導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇三維城市，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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隨著信息化時(shí)代和地理信息系統(tǒng)、虛擬城市等領(lǐng)域在世界各國(guó)的迅速發(fā)展，人們對(duì)城市中各種三維信息的表達(dá)與處理日益迫切，三維建模技術(shù)是通過(guò)利用三維建模軟件，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)所建立的各種地理實(shí)體，如：地形、建筑物、道路、水面、樹(shù)木、草地及其一些輔的設(shè)施，在虛擬三維空間建立與現(xiàn)實(shí)地物地貌一樣的三維模型。大規(guī)模城市三維建模工程不斷出現(xiàn)，不僅需要表達(dá)單個(gè)建筑物或建筑物群體，還需要建立整個(gè)城市景觀模型，并希望利用這些模型進(jìn)行有關(guān)城市開(kāi)發(fā)決策支持、城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)、應(yīng)急指揮、三維空間分析、污染分布仿真、土木工程等工作。近年來(lái)隨著城市三維模型越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，以及虛擬城市三維可視化、在眾多領(lǐng)域顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，從而成為普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，三維模型的表示日益成為地球空間信息在線服務(wù)的主要方式。

1城市三維模型的種類與建模方法

1．1三維模型的種類三維城市模型可以分為地形模型，地物模型兩個(gè)大類。地形是數(shù)字城市中最重要的地理對(duì)象，是城市實(shí)體的三維空間基礎(chǔ)。DEM是地理信息系統(tǒng)中最重要的空間信息資料和進(jìn)行地形分析的核心數(shù)據(jù)，也是繪制三維實(shí)體和進(jìn)行地形分析的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在地物模型中主要考慮建筑物、道路、橋梁和水域等地物的建模，而建筑物是城市模型中最關(guān)鍵的地物，它的建模對(duì)于三維城市可視化具有十分重要的意義。

1．2三維建模方法

1．2．1采用造型軟件建模。綜合運(yùn)用AUTOCAD，3DMAX，IMAGIS，MultigenCreator和Erdas等三維建模軟件進(jìn)行三維建模工作，盡量把模型建得和實(shí)物建造的一樣。

1．2．2采用三維影像方式建模。把DEM，DOM，DLG數(shù)據(jù)與航空攝影照片進(jìn)行疊加，通過(guò)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的處理生成三維影像。

1．2．3采用GIS屬性建模。利用現(xiàn)有GIS系統(tǒng)中X、Y坐標(biāo)和作為屬性數(shù)據(jù)的Z坐標(biāo)值，直接生成三維模型。

2三維模型的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

2．1搜集源數(shù)據(jù)作為數(shù)字城市的基本數(shù)據(jù)內(nèi)容，三維城市模型在大多數(shù)情況下往往也是其代名詞。不僅以三維的形式表示城市景觀，而且還能逼真地描述表面特性。因此，地形地貌的特征和材質(zhì)參數(shù)的描述如幾何形狀、相片紋理與屬性等都將是三維城市模型的數(shù)據(jù)內(nèi)容。利用機(jī)載GPS接收機(jī)進(jìn)行數(shù)字化航空攝影測(cè)量和RS技術(shù)采集所需要的數(shù)據(jù)，通過(guò)處理制成包括：數(shù)字高程模型（DEM：DigitalElevationModel）、數(shù)字正射影像（DOM：DigitalOrthoimageMap）及地物（人工地物與自然地物）的三維模型數(shù)據(jù)（3DMD：3DModelData）、紋理數(shù)據(jù)以及文化屬性特征數(shù)據(jù)。DEM生成整個(gè)系統(tǒng)的三維地表模型，而DOM主要用于在三維地表上生成相應(yīng)的基本紋理文化特征數(shù)據(jù)屬于GIS中的一部分，是一通過(guò)測(cè)繪技術(shù)得到的矢量數(shù)據(jù)，用于描述各種人文景觀和自然景觀，在三維地形數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些特征數(shù)據(jù)要借助于特定三維模型和特定紋理來(lái)表達(dá)。

2．2三維模型的創(chuàng)建基本流程各種城市地物三維模型的創(chuàng)建，是三維城市模型生產(chǎn)最為復(fù)雜與關(guān)鍵的部分，直接決定了三維城市模型的精度與逼真度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件與特點(diǎn)，城市場(chǎng)景三維模型創(chuàng)建的基本流程可分為四個(gè)部分：（1）基于航測(cè)立體像對(duì)三維空間點(diǎn)采集與三維模型的創(chuàng)建。這一部分工作包括立體像對(duì)上可觀測(cè)地物（主要為建筑物）三維特征點(diǎn)編碼與采集和三維模型的創(chuàng)建與編輯兩個(gè)步驟，所處理的地物類型主要為建筑物及其附屬設(shè)施：主要指房屋建筑。這一階段所創(chuàng)建的三維表面模型將作為后續(xù)工作的基礎(chǔ)與依據(jù)，也是可量測(cè)與分析三維城市模型的主體；（2）野外調(diào)繪和紋理影像采集與制作。直接在立體像對(duì)上采集并創(chuàng)建的三維模型只表達(dá)了城市部分地物的三維幾何結(jié)構(gòu)，其逼真三維景觀的生產(chǎn)，需要在野外實(shí)地調(diào)繪并記錄各類地物空間與屬性信息，同時(shí)采集相關(guān)地物的紋理影像；（3）建筑物景觀模型的制作。根據(jù)前一階段采集的建筑物相關(guān)信息與紋理影像，制作建筑物各側(cè)面的紋理，制作航測(cè)階段量測(cè)不完整建筑物的CAD模型，輸入建筑物屬性信息；（4）地面景觀的制作。地面景觀的制作以增加場(chǎng)景的逼真度與可視效果為目標(biāo)，有選擇地對(duì)城市地面目標(biāo)進(jìn)行建模與表達(dá)，主要包括：交通及其附屬設(shè)施、市政公共設(shè)施、能夠表達(dá)城市景觀特征的主要植被、景觀及游樂(lè)設(shè)施以及主要水域。上述四個(gè)生產(chǎn)步驟，第一個(gè)步驟為其他三個(gè)步驟的基礎(chǔ)，而第二個(gè)生產(chǎn)步驟則為最后兩個(gè)生產(chǎn)步驟的基礎(chǔ)。最后兩個(gè)生產(chǎn)步驟，可依次進(jìn)行，也可以同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行的DEM數(shù)據(jù)和3D矢量數(shù)據(jù)，必須執(zhí)行無(wú)損的數(shù)據(jù)壓縮操作，以保證數(shù)據(jù)的精度與完整；對(duì)影像數(shù)據(jù)在保證可視效果的前提下，只能以有損的JPEG壓縮方法對(duì)其行處理。

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關(guān)鍵詞：CityGML 三維城市模型 數(shù)字地形模型 建筑物模型

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0028-02

三維城市模型數(shù)據(jù)的交換需要面對(duì)GIS業(yè)界歷來(lái)關(guān)注的數(shù)據(jù)異構(gòu)問(wèn)題，即交互的兩個(gè)系統(tǒng)之間存在語(yǔ)法、語(yǔ)義差異。地理標(biāo)記語(yǔ)言（GML）封裝了空間地理參考系統(tǒng)，具有描述幾何拓?fù)洹r(shí)間等信息的能力，便于地理信息的分布式存儲(chǔ)和交換。以GML為介質(zhì)的WFS（網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)）接口規(guī)范，得到了GIS軟件廠商的廣泛支持，為異構(gòu)地理信息系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)法級(jí)的互操作。語(yǔ)義互操作性設(shè)想在某一領(lǐng)域存在對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象及其屬性和關(guān)系的公認(rèn)定義，然而目前尚未有被廣泛認(rèn)可的三維城市語(yǔ)義模型存在。

近年來(lái)，人們也提出了一些三維城市模型，但這些模型大多是純幾何模型，而忽略了語(yǔ)義和拓?fù)鋵用?，基本上只能用于可視化目的，?duì)專題查詢、分析或空間數(shù)據(jù)挖掘等支持很差，可重用性有限。因此有必要采用泛化建模方法，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的信息需求。CityGML由德國(guó)北萊茵河-威斯特伐利亞地區(qū)空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施三維特別興趣小組于2002年開(kāi)始研發(fā)，致力于描述三維城市對(duì)象的共同語(yǔ)義信息，以期能成為三維城市模型數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)。而三維城市模型標(biāo)準(zhǔn)化的研究，尚未引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的注意。

