要技術(shù)資料以二維圖紙為主。利用CREO管道模塊，可建立起系統(tǒng)的三維管路模型，為城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行、管理，都起到了形象的指導(dǎo)作用。
使用CREO創(chuàng)建三維管道一般有三種方法：
第一種方法、三維曲線掃描：先繪制一條曲線，然后再以這條曲線為中心線進(jìn)行掃描成管道狀的實體，這個零件的軌跡是空間的，所以不推薦使用掃描來實現(xiàn)。第二種方法、“插入”高級特征：僅僅是個特征有一定的局限性，比如只能在零件模式下使用，裝配模塊是出不來管道實體的。第三種方法、使用管道模塊：功能強(qiáng)大優(yōu)勢明，工藝上，多數(shù)管道都是在各零件安裝定位后安裝，我們設(shè)計也是如此，因此管道（piping）只能在裝配模式下才可以調(diào)用是明智的。
優(yōu)點如下：
（1） 方便定義管理多種管線。
（2） 布線方法多樣、靈活、方便。
（3） 方便提取管道信息。
（4） 適合于管路復(fù)雜的裝配設(shè)計。
經(jīng)過比較，針對城市排水管道系統(tǒng)的特點，我們選用第三種建模方法，下面以一個實例來講述管道的建模過程。
步驟1：先在裝配模式下裝配好兩個圓塊。如圖1-1所示。
圖1-1 裝配好的兩個圓塊 圖1-2 進(jìn)入管道環(huán)境
步驟2：再點擊應(yīng)用【程序】【管道】，如圖1-2，進(jìn)入管道環(huán)境。
步驟3：使用偏移坐標(biāo)系點工具建立管道控制（通過）點，如圖1-3 。
圖1-3 偏移坐標(biāo)系點工具 圖1-4【偏移坐標(biāo)系基準(zhǔn)點】菜單欄
在彈出的【偏移坐標(biāo)系基準(zhǔn)點】菜單欄里，以參照坐標(biāo)系的三個坐標(biāo)軸為參照，輸入偏移值，如圖1-4所示。確定后，建立好的偏移坐標(biāo)點在裝配零件界面里顯示，如圖1-5。
圖1-5 建立好的偏移坐標(biāo)點圖1-6【管線】菜單欄
步驟4：在彈出的菜單管理器選擇【管線】 【創(chuàng)建/路徑】，如圖1-6。
輸入管線名稱：pipe3。如圖1-7。
圖1-7 輸入管線名稱 圖1-8 創(chuàng)建線棧名
然后在線棧名菜單欄中點擊“創(chuàng)建”，如圖1-8。
輸入直線軋件名稱如圖1-9。
圖1-9 輸入直線軋件名稱
直線軋件名稱確定后，彈出【管線庫】菜單欄，在【管線庫】菜單欄中設(shè)各選項參數(shù)，在此我們設(shè)置這晚半徑為10。設(shè)置完成，點擊，如圖1-10。
圖1-10【管線庫】菜單欄
步驟5：再選取管道的起點與管道的通過點，選取過程如圖1-11。
【設(shè)置起點】：指定管道的起始位置點。在此我們選擇APNT0。
【至點/端口】：選擇管線所要穿過的通過點。
圖1-11 選取管道的起點與管道的通過點
點擊【至點/端口】后消息欄出現(xiàn)提示，選取“YES”，如圖1-12。
圖1-12 點選YES讓路線穿過全部數(shù)據(jù)點 圖1-13
折彎半徑有兩個選項，可根據(jù)設(shè)計選擇，此處選擇【單個半徑】，如圖圖1-13。
【單個半徑】：管道的拐角處的彎曲半徑一致。
【多重半徑】：管道的拐角處的彎曲半徑可以設(shè)置為不同的值。
點擊后管道路徑顯示如圖1-14。
圖1-14 管道路徑 圖1-15 選擇【管道實體】以生成管道
步驟6：生成管道實體。在菜單管理器中選取【制造】【管道實體】，如圖1-15。
在彈出的如圖1-16【管道實體】菜單欄中選中圖pipe3，點擊【生成】命令。
圖1-16【管道實體】菜單欄
得到最終繪制管道，如圖1-17所示。
圖1-17 生成的管道實體
3、總結(jié)
關(guān)鍵詞：電視塔 幕墻 三維掃描測量 施工技術(shù)
1.工程概況