1 CityGML基本概念

1.1 細(xì)節(jié)層次模型（LOD）

Clark于1976年最初提出了細(xì)節(jié)層次模型的概念。根據(jù)處理分析和展示多源數(shù)據(jù)的需要，CityGML把描述三維城市對(duì)象的精細(xì)程度分為5個(gè)細(xì)節(jié)層次。LOD0實(shí)質(zhì)上就是2.5維的DTM數(shù)據(jù)，可以在其上疊加航空影像或者2維地圖。LOD1用塊狀表示建筑物，屋頂、紋理數(shù)據(jù)、植被對(duì)象在LOD2層次描述。LOD3層次描述建筑物的結(jié)構(gòu)，包括墻、屋頂結(jié)構(gòu)、陽(yáng)臺(tái)等，可以把高分辨率的紋理疊加到這些結(jié)構(gòu)面上。此外，交通對(duì)象、植被對(duì)象在這一層次做了更精細(xì)地描述。LOD4層次主要對(duì)房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、門、窗、樓梯、家具等對(duì)象進(jìn)行建模。

不同細(xì)節(jié)層次，點(diǎn)位的定位精度要求是不一樣的，如LOD1下定位精度要求為5 m，而在LOD4下要求為0.2 m甚至更小。因此可以通過(guò)LOD級(jí)別來(lái)評(píng)價(jià)三維城市數(shù)據(jù)集的質(zhì)量。

由此可見(jiàn)，用戶可根據(jù)應(yīng)用需求，采用不同的層次建模。在一個(gè)CityGML數(shù)據(jù)集中，同一對(duì)象可以在不同細(xì)節(jié)層次上表示，而同一個(gè)對(duì)象的不同細(xì)節(jié)層次的數(shù)據(jù)也可以分別放在兩個(gè)數(shù)據(jù)集中。細(xì)節(jié)層次模型既便于三維對(duì)象可視化展示，也便于多源數(shù)據(jù)的集成。

1.2 幾何拓?fù)浣?/p>

如果既要維護(hù)空間完整性又要避免對(duì)象的幾何描述數(shù)據(jù)的冗余，幾何拓?fù)淠Ｐ褪潜炔豢缮俚?。ISO19107標(biāo)準(zhǔn)已建立表達(dá)空間對(duì)象的幾何屬性與拓?fù)潢P(guān)系的概念。然而該標(biāo)準(zhǔn)提供了大量的建模選擇，如果建模目的僅局限于某一方面，該標(biāo)準(zhǔn)顯得太過(guò)復(fù)雜。因此基于ISO19107，CityGML采用更為緊湊易用的模型。

CityGML用邊界表達(dá)方法對(duì)專題對(duì)象的空間屬性進(jìn)行幾何拓?fù)浣?，?～3維基本幾何元素分別為點(diǎn)、邊、面、立體等。邊、面、立體等基元可以相應(yīng)地聚合成為弧聚合體、面聚合體、立體聚合體。CityGML要求點(diǎn)、邊、面、立體基元及聚合體必須滿足一些完整性約束，確保模型的一致性。如幾何基元內(nèi)部元素必須是相離的，如果兩個(gè)元素有公共邊界，則該邊界必須是低一維的幾何基元。這些約束條件消除數(shù)據(jù)冗余，并確保拓?fù)潢P(guān)系清晰性，如任兩個(gè)立體基元之間是相離的，它們的體積即為兩者體積之和，反之若允許兩個(gè)立體基元有交叉的話，計(jì)算它們的體積將麻煩得多。

1.3 幾何語(yǔ)義建模

CityGML實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間對(duì)象的幾何拓?fù)鋵傩院驼Z(yǔ)義進(jìn)行一致性建模。在語(yǔ)義特征方面，CityGML通過(guò)專題模型描述現(xiàn)實(shí)對(duì)象（如建筑物）及其屬性、層次關(guān)系等。在空間特征方面，現(xiàn)實(shí)對(duì)象的空間屬性即為幾何拓?fù)鋵?duì)象。CityGML模型涵蓋語(yǔ)義和幾何拓?fù)鋬蓚€(gè)層次體系，其優(yōu)點(diǎn)是便于分別在各自層次體系中遍歷，或在它們之間相互遍歷。

1.4 閉合面和地下對(duì)象

在三維建模時(shí)，隧道、地下人行通道等地下對(duì)象，其建模方法有別于一般的地表面對(duì)象。首先不易確定其幾何體類型。地上對(duì)象可直觀地使用一個(gè)閉合幾何體表達(dá)其形狀，但對(duì)地下對(duì)象，卻需要形象描述其中空部分所處的空間。ISO19107標(biāo)準(zhǔn)用外殼表達(dá)這樣的中空部分。然而，既然這個(gè)外殼是閉合的，即不應(yīng)存在從其內(nèi)部連接到外部的通道，但這和人造地下構(gòu)筑物的概念不相符合。因此，必須使模型能夠較好的表達(dá)地下構(gòu)筑物的入口。

另一個(gè)問(wèn)題是地下對(duì)象和DTM的無(wú)縫集成。其一是在DTM中產(chǎn)生孔洞描述入口，然而DTM要描述地表面，要求不應(yīng)存在孔洞。

當(dāng)DTM和地下對(duì)象集成時(shí)，確保它們?cè)谌肟谔師o(wú)縫接合，可用受約束三角網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即把地下對(duì)象和地表相交形成的邊，當(dāng)作DTM的邊，相交面為兩者所共有。CityGML引進(jìn)了“閉合面”（ClosureSurface）這個(gè)概念，對(duì)于沒(méi)有閉合的對(duì)象，用虛擬的“閉合面”縫合，如這里提到的相交面。當(dāng)計(jì)算體積時(shí)，把地下對(duì)象當(dāng)作閉合實(shí)體來(lái)看待，當(dāng)進(jìn)行可視化時(shí)，把相交面設(shè)為不可見(jiàn)。

1.5 三維模型的簡(jiǎn)化

CityGML支持對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象精細(xì)化描述，但并不意味著在建模時(shí)一味地盲目追求仿真、模擬原形。對(duì)于具有幾何不變性、表面材質(zhì)紋理的相似性及重要的形狀和位置特征（朱慶等，2003）的現(xiàn)實(shí)對(duì)象，如同一種類的樹(shù)木、路燈、電桿等，CityGML采用幾何隱含的建模方法，即建立一個(gè)逼真的三維模型（保存到VRML、DXF或X3D文件中）重復(fù)使用，三維模型的定位由表達(dá)其三維空間地理位置的參考點(diǎn)（referencePoint）和空間姿態(tài)參數(shù)（一個(gè)4維變換矩陣）決定。

2 專題模型

作為一種多功能三維城市數(shù)據(jù)模型和交換格式，CityGML基于ISO191XX系列標(biāo)準(zhǔn)，用GML3實(shí)現(xiàn)了建筑物、DTM、交通、植被、水資源、城市設(shè)施、土地利用等三維城市模型。作為示例，本文介紹DTM模型和建筑物模型。

2.1 DTM模型

地形在三維城市建模中重要一部分，CityGML用起伏要素（ReliefFeature）來(lái)描述，一個(gè)起伏要素對(duì)象描述了某一塊地域的地形起伏。地形可以表現(xiàn)為規(guī)則格網(wǎng)（RasterRelief）、不規(guī)則三角形（TINRelief）、斷裂線（BreaklineRelief）、質(zhì)點(diǎn)集（一系列三維點(diǎn)，MassPointRelief）等。斷裂線表示地形表面不連續(xù)的部分，如山脊、峽谷等，在幾何上表現(xiàn)為三維曲線。

在CityGML數(shù)據(jù)集中，這四種地形表現(xiàn)形式可以靈活組合。首先，每種類型均可在不同LOD中出現(xiàn)，反映不同的精度和分辨率。其次，每塊地表可用不同組合方式來(lái)描述，如格網(wǎng)和斷裂線，或TIN、斷裂線的組合。在這種情形下，斷裂線和不規(guī)則三角網(wǎng)必須縫合。再次，相鄰地域的地形可以使用不同的形式表達(dá)。為便于不同地域地形的組合，每一起伏要素對(duì)象用一個(gè)二維（可含“洞”）多邊形來(lái)指定它的有效范圍，這種方法便于對(duì)不同精度的地形進(jìn)行拼合（圖1）。

2.2 建筑物模型

建筑物模型是CityGML的核心，用于表達(dá)建筑物及組成部分、附屬部分的空間和專題特征。圖2描述了建筑物模型在LOD4下的類及其關(guān)系，圖3給出四種細(xì)節(jié)層次下建筑物的展示效果。AbstractBuilding類是該模型的樞紐，它是CityObject類的子類。AbstractBuilding的派生類有BuildingPart和Building類，即把建筑物的某一部分在建模時(shí)把它當(dāng)作抽象“建筑物對(duì)象”。另外，一個(gè)Building對(duì)象可以是一個(gè)復(fù)雜建筑物對(duì)象（BuildingComplex）的一部分。

建筑物和地形的集成是三維城市建模的一個(gè)重要課題，特別是當(dāng)考慮不同LOD層次的地形數(shù)據(jù)和建筑物模型數(shù)據(jù)疊加時(shí)。為此引入了建筑物和地表面的“交叉曲線”（TerrainIntersection）這個(gè)概念，該曲線描述了建筑物和地表面接合的確切位置，為環(huán)繞該建筑物的一個(gè)閉環(huán)。如果某個(gè)建筑物包含院子，則該曲線由兩個(gè)閉環(huán)組成，依次類推。在集成時(shí)，把建筑物和地形表面進(jìn)行拖拽，直至其與交叉曲線縫合，確保紋理的正確定位。因不同LOD層次的數(shù)據(jù)精度不同，所以在一個(gè)建筑物可能在不同的LOD有相應(yīng)的交叉曲線。

在LOD2層次，已可以清晰分辨建筑物的各個(gè)面，如屋頂、墻、地板等。為消除數(shù)據(jù)冗余，表達(dá)它們空間屬性的面幾何體，同時(shí)又為表達(dá)整個(gè)建筑物的幾何立體所引用。建筑物的空缺部分如窗口，用閉合面表達(dá)。一個(gè)LOD2建筑物的幾何形狀，可由多個(gè)立體聚合體和面聚合體組成。此外，一個(gè)LOD2的建筑物還可能包括煙囪、陽(yáng)臺(tái)、天線等，用BuildingInstallation表示。CityGML對(duì)這類設(shè)施的幾何形狀類型沒(méi)有作限制，用ObjectGeometry類來(lái)描述。該類是SolidGeometries（立體聚合體）、CurveGeometries（弧聚合體）、SurfaceGeometries（面聚合體）等聚合類的父類（圖2）。

在LOD3層次下，建筑物的空缺部分用Opening類對(duì)象來(lái)表達(dá)，其派生類包括Door和Window等。Openings類是CityObject類的派生類，意味著可以直接從外部數(shù)據(jù)集直接引用它的對(duì)象實(shí)例。

LOD4對(duì)LOD3進(jìn)一步作了補(bǔ)充，添加了對(duì)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的描述，如“房間”為天花板、內(nèi)墻、地板等面“包”住。多個(gè)房間聚合成“房間組合體”（GroupOfRooms），房間之內(nèi)放置家具（Building_Furnitures）、附屬設(shè)施等。CityGML區(qū)分二者的準(zhǔn)則是前者是房間內(nèi)可移動(dòng)的部分，而后者是永久性地和房間固定在一起，如樓梯、柱子。在LOD4層次，門在拓?fù)湟饬x上連接了兩個(gè)鄰接的房間，即表示門的面體在幾何意義上是兩個(gè)房間幾何體的邊界之一部分（圖3）。

3 建模實(shí)例

CityGML目前主要在德國(guó)的柏林等幾個(gè)城市得到了應(yīng)用。柏林市建設(shè)了一個(gè)虛擬三維城市模型系統(tǒng)，其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)基于CityGML的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于存儲(chǔ)和管理三維數(shù)據(jù)，目前主要有以下類型的數(shù)據(jù)： （1）地籍?dāng)?shù)據(jù)。（2）航空影像。（3）DTM（數(shù)字地型模型），20 m精度部分作為框架數(shù)據(jù)，高分辨率DTM作為三維城市模型的核心數(shù)據(jù)，特殊地區(qū)用TIN建模。（4）建筑物模型數(shù)據(jù)，在大約250 km2范圍內(nèi)采用激光掃描或攝像測(cè)量方法對(duì)建筑物進(jìn)行三維重建，LOD3、LOD4層次的數(shù)據(jù)主要通過(guò)CAD或3D MAX等工具建模，然后再轉(zhuǎn)換成為CityGML格式。

CityGML開(kāi)發(fā)人員也做了一些應(yīng)用于災(zāi)害管理方面的建模實(shí)驗(yàn)，如在洪水淹沒(méi)仿真時(shí)，評(píng)估人員可以根據(jù)樓層的高度和樓層的地下部分，評(píng)估建筑物的受損程度；利用建筑物內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，求解水、煙氣等的通路，用經(jīng)典的最短路徑算法來(lái)計(jì)算逃生路徑等。對(duì)于每一個(gè)建筑物而言，在三維模型中把它當(dāng)作一個(gè)cityObjectMember看待，它的空間屬性可以用不同LOD2層次的數(shù)據(jù)來(lái)描述。

4 結(jié)語(yǔ)

CityGML致力于提供三維城市模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，使人們避免針對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行大量的重復(fù)建模工作，便于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的交換與互操作。CityGML開(kāi)發(fā)小組于2005年向OGC提交了0.3.0版本的討論稿，今年9月份在其網(wǎng)站上已經(jīng)了0.4.0版本，其專題模型還在完善之中。CityGML被OGC評(píng)為GML最佳實(shí)踐項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將很快成為OGC的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。為使WFS規(guī)范支持CityGML，OGC已經(jīng)開(kāi)始做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。波恩大學(xué)制圖與地理信息學(xué)院向OGC提交了W3DS（Web 3D Service）規(guī)范的討論稿，或許CityGML會(huì)像GML一樣，成為W3DS服務(wù)的傳輸介質(zhì)。

在軟件支持方面，目前LandXplorer等軟件可編輯并對(duì)CityGML進(jìn)行三維可視化展示；英國(guó)Snowflake軟件公司的GO Publisher，是一款WFS服務(wù)器軟件，可以從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中把三維模型數(shù)據(jù)直接成為CityGML數(shù)據(jù)。目前一些主流GIS軟件已經(jīng)部分支持GML文件的讀取，如ArcGIS9等，可以期待當(dāng)CityGML成為OGC標(biāo)準(zhǔn)之后，將會(huì)得到更多GIS平臺(tái)軟件的支持。

參考文獻(xiàn)

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近日，記者采訪石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃局等單位了解到，石家莊市根據(jù)國(guó)家、省、市的明確要求和規(guī)劃管理的實(shí)際需要，于2016年5月完成了地下綜合管線普查建庫(kù)和建立三維管線信息平臺(tái)工作，已完成“一張圖（現(xiàn)狀與規(guī)劃管線）”、“一個(gè)平臺(tái)（三維管線信息平臺(tái)）”和“一個(gè)機(jī)制（管線更新與共享應(yīng)用）”的建設(shè)，解決了傳統(tǒng)的地下管線資料管理難、更新難、應(yīng)用難問(wèn)題，消除了管線“孤島”，實(shí)現(xiàn)了地下管線從規(guī)劃到設(shè)計(jì)、施工、竣工入庫(kù)的全生命周期管理，為地下管線的規(guī)劃、實(shí)施和應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，從而更好地服務(wù)民生，提高生活的便捷性和城市的宜居性。

普查建庫(kù)：規(guī)范完備

全面普查，摸清“家底”，清楚掌握地下管網(wǎng)具體情況，才能應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)管線規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的科學(xué)化、制度化，確保城市的正常運(yùn)行。據(jù)悉，本次地下管線普查覆蓋面積約300平方公里，普查敷設(shè)管線的道路長(zhǎng)度950公里，普查管線長(zhǎng)度超過(guò)1.2萬(wàn)公里。

“管線數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范性、完備性非常好，系統(tǒng)采用了三維技術(shù)、地理信息等技術(shù)和大數(shù)據(jù)理念，全面整合了管數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、實(shí)景三維數(shù)據(jù)和規(guī)劃成果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了管線從規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工到竣工入庫(kù)的全生命周期的管理?！必?fù)責(zé)管線系統(tǒng)運(yùn)行的石家莊市城市規(guī)劃信息中心工作人員介紹。石家莊市于2013年5月1日開(kāi)始，將全市所有空間數(shù)據(jù)均統(tǒng)一到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，為該項(xiàng)目空間數(shù)據(jù)的集成、融合、應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；2015年石家莊市應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，采集了130平方公里的實(shí)景三維數(shù)據(jù)，為地上地下三維一體化管理奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；2004年起創(chuàng)造性的建立了帶屬性的地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)（即給所有建筑賦予諸如建筑性質(zhì)、基地面積、層數(shù)、總面積、道路等與規(guī)劃相關(guān)的屬性信息；給道路賦予等級(jí)、長(zhǎng)度、面積等線裝和面狀屬性），為管線的空間分析、道路斷面的批量生成提供了數(shù)據(jù)保障；2009年起在測(cè)制地形圖的同時(shí)根據(jù)最新國(guó)標(biāo)采集城市現(xiàn)狀用地界線，從地形圖即可直接提取諸如單位界限、小區(qū)界限等邊界，為管線事故分析提供了數(shù)據(jù)支撐。