鹽城市廣播電視塔——工程位于鹽城市城南新區(qū)，城市人工湖（聚龍湖）東南角，東側(cè)為躍馬路，南側(cè)為城市支路，西側(cè)為城市文化藝術(shù)中心，北臨人工湖，與城南金鷹天地、國際風(fēng)情街毗鄰。
鹽城廣播電視塔總用地面積為3.8247萬平方米，建筑面積為3.1681萬平方米，建筑高度為195米，周圍商業(yè)輔房高度12.75米，由基座、塔身、觀光休閑區(qū)和廣播天線四部分組成。基座三層高度為16.8米，配置有入口大堂，陳列區(qū)。塔身由鹽晶體組裝的體塊，錯落疊加而成。觀光區(qū)總面積約800平方米，包含有空中觀光廳，高級景觀餐廳，云中漫步廊道。
塔身主體建筑為全現(xiàn)澆鋼板混凝土筒體結(jié)構(gòu)，地下二層，地上裙房三層，屋頂為大型廣電發(fā)射塔空間結(jié)構(gòu)，并采用國內(nèi)首次設(shè)計的鋼板混凝土筒體結(jié)構(gòu)體系。是集觀光、商務(wù)、公益服務(wù)及娛樂于一體的綜合公共服務(wù)、休閑場所.
2.測量施工工藝
（1）三維激光掃描測量技術(shù)，確保掃描范圍、單次測量點位精度、測距精度、測角精度、掃描間距、垂直掃描角度范圍等。嚴(yán)格控制測量的精確度，從而滿足創(chuàng)優(yōu)工程的質(zhì)量保證體系。
（2）三維激光掃描測量技術(shù)，能夠得到高精度的點云信息，結(jié)合彩色信息，可以得到尺寸精準(zhǔn)、色彩表達(dá)逼真的立體模型，能有效地控制高精度安裝與位移的變形定位。
（3）幕墻的施工測量應(yīng)與主體工程施工測量軸線相配合，使幕墻坐標(biāo)、軸線與建筑物的相關(guān)坐標(biāo)、軸線相吻合（或相對應(yīng)），測量誤差應(yīng)及時消化不得積累，使其符合幕墻的構(gòu)造要求。
（4）使用三維激光掃描測量技術(shù)，對每個單位幕墻設(shè)置垂直、水平方向的控制線做好標(biāo)識。嚴(yán)格控制測量誤差，垂直方向偏差不大于15mm，水平方向偏差不大于5mm，中心位移不大于3mm，測量必須經(jīng)過反復(fù)檢驗、核實，確保準(zhǔn)確無誤。注意：此過程中必須確保標(biāo)高、軸線的統(tǒng)一、唯一性。
（5）測量放線前，先熟悉圖紙，草擬出測量方案，畫出測量放線圖。幕墻分格軸線的測量放線應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的測量放線配合，對誤差進(jìn)行調(diào)整、控制、分配、消化、不使其積累。放線時應(yīng)多次進(jìn)行校正，確保準(zhǔn)確性。
測量工藝流程圖
3.測量工藝的控制
（1）測量放線之前，首先必須熟悉和核對設(shè)計圖紙中各部分尺寸關(guān)系；（2）了解施工順序安排，從施工流水的劃分、施工進(jìn)度計劃及各部分幕墻結(jié)構(gòu)的特征等多方面考慮，確定測量放線的先后順序、時間要求，制定詳細(xì)的各細(xì)部放線方案。（3）根據(jù)現(xiàn)場施工總平面布置和施工放線的需要，對各立面幕墻分別選擇合適的點位坐標(biāo)，做到即能全面控制幕墻的安裝，又有利于長期保留應(yīng)用。
4、測量工藝的應(yīng)用
4.1基準(zhǔn)點、線的確認(rèn)
幕墻測量放線，依據(jù)內(nèi)控線及基點布置圖，檢查初始已彈的控制線、軸線、起始標(biāo)高以及底層的基準(zhǔn)點，是否清晰或損壞，進(jìn)一步了解具體的位置，以及相互之間的關(guān)系，結(jié)合幕墻設(shè)計圖、建筑結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行認(rèn)可，經(jīng)檢查確認(rèn)后，填寫軸線、控制線記錄表。
4.2平面控制網(wǎng)的建立