目前，普查成果已服務(wù)于城市規(guī)劃、專業(yè)管線公司、設(shè)計(jì)公司和其它有關(guān)部門，應(yīng)用到綜合管線規(guī)劃、海綿城市等規(guī)劃編制和南二環(huán)東延等市政工程方案設(shè)計(jì)及管線的日常管理中。平臺(tái)對(duì)地下管線的科學(xué)規(guī)劃、建設(shè)和日常管理提供了良好的支撐。

全生命周期管理：科學(xué)高效

據(jù)工作人員介紹，平臺(tái)除滿足日常規(guī)劃管理需要外，重點(diǎn)強(qiáng)化了三個(gè)理念：全生命周期理念、共享理念和輔助決策理念。同時(shí)，地上地下二三維一體化的功能，讓管理變得更加直觀。

所謂全生命周期理念，指的是實(shí)現(xiàn)管線“規(guī)劃-設(shè)計(jì)-施工-更新”全方位管理，可提高管線的設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保管線數(shù)據(jù)庫(kù)的現(xiàn)勢(shì)性，降低管線事故的發(fā)生。

在共享方面，平臺(tái)創(chuàng)新了管線數(shù)據(jù)共享方式：通過(guò)專網(wǎng)接入平臺(tái)的專業(yè)公司、設(shè)計(jì)單位或政府部門，可根據(jù)授權(quán)調(diào)用部分或所有種類的管線，并可應(yīng)用系統(tǒng)“管線合理布設(shè)區(qū)間分析”等功能進(jìn)行管線路由設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠把設(shè)計(jì)成果導(dǎo)出，改變了過(guò)去專業(yè)公司只掌握本部門管線的弊端，提高了管線規(guī)劃設(shè)計(jì)的質(zhì)量和可行性。

通過(guò)三維管線系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)城市地下管線的精細(xì)化管理，減少管線事故的發(fā)生，提高城市決策的科學(xué)性。例如，調(diào)取管線三維數(shù)據(jù)，可以很方便地了解管線的方位、管徑、埋深、敷設(shè)時(shí)間、所屬單位等信息，能夠自動(dòng)、直觀顯示管線間距和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的間距間的差值。同時(shí)，三維GIS技術(shù)對(duì)管線事故可實(shí)現(xiàn)快速定位、處置（關(guān)閉閥門），并能夠分析受影響區(qū)域內(nèi)的單位、人口等信息，為城市應(yīng)急搶險(xiǎn)提供保障。

石家莊三維管線信息平臺(tái)于2016年4月15日通過(guò)專家組的驗(yàn)收，“整體達(dá)到國(guó)內(nèi)同類領(lǐng)先水平”。平臺(tái)榮獲2016年中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)優(yōu)秀工程金獎(jiǎng)，入選2016年度河北省電子政務(wù)、智慧城市優(yōu)秀案例。

據(jù)石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃局副局長(zhǎng)楊若威介紹，平臺(tái)將集成地下人防、綜合管廊、地鐵線路、地下商業(yè)等地下設(shè)施，實(shí)現(xiàn)地下空間的一體化管理，是“智慧石家莊”的重要組成部分?！拔磥?lái)有兩大努力方向：首先，深化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，引入傳感器、控制器等，實(shí)現(xiàn)管線智能化的‘監(jiān)測(cè)-預(yù)警-處置’；其次，應(yīng)用大數(shù)據(jù)，深入分析城市需求與潛力，規(guī)劃好應(yīng)用好地下空間，保障城市正常運(yùn)維，更好服務(wù)民生。”

記者手記：

記者在石家莊正定新區(qū)地下管廊進(jìn)行了參觀，發(fā)現(xiàn)這里的管線都布置得井井有條，所有管線都列入了監(jiān)控，整個(gè)管廊盡收眼底，使管線的運(yùn)維更加方便、科學(xué)、高效。

篇4

關(guān)鍵詞：激光掃描：點(diǎn)云；城市設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN249

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0422(2009)05-0161-02

城市設(shè)計(jì)側(cè)重城市中各種關(guān)系的組合，建筑、交通、開(kāi)放空間、綠化體系、文物保護(hù)等城市子系統(tǒng)交叉綜合，聯(lián)結(jié)滲透，是一種整合狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它的對(duì)象范圍很廣，不同對(duì)象范圍城市設(shè)計(jì)的要求與內(nèi)容也不一樣。當(dāng)城市設(shè)計(jì)中涉及到街區(qū)和保留主要建筑時(shí)，測(cè)繪和記錄其完備的資料是非常重要的。

1　三維激光掃描技術(shù)的介入

2008年3月，南京大學(xué)建筑學(xué)院承擔(dān)了拉薩市東城區(qū)江蘇大道城市設(shè)計(jì)的工作。項(xiàng)目中主要解決視線走廊的問(wèn)題。江蘇大道線形西向直指布達(dá)拉宮，在視覺(jué)上與布達(dá)拉宮的聯(lián)系十分鮮明。江蘇大道對(duì)布達(dá)拉宮有著良好的視覺(jué)線路，在江蘇大道城市設(shè)計(jì)的建筑控高中，應(yīng)繼續(xù)保持對(duì)布達(dá)拉宮的可視性。而現(xiàn)狀非常復(fù)雜，大部分建筑需要保留，同時(shí)新建的違章建筑嚴(yán)重影響了視線的貫通。由于沒(méi)有完備的建筑設(shè)計(jì)圖紙資料，我們需要采集江蘇大道兩側(cè)建筑的詳細(xì)信息，為以后的城市設(shè)計(jì)提供依據(jù)。涉及采集信息的街道長(zhǎng)度為2300m，采用傳統(tǒng)的測(cè)量_方法已經(jīng)很難滿足工作的要求，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

三維激光掃描技術(shù)又稱實(shí)景復(fù)制技術(shù)，能夠完整并高精度地重建掃描實(shí)物及快速獲得原始測(cè)繪數(shù)據(jù)，重構(gòu)整個(gè)建筑的全方位立體空間，包括建筑周圍的環(huán)境。它可以完整描述建筑物的每一個(gè)關(guān)鍵要素，因此為建筑保護(hù)與更新提供了真實(shí)準(zhǔn)確的三維模型。它已廣泛應(yīng)用于土地勘察、古建筑修復(fù)、文物保護(hù)、工廠改造、動(dòng)漫制作等領(lǐng)域。三維激光掃描的核心原理是激光測(cè)距，即通過(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間激光傳輸所需時(shí)間求得間距。對(duì)掃描對(duì)象表面進(jìn)行密集多點(diǎn)測(cè)距，即可獲得掃描對(duì)象的完整三維空間信息。它的基本工作原理是將激光發(fā)射器、回光感應(yīng)器集成在一個(gè)鏡頭中，再以鏡頭為極坐標(biāo)系原點(diǎn)，控制鏡頭按照預(yù)設(shè)夾角圍繞水平、垂直兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)：按照一定時(shí)間間隔依次記錄激光反射到回光感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，即可獲得周圍空間環(huán)境的多點(diǎn)測(cè)距采樣。掃描獲得的每點(diǎn)數(shù)據(jù)由3部分構(gòu)成：方位角、距離、回光強(qiáng)度。典型的激光掃描儀一站全景掃描即可采集周圍環(huán)境中超過(guò)一千萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，如此海量的、有組織的點(diǎn)集被形象地稱為“點(diǎn)云”(Point Cloud)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)能以坐標(biāo)測(cè)量、切片瀏覽、表面處理和三維建模四種使用方式滿足研究工作的需求。

2　數(shù)據(jù)的采集

在拉薩市東城區(qū)江蘇大道城市設(shè)計(jì)中，我們采用三維激光掃描儀對(duì)江蘇大道兩側(cè)的建筑進(jìn)行測(cè)量，快速采集建筑物和街道的精確數(shù)據(jù)，這樣就大大減少了工作量。掃描獲得的三維點(diǎn)云包含所有建筑細(xì)部的坐標(biāo)信息，可在電腦中隨意移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、切片，便于測(cè)量，更可與原有的CAD圖紙進(jìn)行比對(duì)修改。項(xiàng)目中采用的是徠卡中遠(yuǎn)型三維激光掃描儀Scanstation 2，它的掃描距離可達(dá)300m，掃描精度達(dá)到1 mm，使用的軟件是儀器自帶軟件Cyclone。主要的工作流程如下：

2.1　掃描站點(diǎn)設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)三維激光掃描儀很難從一個(gè)方向掃描一次便可得到目標(biāo)的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為了獲得建筑物表面的全方位點(diǎn)云數(shù)據(jù)，必須分多次進(jìn)行數(shù)據(jù)的掃描，在不同的方向不同的角度掃描場(chǎng)景。掃描前需制定出合理的站點(diǎn)設(shè)置方案。站點(diǎn)設(shè)置的合理，可以顯著減少掃描的工作量。在項(xiàng)目中，江蘇大道的寬度為38m，兩側(cè)的建筑物間距較大。各站點(diǎn)之間的間距可以較大，充分發(fā)揮這款掃描儀的特點(diǎn)。各站掃描平均耗時(shí)1小時(shí)。總計(jì)掃描時(shí)間約30個(gè)小時(shí)，大大減少了室外測(cè)量的工作。

2.2　掃描精度控制

掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大，不能夠?qū)λ械哪繕?biāo)進(jìn)行巨細(xì)的掃描。需要根據(jù)不同的目標(biāo)，調(diào)整掃描精度。掃描儀會(huì)根據(jù)軟件環(huán)境設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行掃描，無(wú)需人工干預(yù)。項(xiàng)目中需要重點(diǎn)掃描的建筑物主要位于江蘇大道的西側(cè)，掃描精度較高。東側(cè)多為農(nóng)田，掃描精度較低，且各站點(diǎn)之間的距離較大。

2.3　點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接

每站掃描點(diǎn)云都是以掃描儀位置為零點(diǎn)的局部坐標(biāo)系，亦即每次經(jīng)掃描而得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系是獨(dú)立和不關(guān)聯(lián)的。但實(shí)際上每幅點(diǎn)云陣數(shù)據(jù)都是掃描場(chǎng)景的一部分，就有必要將這些點(diǎn)云數(shù)陣據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系里，所以要對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配。掃描時(shí)在場(chǎng)地中設(shè)置標(biāo)靶，使得各站掃描結(jié)果中均兩兩包含三個(gè)以上的不共線同名標(biāo)靶，再以其中一站的坐標(biāo)為基準(zhǔn)逐一對(duì)齊。Cyclone軟件可以自動(dòng)識(shí)別標(biāo)靶控制點(diǎn)，對(duì)各站數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。

3　數(shù)據(jù)的處理

3.1　點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在非接觸三維掃描測(cè)量過(guò)程中，受測(cè)量方式、被測(cè)量物體材料性質(zhì)、外界干擾等因素的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差很大的點(diǎn)(噪聲點(diǎn))。因此在數(shù)據(jù)處理的第一步，就應(yīng)利用相關(guān)軟件除去那些誤差大的噪聲點(diǎn)。在Cyclone軟件中，于各個(gè)視圖中選取主要對(duì)象外的噪聲點(diǎn)，一一進(jìn)行刪除，最后提取主要對(duì)象。這樣可以減少數(shù)據(jù)量，因?yàn)閽呙璧狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)量很大，如果不進(jìn)行處理，會(huì)影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

3.2　點(diǎn)云數(shù)據(jù)在CAD中的處理

在Cyclone軟件環(huán)境下對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理后，可以和AutoCAD進(jìn)行交互工作。主要有以下兩種方式。

(1)由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大，一般電腦運(yùn)行起來(lái)比較困難。首先在Cyclone軟件中進(jìn)行分塊，然后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存為*.dxf通用交換格式，在AutoCAD中打開(kāi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件，分別繪圖。首先需要調(diào)整視圖和坐標(biāo)系，繪制出建筑的立面線框圖，需細(xì)致繪制的部位，可以精確捕捉點(diǎn)繪出。

(2)利用Cyclone軟件在AutoCAD中的插件CloudWorx進(jìn)行交互工作，優(yōu)點(diǎn)在于電腦運(yùn)行比較快，可以利用插件的功能對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行多方面的操作，也可以繪制建筑的立面線框圖。局限性在于受軟件版權(quán)的限制，只能在一臺(tái)電腦上操作，不利于集體配合。

在拉薩市東城區(qū)江蘇大道城市設(shè)計(jì)中，采用第二種操作方式，將原有地形圖和設(shè)計(jì)后的圖紙采用外部調(diào)用的方式，在AutoCAD中與點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊，繪制出部分新建建筑的平面圖，解決部分建筑平面圖缺失的問(wèn)題。

3.3　可視化與三維建模

三維可視化既是一種解釋工具，也是一種成果表達(dá)工具。三維激光掃描可以獲得街道全方位的立體空間，同時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)在Cyclone中可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的演示和觀察，對(duì)街道進(jìn)行實(shí)時(shí)的空間感受，為設(shè)計(jì)者提供了有利的設(shè)計(jì)依據(jù)。

利用點(diǎn)云進(jìn)行三維建模的方法主要有兩種：在Cyclone軟件中利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接建模和依照點(diǎn)云繪制的CAD圖紙進(jìn)行建模。設(shè)計(jì)中，在AutoCAD利用掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精確測(cè)量出保留建筑的高度，建立簡(jiǎn)單的體塊模型。同時(shí)把沿街的新建建筑和布達(dá)拉宮的模型在AutoCAD中進(jìn)行準(zhǔn)確定位，使模型和點(diǎn)云的坐標(biāo)一致，然后導(dǎo)人掃描出的街道環(huán)境中。選取重要的道路節(jié)點(diǎn)觀察是否能夠看到布達(dá)拉宮，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。在成果表達(dá)方面，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)成果前后的對(duì)比，對(duì)最終的城市設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4　結(jié)語(yǔ)

三維激光掃描系統(tǒng)是一項(xiàng)新興的測(cè)量技術(shù)，結(jié)合城市和建筑應(yīng)用來(lái)看，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。對(duì)于城市精細(xì)空間數(shù)據(jù)的采集以及如何根據(jù)數(shù)據(jù)用三維立體模型表達(dá)空間信息，在技術(shù)、設(shè)備以及開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面還有很多問(wèn)題值得探討和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李清泉，三維空間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、建模與可視化[M]，武漢：武漢大學(xué)出社,2003。

篇5

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市， 3D-GIS， 三維城市模型， 層次細(xì)節(jié)模型

Abstract: the digital city construction has become the city the main goal of the information construction. This paper, from the digital city concepts and of the current our country construction of digital city, and expounds the 3 d geographic information system in digital city construction effect, the basic model framework and key technology. 3 d geographic information system will is to promote digital city construction, the city information resources sharing, ascension information resources one of the effective ways of application value.

Keywords: digital city, 3 D-GIS, three-dimensional city model, the level of detail model

中圖分類號(hào)：TN711.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

前言

數(shù)字城市是城市信息化發(fā)展的方向，是數(shù)字地球的一部分。它是物質(zhì)城市在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)空

間的再現(xiàn)和反映，是以空間信息為核心的城市信息系統(tǒng)體系。它將地理信息技術(shù)、數(shù)字化技

術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滲透到城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)方面，為政府部門、企業(yè)、社區(qū)、公眾提供

多層次、高質(zhì)量、高效率的信息服務(wù)及決策支持，以提高城市和社區(qū)建設(shè)與管理的現(xiàn)代化水

平和效率，提高人們的生活質(zhì)量。目前，我國(guó)以“數(shù)字城市”為目標(biāo)，面向城市可持續(xù)發(fā)展的

全數(shù)字化信息系統(tǒng)建設(shè)正在探索中，全國(guó)已有100 多個(gè)城市陸續(xù)展開(kāi)各自的數(shù)字城市建設(shè)計(jì)

劃。

三維地理信息是數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)空間信息。三維城市的建立能夠全方位地、直觀地給人們提供有關(guān)城市的各種具有真實(shí)感的場(chǎng)景信息，構(gòu)建出一個(gè)真實(shí)、直觀的虛擬城市環(huán)境，

為城市管理者面對(duì)復(fù)雜的城市，實(shí)施科學(xué)的、人文的、生態(tài)的規(guī)劃，提供有力的決策手段[1]。

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是三維可視化技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)

域，建立基于影像的城市三維系統(tǒng)，構(gòu)建真實(shí)、準(zhǔn)確的虛擬城市場(chǎng)景，實(shí)時(shí)互動(dòng)地評(píng)估與分

析規(guī)劃方案，為城市規(guī)劃的決策提供更加直觀與科學(xué)的依據(jù)，這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果