以各基準(zhǔn)點為基礎(chǔ)，建立平面控制網(wǎng)，測量各基準(zhǔn)點的距離與角度是否與基準(zhǔn)點一致，如不一致，重復(fù)測量，并與主體結(jié)構(gòu)測量師商量，直至點位在誤差范圍內(nèi)，坐標(biāo)差Δx、Δy≤2mm，角度差Δα≤40″，并以此點建立平面控制網(wǎng)。
以基準(zhǔn)點建立了閉合平面控制網(wǎng)，以此平面控制網(wǎng)為基準(zhǔn)，依據(jù)設(shè)計圖紙標(biāo)定與基準(zhǔn)點的位置關(guān)系以幕墻的位置關(guān)系，測放幕墻的控制線，并在線上標(biāo)明至幕墻的距離。幕墻控制線也必須是閉合導(dǎo)線，以便確定測量精度，只有在不能通視的位置才能使用支導(dǎo)線測量，測量點必須妥善保護(hù)，除把線放到地面上外，還要把線引至梁的外表面，以免地面處理后無法恢復(fù)。
4.3結(jié)構(gòu)的測量
內(nèi)控線布置后，以軸線、基準(zhǔn)點、控制線作為一級基準(zhǔn)點，在底層投出控制線，測出外控制線的距離，并作出各外控線延長線的交匯點，通過確定延長線上的交匯點作出二級控制點，各二級控制點之間互相連線成閉合狀形成二級控制網(wǎng)。二級控制網(wǎng)建立后，檢查建筑結(jié)構(gòu)實際尺寸與設(shè)計尺寸之間的偏差程度，對大于或小于設(shè)計偏差要求的結(jié)構(gòu)區(qū)域。
4.4層間標(biāo)高的設(shè)置
在軸線控制線上采取直線延伸法，在便于觀察的做一觀察點，在小于4級風(fēng)的氣候條件下，靜置后用等高法分別測量計算出各旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折段的實際標(biāo)高和建筑結(jié)構(gòu)的實際總高度，每段設(shè)立1米水平線作為作業(yè)時的檢查用線，并將各段高度分別用綠色油漆記錄在立柱或剪力墻的同一位置處，在幕墻施工安裝直至施工完畢之前，高度標(biāo)記、水平標(biāo)記必須清晰完好，不被消除破壞。
4.5測量放樣誤差控制標(biāo)準(zhǔn)
（1）標(biāo)高
a.±0.000至1米線≤1mm；
b.層與層之間1米線≤1mm；
c.總標(biāo)高±0.000至樓頂層≤±1mm。
（2控制線
a.墻完成面控制線≤±2mm；
b.到外控線≤±1mm；
c.結(jié)構(gòu)封閉線≤±2mm。
（3）投點
a.各標(biāo)準(zhǔn)層之間點與點之間垂直度≤±1mm。
5、幕墻施工測量
應(yīng)符合的要求：（1）玻璃幕墻分格軸線的測量應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)測量相配合，其偏差應(yīng)及時調(diào)整，不得積累；（2）應(yīng)定期對玻璃幕墻的安裝定位基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)；（3）對高層建筑的測量應(yīng)在風(fēng)力不大于4級時進(jìn)行。
關(guān)鍵詞： 三維可視化地理信息系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實
中圖分類號：C922 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1 城市三維地理信息系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)內(nèi)容
1.1 城市三維地理信息系統(tǒng)