圖、沙盤乃至動(dòng)畫等所不能達(dá)到的，是當(dāng)今城市規(guī)劃信息化發(fā)展的重要方向。

2 數(shù)字城市建設(shè)的基本框架

數(shù)字城市有一個(gè)基本的框架，主要由三大部分組成：

1）數(shù)字城市建設(shè)的信息支撐技術(shù)。主要有遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、城市綜合功能GIS 技術(shù)、數(shù)字城市的管理信息技術(shù)、虛擬技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)技術(shù)、元數(shù)據(jù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)等，應(yīng)用這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)城市空間數(shù)據(jù)的獲取、分析、歸納與整合。

2）數(shù)字城市建設(shè)的基本內(nèi)容。首先，建立由城市空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)、城市綜合信息平

臺(tái)和城市電信基礎(chǔ)平臺(tái)組成的核心系統(tǒng)，達(dá)到共享和支持。其次，建立應(yīng)用系統(tǒng)，它們是數(shù)

字城市發(fā)揮作用的根本。第三，網(wǎng)絡(luò)與信息接入設(shè)備，它們是數(shù)字城市應(yīng)用的前端，直接面

向最終用戶。第四，政策法規(guī)與保障體系，它數(shù)字城市建設(shè)及運(yùn)行提供法律、經(jīng)濟(jì)、標(biāo)準(zhǔn)、

組織和管理等方面的保障。

3）數(shù)字城市的服務(wù)對(duì)象。包括政府、企業(yè)、社會(huì)和公眾四大類。

3 3D-GIS 簡(jiǎn)介

通常的GIS 技術(shù)提供給我們的是一個(gè)2 維視圖，稱為2D GIS。2D GIS 始于20 世紀(jì)60

年代，現(xiàn)已應(yīng)用到各行各業(yè)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。世界本來(lái)就是處于3 維空間中的，而發(fā)

展日漸成熟的2D GIS 是將現(xiàn)實(shí)世界簡(jiǎn)化為平面上2 維投影進(jìn)行操作的，本質(zhì)上是基于抽象符號(hào)的系統(tǒng)，不能給人以自然界的本質(zhì)感受。這主要是由于當(dāng)初計(jì)算機(jī)處理能力有限造成的。

隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，使得生成、顯示和操縱完

全描述目標(biāo)3D 幾何特征和屬性特征的數(shù)據(jù)成為可能，人們開(kāi)始對(duì)3D GIS 理論和實(shí)際應(yīng)用

方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。隨著應(yīng)用的深入，人們?cè)絹?lái)越多地要求從真3 維空間來(lái)處理

問(wèn)題。

3D GIS 是將3D 空間坐標(biāo)( x，y，z)作為獨(dú)立參數(shù)來(lái)進(jìn)行空間實(shí)體對(duì)象的幾何建模，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為F=f ( x，y，z)。三維GIS 不僅能表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系和垂向關(guān)系，而且也能對(duì)其進(jìn)行三維空間分析和操作，向用戶立體展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，給人以更真實(shí)的感受。

4 三維數(shù)字城市基本模型

4.1 模型的基本構(gòu)成

三維“數(shù)字城市”模型主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、三維模型、運(yùn)行環(huán)境(包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境)以及三維投影設(shè)備等幾部分組成。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：包括數(shù)字線劃數(shù)據(jù)、影像與紋理數(shù)據(jù)、數(shù)字地面模型和對(duì)象屬性數(shù)據(jù)等。

三維模型：包括地形建模、比較規(guī)則的實(shí)體建模、樹(shù)木草地建模、小品建模和特效的繪制(如火、煙霧等特效)。

運(yùn)行環(huán)境：包括服務(wù)器等硬件環(huán)境與三維基礎(chǔ)平臺(tái)(如靈圖公司的VRMAP，MultiGen-Paradigm公司的Vega等)等軟件環(huán)境。

三維投影設(shè)備：如Barco公司的三通道弧形投影系統(tǒng)。

4.2 模型的總體框架

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，城市3維地理信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)采用B/S模式，通過(guò)引入Web服務(wù)器

完成終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器的無(wú)縫鏈接，在瀏覽器環(huán)境下給用戶提供數(shù)據(jù)瀏覽、查詢服務(wù)，

系統(tǒng)總體框架。城市3維地理信息服務(wù)系統(tǒng)整個(gè)應(yīng)用體系應(yīng)由數(shù)據(jù)層、功能展示層、應(yīng)用服務(wù)層3層結(jié)構(gòu)組成。

1) 數(shù)據(jù)層

利用地形數(shù)據(jù)融合軟件將遙感影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)融合成3維的場(chǎng)景，以數(shù)據(jù)流的方式

讀取經(jīng)過(guò)高效壓縮處理的地形文件(MPT)，空間數(shù)據(jù)以O(shè)penGIS數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范WFS(WebFeature Service)和WMS(Web Map Service)提供2維數(shù)據(jù)服務(wù)。

2) 功能展示層

提供用戶界面，完成3維地理信息的瀏覽、查詢、分析以及展示等功能，并為其他增值

業(yè)務(wù)提供良好的擴(kuò)展接口，可以滿足未來(lái)業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需要。

3)應(yīng)用服務(wù)層

通過(guò)空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供3維數(shù)據(jù)服務(wù)接口，支撐各種行業(yè)應(yīng)用，如公共安全、交通

篇6

關(guān)鍵詞：三維 測(cè)量基準(zhǔn) 數(shù)字城市

中圖分類號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1 高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)建立的內(nèi)容

目前新疆已有部分城市已建立“連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”（Continuously OperatingReference Stations，簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)），各政府部門對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)說(shuō)明了該測(cè)量基準(zhǔn)的建立對(duì)于數(shù)字城市建立的意義，即通過(guò)對(duì)城市基礎(chǔ)地理信息的采集、處理、分析和供應(yīng)為數(shù)字城市建設(shè)提供基礎(chǔ)信息服務(wù)?！叭S大地測(cè)量基準(zhǔn)”是基于網(wǎng)絡(luò)的、動(dòng)態(tài)地、連續(xù)地，同時(shí)也是快速、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)。

1.1 高精度GPS網(wǎng)控制建立

GPS網(wǎng)控制建立是指利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)向用戶提供動(dòng)態(tài)的經(jīng)過(guò)檢測(cè)的不同觀測(cè)值以及有關(guān)信息。GPS定位技術(shù)應(yīng)用于城市測(cè)量，根本變革了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的布網(wǎng)方法、作業(yè)途徑和程序。GPS控制網(wǎng)系統(tǒng)具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強(qiáng)、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合厘米級(jí)大地水準(zhǔn)面的建立，為城市規(guī)劃提供全方位、全天候的數(shù)字信息服務(wù)。由基準(zhǔn)站（參考站）、系統(tǒng)中心、呼叫中心、數(shù)據(jù)通信、用戶應(yīng)用等子系統(tǒng)組成建立GPS控制網(wǎng)需要的硬件設(shè)施有：基站配備電腦及調(diào)制解調(diào)器、基站固定電話線、手機(jī)及手機(jī)卡；軟件設(shè)施有：數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、基站狀態(tài)監(jiān)控模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機(jī)。

1.2 厘米似大地水準(zhǔn)面建立

確定厘米似大地水準(zhǔn)面需要建立在GPS大地高、水準(zhǔn)高、DTM（數(shù)字地形模型）、重力數(shù)據(jù)這四個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，采用移去回復(fù)法計(jì)算重力似大地水準(zhǔn)面，然后將重力似大地水準(zhǔn)面擬合于GPS水準(zhǔn)得到實(shí)測(cè)似大地水準(zhǔn)面。其精度指標(biāo)也根據(jù)地形變化，平底似大地水準(zhǔn)面精度一般在1厘米上下波動(dòng)，而山地似大地水準(zhǔn)面精度在1～3 cm精度范圍內(nèi)皆可。由于我國(guó)多丘陵山地，地面高度起伏較大，重力資料獲取困難，為了精確似大地水準(zhǔn)面就只能從嚴(yán)控GPS和隋準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)據(jù)著手，整體考慮C級(jí)GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的技術(shù)方案和施測(cè)方法，確保GPS網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)方案、點(diǎn)位密度、觀測(cè)方法和似水準(zhǔn)面精化的目標(biāo)一致。

1.3 連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)的建立

GPS連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)是指在一定的區(qū)域內(nèi)布設(shè)一定密度的能不間斷運(yùn)行的GPS衛(wèi)星定位跟蹤站，其基本構(gòu)成為基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、監(jiān)控分析中心、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括若干永久性GPS衛(wèi)星連續(xù)觀測(cè)站跟蹤站和與之配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳輸設(shè)備，基準(zhǔn)網(wǎng)站子系統(tǒng)采集GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送至監(jiān)控分析中心，同時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和可靠程度的完好性檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)和廣播網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)。

（2）監(jiān)控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流、分發(fā)、存貯、分析，按照國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)格式或自定義專用格式向不同的用戶發(fā)送供不同需求的數(shù)據(jù)庫(kù)提供多種信息服務(wù)和監(jiān)控服務(wù)。

（3）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。是指基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、因特網(wǎng)、vast等，該系統(tǒng)運(yùn)作的最大特色是信息容量打、傳輸速率高，能有效滿足跟蹤站網(wǎng)與監(jiān)控分析中心間的海量數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)發(fā)播子系統(tǒng)。該系統(tǒng)是向用戶發(fā)送發(fā)播定位、導(dǎo)航、定時(shí)等多種數(shù)據(jù)，開(kāi)展數(shù)據(jù)服務(wù)的主要途徑。主要的數(shù)據(jù)發(fā)送手段有：因特網(wǎng)、HUF/VHF/FM/MW等無(wú)線電臺(tái)或廣播電臺(tái)、GSM/CDPD等移動(dòng)通信終端。

（5）用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。包括用戶GPS接收機(jī)，連續(xù)運(yùn)行參考框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)信號(hào)接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件和多種科學(xué)和工程應(yīng)用軟件。

2 建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的必要性

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化是我國(guó)現(xiàn)在城市化發(fā)展的重要特征，各級(jí)規(guī)劃、國(guó)土和測(cè)繪部門急需提高其提供基礎(chǔ)地理信息的能力。建立三維測(cè)量基準(zhǔn)能幫助數(shù)字城市規(guī)劃獲得更精準(zhǔn)的測(cè)繪數(shù)字信息，具有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。首先，建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)是城市發(fā)展的必然。根據(jù)聯(lián)合國(guó)人居中心預(yù)測(cè)，全球城市化水平在2025年將達(dá)到65%，而我國(guó)目前城市化水平僅達(dá)30%，我國(guó)今后十年的發(fā)展取向必然是城市化進(jìn)行加快。其次，建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)是完善基礎(chǔ)測(cè)繪的需要。測(cè)繪是城市化發(fā)展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)能提供城市平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的統(tǒng)一性和精確性，并及時(shí)更新和保存測(cè)量成果，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠服務(wù)保障。再次，建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)是建立“數(shù)字城市”的需要?！皵?shù)字城市的建立必須建立在高精度三維大地測(cè)量成果之上，高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)能為“數(shù)字城市”建立提供精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)的地理空間基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)。最后，以GPS為代表的定位技術(shù)的發(fā)展和高精度大地似水準(zhǔn)面的實(shí)現(xiàn)也說(shuō)明了高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的建設(shè)是現(xiàn)代測(cè)繪行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)對(duì)于數(shù)字城市建設(shè)的意義

建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)是建設(shè)數(shù)字城市的基礎(chǔ)工程。建立城市高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)的主要目標(biāo)是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、GNSS、現(xiàn)代大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)等技術(shù)和方法，提供移動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)連續(xù)的空間參考框架和地球動(dòng)力學(xué)參數(shù)等服務(wù)，建立平面、高程、重力場(chǎng)信息于一體的綜合性高精度城市三維基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)是數(shù)字化城市建立的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的城市平面控制系統(tǒng)難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設(shè)的需要，只有建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)才能為數(shù)字城市建設(shè)提供精度高且均勻的測(cè)繪數(shù)據(jù)服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

建立高精度三維大地測(cè)量基準(zhǔn)是城市建設(shè)測(cè)繪工作的需要，也是測(cè)繪行業(yè)發(fā)展的標(biāo)志。我國(guó)許多城市已建立了三維大地測(cè)量基準(zhǔn)，但從理論上來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前尚未對(duì)該系統(tǒng)得出一致的研究意見(jiàn)，城市空間數(shù)據(jù)的分類、集成、更新、共享與標(biāo)準(zhǔn)化還不夠成熟與完善，需要相關(guān)理論與實(shí)踐部門加強(qiáng)研究，以促進(jìn)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而惠及數(shù)字城市建設(shè)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史慧珍.數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法研究[D].清華大學(xué)，2004.

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[關(guān)鍵詞]數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量；城市三維景觀；三維建模

中圖分類號(hào)：P231.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）16-0386-01

一、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量原理

一是直接利用傳統(tǒng) GIS 中的二維線劃數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的高度屬性進(jìn)行三維建模，各建筑物表面還可加上相應(yīng)的紋理，但采用此種方法只局限于平頂建筑物重建，二是直接使用 3D 軟件，比如 AUTOCAD，3DMAX，用它們可以直接做出比較逼真的三維建模，特別是對(duì)于那些不規(guī)則的建筑物（如拱頂、圓頂、橋、門、路燈、涼亭、塔型建筑物等）和自然物（如樹(shù)木等），效果會(huì)比較好，但對(duì)于大范圍區(qū)域如果每個(gè)模型都這樣建不僅費(fèi)時(shí)，而且也不實(shí)際，還有一種方法就是利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行三維建模，采用這種方法建模速度快，自動(dòng)化程度高，三維建模的規(guī)模越大，越能顯示出其優(yōu)越性；

二、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量在城市三維景觀建模中的作用

2.1 生成城市基礎(chǔ)信息

數(shù)字線劃圖（DLG）是城市基本圖件的最主要形式，是進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等的基礎(chǔ)。數(shù)字高程模型（DEM）是建立數(shù)字城市的基礎(chǔ)信息之一，是賴以構(gòu)建城市三維景觀和進(jìn)行各種工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)信息。數(shù)字正射影像圖（DOM），根據(jù)數(shù)字高程模型對(duì)中心投影的航攝影像進(jìn)行糾正處理、消除了投影差的垂直投影的影像地圖。由于它包含地表的各種原始信息，而且通過(guò)糾正處理，比例尺和相關(guān)位置是準(zhǔn)確的，可用于城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、災(zāi)害防治以及軍事等多種領(lǐng)域。

2.2 建立城市真實(shí)三維景觀模型

城市真實(shí)三維景觀模型是根據(jù)建筑物的實(shí)際三維地理坐標(biāo)，構(gòu)建真實(shí)的城市三維景觀模型。城市真實(shí)三維景觀模型可根據(jù)大比例尺航攝影像通過(guò)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法，精確測(cè)得結(jié)構(gòu)物的空間三維坐標(biāo)，由軟件自由成建筑物的結(jié)構(gòu)模型并貼上相應(yīng)的紋理而構(gòu)成。

三、城市三維景觀建模的實(shí)現(xiàn)

1.1 數(shù)據(jù)的輸入

將 VIRTUO ZO GIS 矢量測(cè)圖模塊所測(cè)的實(shí)驗(yàn)區(qū)域的矢量圖轉(zhuǎn)化成 dxf 格式，并將其輸入到 IMAGIS 軟件中，

1.2 建筑物模型的創(chuàng)建

在 IMAGIS 軟件中，建筑物模型的創(chuàng)建有人工創(chuàng)建建筑物、自動(dòng)創(chuàng)建建筑物、用房頂線和 DEM 創(chuàng)建建筑物、三維建模、旋轉(zhuǎn)建模和隧道建模幾種方式。其中，平頂?shù)囊?guī)則建筑物可以采用自動(dòng)創(chuàng)建建筑物、人工創(chuàng)建建筑物或

用房頂線和 DEM 創(chuàng)建建筑物等方法進(jìn)行創(chuàng)建。不規(guī)則的模型可以先將線條繪出、調(diào)整好高度，用三維建模的方式創(chuàng)建。在建模時(shí)需要選擇合適的插值方法和插值個(gè)數(shù)，插值方法有兩種：線性插值可在各線條之間產(chǎn)生直面，插值個(gè)數(shù)為 1 個(gè)；樣條插值可在各線條之間產(chǎn)生曲面，最少要有三根線條，插值個(gè)數(shù)至少 2 個(gè)，一般用 3～5 個(gè)。

1.3 DEM數(shù)據(jù)的疊加

城市三維景觀模型中，為了表達(dá)建筑物與地貌的關(guān)系，需要在三維建模基礎(chǔ)上疊加對(duì)應(yīng)區(qū)域的 DEM 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地物與地貌的統(tǒng)一。