城市三維地理信息系統(tǒng)（簡稱3DUGIS）是指能對城市區(qū)域內(nèi)空間對象進(jìn)行真三維描述、可視化和分析管理的地理信息系統(tǒng)。它是一套完整的GIS 系統(tǒng)，它不僅具有城市三維虛擬景觀瀏覽功能，讓用戶在真三維的仿真城市中進(jìn)行漫游和飛行，還具有以下功能：
三維數(shù)據(jù)管理，主要包括三維數(shù)據(jù)入庫、質(zhì)量檢查、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、空間和數(shù)據(jù)查詢以及與其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無縫轉(zhuǎn)換等功能。三維場景交互，是指對場景中三維對象交互地進(jìn)行三維空間瀏覽、選擇、查詢操作。三維空間分析，主要包括根據(jù)三維場景中的地形和模型的幾何特征，進(jìn)行基于模型或者場景的三維空間量算、通視分析、日照分析等三維空間分析操作。
1.2. 城市三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)
城市三維地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可分為影像數(shù)據(jù)（DOM），三維城市模型數(shù)據(jù)（簡稱3DCM），場景數(shù)據(jù)和二維基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這四個主要組成部分。
三維城市模型數(shù)據(jù)其主要包括了數(shù)字高程模型DEM，三維建筑物，三維高架道路，三維樹木等。場景數(shù)據(jù)，是在三維場景中，尤其是在精細(xì)場景中為了美化場景而添加的小品模型，如座椅，垃圾箱，路燈等。二維基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，是主要用于系統(tǒng)二三維聯(lián)動查詢和分析，為系統(tǒng)提供二維基礎(chǔ)地理信息支撐。
2 城市GIS 三維可視化建模
三維城市模型包括許多類物體如：道路、水系、地形、建筑物等，其中重要的兩類是地形和建筑物。
2.1 數(shù)字高程模型 DEM
地形的可視化是研究DEM 的顯示、簡化與仿真等內(nèi)容，其中DEM 是三維地形模型顯示的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它是根據(jù)采集的繪圖區(qū)域地形等高線及重要的線性圖形數(shù)據(jù)，按一定的曲面內(nèi)插算法擬合生成的。為了建立較高擬合度的規(guī)則DEM ，可以采用初插和加密兩步進(jìn)行。初插獲得適應(yīng)精度的DEM 規(guī)則格網(wǎng)，可作為進(jìn)一步內(nèi)插的控制基礎(chǔ)；通過加密內(nèi)插，使得經(jīng)細(xì)化的模型面元保持平滑過度與吻合，加密的密度決定了生成模型描述地形的精細(xì)程度。為此采取對繪圖區(qū)域的高程模型用多種精度表示，通過不同的加密內(nèi)插處理生成多個不同精度的數(shù)字高程模型。
2.2 城市三維建筑物模型
在城市地理信息系統(tǒng)三維可視化研究中，對于城市建筑物，人們不僅關(guān)心其外形的描述,而且，要求知道其幾何結(jié)構(gòu)。目前，建立城市三維建筑物模型的主要途徑有以下幾種：1)解析攝影測量；2)數(shù)字?jǐn)z影測量；3)基于現(xiàn)有地形圖和其他資料；4)激光掃描測量等。其中解析攝影測量技術(shù)目前被認(rèn)為是精確度最高的手段之一。
2.3 城市三維場景的建模
目前三維場景的建模可以借助一些軟件如Multigen等，來完成建模過程靜態(tài)的三維場景，建模過程包括以下步驟。
1) 根據(jù)應(yīng)用的需要，選取合適精度的數(shù)字化高程數(shù)據(jù)、人文景觀特征數(shù)據(jù)、航拍或衛(wèi)星、遙感照片等。
2) 對所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理，包括數(shù)據(jù)的篩選、簡化、格式轉(zhuǎn)換等，最終形成精度一致的高程數(shù)據(jù)與人文景觀特征數(shù)據(jù)，作為以后三維建模的基礎(chǔ)。
3) 生成特征物的三維模型，如道路的加寬、湖泊的平放等。
4) 三維特征物與地形的整合，可以采用兩種方式：直接將特征物貼在地形表面上；在生成三維特征物模型后，再選取地形點來生成整合模型。
3、三維空間對象的可視化表達(dá)應(yīng)用
3．1城市三維建筑物景觀圖的生成原理
1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與預(yù)處理
建筑物的幾何描述信息包括方位信息和專題描述信息。幾何方位信息用地面空間的三維坐標(biāo)來表示，專題描述信息則包括組成該建筑物的點、線和面信息。各種建筑物的三維坐標(biāo)(包含高度信息)可以用攝影測量、現(xiàn)有2D GIS數(shù)據(jù)庫、數(shù)字／模擬地形圖、建筑設(shè)計資料、實地量測等數(shù)據(jù)來源中獲取，影像數(shù)據(jù)在使用前要對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像格式的轉(zhuǎn)化、圖像質(zhì)量的改善、影像金字塔的生成以及影像的正射糾正與鑲嵌等。
2)參數(shù)設(shè)置
在用OpenGL繪制三維景觀模型和進(jìn)行紋理映射前，需要設(shè)置相關(guān)的景觀參數(shù)值。這些參數(shù)包括光源性質(zhì)(鏡射光、漫射光和環(huán)境光)、光源方位(距離和方向)、顏色模式(索引或RGBA)、明暗處理方式(平滑處理或平面處理)、紋理映射方式等。
3)模型構(gòu)建
根據(jù)建筑物的底部多邊形(多邊形各頂點坐標(biāo)已知)以及建筑物的高度，使用OpenGL中的有關(guān)幾何建模命令進(jìn)行城市建筑物的3D模型構(gòu)建。
4)紋理映射
紋理映射就是把紋理圖像粘貼到模型的表面，從而獲得真實感效果的景觀模型。紋理圖通常是正方形或矩形的，實際上紋理數(shù)據(jù)是一個枚舉數(shù)組，這些數(shù)據(jù)由R、G、B、A數(shù)值構(gòu)成，在紋理數(shù)組中的單個值稱為紋理元素(簡稱紋素)。OpenGL的紋理映射只能使用在RGBA模式下，在顏色模式下是沒有定義的。用OpenGL函數(shù)進(jìn)行紋理映射的基本步驟為：
a)定義紋理：用glTextlmage2D*()函數(shù)說明所映射的紋理內(nèi)容。其中包括紋理數(shù)據(jù)的指針、紋理的大小、紋理的類別(灰度或彩色)等。紋理中的每個紋素的數(shù)據(jù)可以由1~4個元素組成，表示常值或RGBA值。也可以利用多重映射，把紋理定義為許多不同的分辨率。此外，當(dāng)建筑物的紋理坐標(biāo)在有效范圍之外時，紋理映射可以包括紋理的邊界值，邊界值能夠把多個紋理圖像光滑地粘貼在一起。
b)指定紋理的應(yīng)用方式：在將紋理粘貼在建筑物表面時，可以有三種方式：
一種方式，也是比較簡單的方法就是直接把紋理顏色作為物體的最終的顯示顏色。這種方式稱為移畫印花模式，在這種模式下，紋理圖像直接繪制到建筑物表面，就把印花圖案直接印到建筑物上一樣；第二種方式就是使用紋理調(diào)整建筑物模型的顏色，這種方法對于獲得紋理同光照的結(jié)合效果是非常有用的；最后一種方式是利用紋理將紋理顏色同建筑物的顏色相融合。指定紋理應(yīng)用、映射方式使用函數(shù)glTextparameter*()、glTextEnv*()。
c)激活紋理映射：在繪制場景前必須激活紋理映射，可以使用glenable()和glDisable()打開和關(guān)閉紋理，變量GL_TEXTURE_2D表示打開二維紋理。
5)視口變換
視口是指計算機(jī)屏幕中的矩形繪圖區(qū)城，它用窗口坐標(biāo)來度量，反映了屏幕上的像素位置。視口相對于窗口的左下角。視換的目的就是將三維空間坐標(biāo)映射為計算機(jī)屏幕上的二維平面坐標(biāo)。視換用函數(shù)glViewport0實現(xiàn)，視口的寬高比通常等于視景體的寬高比，否側(cè)視口內(nèi)顯示的圖形將會發(fā)生形變。根據(jù)視換后視口內(nèi)每一點的交換后的z坐標(biāo)值，OpenGL可以自動實現(xiàn)消隱功能，使得靠近視點的目標(biāo)能夠折擋遠(yuǎn)離視點的目標(biāo)。由于外形各異的建筑物的點、線、面信息的組成方式則各不相同，因此對于建筑物的三維重建而言，采用一個通用模型來表達(dá)各類建筑物的方法顯然是不可行的。但是，根據(jù)按一定規(guī)則排列的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以推演出對應(yīng)的專題信息。這就要求將建筑物按照其幾何外形特征進(jìn)行分類，分別對每一類建筑物采用一種幾何數(shù)據(jù)棋型。實踐證明，這種方式是可行的，并且適合于建筑物的三維表達(dá)。
3.2房屋的幾何模型表達(dá)
下面將對幾種典型的房屋類型給出其用于三維可視化的幾何模型，并對復(fù)雜建筑物的三維表達(dá)方式進(jìn)行探討。
1)用于平屋頂房屋的幾何數(shù)據(jù)模型
平屋頂房屋是目前城市建筑屋最為常見的房屋類型，其屋頂為一平面，可以用一個平面多邊形來表示。
2)用于人字型屋頂房屋的幾何數(shù)據(jù)模型
人字型屋頂房屋也是一種較為常見的房屋類型，它的底部為一矩形，屋頂呈人字型，由于屋檐各角點的高程值理論上是相等的，因此只播需用一個高程值來表示。
3)用于屋頂帶山墻的房屋的幾何數(shù)據(jù)模型
屋頂帶山墻的房屋其底部仍是一個矩形，但它的屋頂形狀與人字型屋頂不同，兩側(cè)各有一個山墻，房屋屋檐處的高程值和房屋屋頂處的高程值的表示方法與人字型屋頂?shù)姆课菹嗤?/p>
4)復(fù)雜房屋幾何模型的表示
對于和上述三種類型迥然不同的房屋而言，則需要根據(jù)其外形特點分別定義各自的數(shù)據(jù)模型，如圓形屋頂?shù)姆课荨⒓馕蓓數(shù)姆课莸鹊取６行┓课荼M管其總體外形與上述三種不同，但是它可以分解為兩個或多個上述類型相同的單個房屋，這樣就可以用多個房屋的組合來表示一個復(fù)雜房屋。采用這種方式時，首先要求在獲取房屋數(shù)據(jù)時就需要對復(fù)雜房屋進(jìn)行分解，分別采集單個典型房屋的數(shù)據(jù)；其次需要解決另外的一個關(guān)鍵技術(shù)就是單個房屋之間的公共部分的無縫拼接。
6、應(yīng)用前景
城市三維可視化GIS有著廣泛的應(yīng)用范圍和應(yīng)用價值，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①為城市交通、地質(zhì)、測繪等領(lǐng)域提供一個良好的應(yīng)用的工具。②為政府決策部門提供一個進(jìn)行決策和市民參與決策過程的有效工具。③為環(huán)保部門提供了進(jìn)行城市噪音、熱輻射以及污染擴(kuò)散分析的工具。④在通訊領(lǐng)域可以使用3D數(shù)據(jù)計算電波在城市環(huán)境中覆蓋范圍以達(dá)到
最佳基站布設(shè)。⑤在建筑工程中通過建立施工區(qū)域的建筑物的真實模型，以方便建設(shè)規(guī)劃。參考文獻(xiàn)