1.4 建筑物和地表紋理的粘貼

已經(jīng)創(chuàng)建好的建筑物三維模型，看上去并不真實(shí)。主要是由于建筑物的側(cè)面紋理不能從原始影像中完全提取到的緣故，因此為使建筑物看起來(lái)真實(shí)、美觀，與城市現(xiàn)有建筑物三維景觀一致，還需要對(duì)建筑物進(jìn)行紋理編輯。紋理用數(shù)碼相機(jī)拍攝獲得，并利用 Photo Shop 圖像處理軟件將圖像進(jìn)行糾正、縮放、匹配從而生成三維景觀模型的紋理。地表紋理采用航空影像處理后的正射影像圖，利用 IMAGIS 軟件的貼紋理功能，將對(duì)應(yīng)紋理貼到建筑物及地表上，形成帶有紋理的三維景觀模型。

1.5 復(fù)雜地物模型的建立

為了更準(zhǔn)確、詳盡地把城市三維景觀展示出來(lái)，還需把航片上難以獲取的比較復(fù)雜的地物包括進(jìn)來(lái)，這些復(fù)雜地物包括拱頂、圓頂、橋、門、路燈、涼亭、塔型建筑物和自然物（如樹(shù)木等），這些復(fù)雜地物可以先單個(gè)建好三維模型，然后再把單個(gè)模型插入到建好的 3D 模型中來(lái)即可。對(duì)于比較成AUTOCAD、3DMAX 等 3D 軟件來(lái)說(shuō)，進(jìn)行單個(gè)模型的建立是它們的強(qiáng)項(xiàng)，但由于建立城市三維模型的目的就是今后在 GIS 中對(duì)其進(jìn)行管理、分析、檢索、查詢以及對(duì)今后的城市建設(shè)進(jìn)行規(guī)劃，所以若采用這些 3D 軟件進(jìn)行建模還需要對(duì)其格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就會(huì)帶來(lái)更多的工作量，而且這些軟件通常為了實(shí)物的美觀其數(shù)據(jù)量也是非同小可的，比如一棵樹(shù)的數(shù)據(jù)量就有足夠的大了。因此直接采用三維可視化地理信息系統(tǒng) IMAGIS 軟件來(lái)進(jìn)行建模。用這個(gè)軟件能很方便和快速地把單個(gè)模型建立起來(lái)，對(duì)于樹(shù)的建立采用紋理建模方式來(lái)進(jìn)行，即可是一個(gè)紋理，也可用兩個(gè)交叉的紋理，通過(guò)透明度的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)其三維效果。這樣就可在不減少真實(shí)度的前提下，大大減少數(shù)據(jù)量，而且也大大提高了建模速度。

【總結(jié)】

研究基于攝影測(cè)量的城市三維景觀建模，這個(gè)過(guò)程不是一帆風(fēng)順的，也不是一蹴而就的，但這并不意味著我們就要消極應(yīng)對(duì)，而應(yīng)該運(yùn)用信息化，實(shí)現(xiàn)基于攝影測(cè)量的城市三維景觀建模的完善和發(fā)展，這也是本文的目的所在。

參考文獻(xiàn)

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[2] 傾斜攝影技術(shù)在輸電線路走廊資源快速調(diào)查中的應(yīng)用探討[J].蔡舒翔.科技資訊.2016（21）

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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(hào)：F291.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、引言

三維城市建模是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造出來(lái)的一種人工環(huán)境，它集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)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(duì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)理念、技術(shù)方法以及城市規(guī)劃的實(shí)施和管理機(jī)制具有非常重要的意義。

Virtools是由法國(guó)達(dá)索公司開(kāi)發(fā)來(lái)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(kāi)發(fā)三維場(chǎng)景游戲、三維電影、博物館虛擬場(chǎng)景、交互模擬場(chǎng)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(diǎn)。但Virtools系統(tǒng)不具備實(shí)時(shí)載入載出的功能，也不適合三維模型快速建模和動(dòng)畫制作。載入大量三維模型數(shù)據(jù)會(huì)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(chǎng)景為例，對(duì)三維場(chǎng)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(chǎng)景模型構(gòu)建

三維模型是整個(gè)Virtools平臺(tái)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(chǎng)景的逼真度。目前很多技術(shù)和軟件都可以實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景內(nèi)模型的構(gòu)建，包括3dsMax、CAD、STUCHUP、Maya等，無(wú)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(shí)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(jué)效果的重要因素。實(shí)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(shū)報(bào)亭等，其中植被需要到實(shí)地拍攝照片然后根據(jù)植被的特點(diǎn)相應(yīng)建立多面模型，最大限度的還原場(chǎng)景原植被的風(fēng)貌。模型數(shù)據(jù)一般所需存儲(chǔ)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(gè)顯著特點(diǎn)。如何在不影響視覺(jué)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(lái)表達(dá)較豐富的場(chǎng)景內(nèi)容，是可視化建模的基本規(guī)則，即簡(jiǎn)化性。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)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(duì)提高貼圖的利用率有大提高，可以大大節(jié)省三維模型場(chǎng)景的存儲(chǔ)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(shuō)。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(yáng)路、楊浦大橋－羅山路內(nèi)”，即內(nèi)環(huán)浦東部分。精細(xì)小場(chǎng)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(shí)時(shí)的場(chǎng)景計(jì)算和顯示，為了達(dá)到三維圖形顯示的實(shí)時(shí)更新，大容量三維數(shù)據(jù)的高速讀取和視點(diǎn)位置變換及飛行漫游時(shí)的快速響應(yīng)。因此對(duì)于計(jì)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(dòng)工作站這樣的具有高配置硬件的計(jì)算機(jī)才能夠運(yùn)行起來(lái)。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(wèn)題提供一些現(xiàn)實(shí)可行的方法。

要提高三維圖形的顯示速度，一般從兩個(gè)方面著手：一是壓縮數(shù)據(jù)量以縮短數(shù)據(jù)的訪問(wèn)時(shí)間，二是充分利用“越近越清晰”的視覺(jué)規(guī)律。采用縮短數(shù)據(jù)的訪問(wèn)時(shí)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(jué)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(lái)達(dá)到真實(shí)效果?！办F化”是指在計(jì)算機(jī)三維顯示中模擬遠(yuǎn)景薄霧和大氣效果，使離視點(diǎn)較遠(yuǎn)的物體開(kāi)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(shí)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(shí)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(gè)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(jué)要求的同時(shí)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(shí)間，明顯提高顯示效率。

隨著模型逐漸遠(yuǎn)離漫游視點(diǎn)， 有些細(xì)節(jié)看不清或看不見(jiàn)了， 這時(shí)可以用較少細(xì)節(jié)的粗略模型來(lái)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(dòng)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(lái)簡(jiǎn)化， 缺點(diǎn)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(jiǎn)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(gè)完整的面關(guān)聯(lián)該紋理來(lái)表現(xiàn)模型的整個(gè)側(cè)面。最后完成的低級(jí)LOD 模型的面片數(shù)不應(yīng)超過(guò)高LOD 模型的1/3。

圖1 是左面是三維建筑的第二級(jí)LOD 視圖，共有3000多個(gè)面， 而原始模型多達(dá)10000多個(gè)面，可見(jiàn)數(shù)據(jù)量小了很多， 但在視覺(jué)上它們之間并無(wú)明顯差別。

五、透明貼圖代替復(fù)雜結(jié)構(gòu)的技術(shù)

對(duì)于三維模型場(chǎng)景而言，陽(yáng)臺(tái)等附件的制作對(duì)于場(chǎng)景的真實(shí)性可視化而言有著很重要的作用。然而對(duì)于還原真實(shí)性以及可看性有重要作用的陽(yáng)臺(tái)部分結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜。有時(shí)候會(huì)走入這樣的一個(gè)誤區(qū)，覺(jué)得精細(xì)場(chǎng)景就該把建筑物的結(jié)構(gòu)全部表現(xiàn)出來(lái)。很多建筑物的主體結(jié)構(gòu)其實(shí)并不復(fù)雜，總面數(shù)在一兩千個(gè)面左右。而建筑的配件結(jié)構(gòu)，比如陽(yáng)臺(tái)，每個(gè)陽(yáng)臺(tái)至少需要4個(gè)面才能制作完成，對(duì)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(shí)軟件運(yùn)行的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。

針對(duì)這樣的情況，可以利用紋理圖片本身的特性，對(duì)于陽(yáng)臺(tái)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(yáng)臺(tái)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(yáng)臺(tái)豎直方向上的墻制作一個(gè)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(duì)于成片的高樓小區(qū)的場(chǎng)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(yáng)臺(tái)，同樣能夠表達(dá)出想要表達(dá)的陽(yáng)臺(tái)結(jié)構(gòu)。

圖2

圖3

六、結(jié)束語(yǔ)

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(lái)越廣泛的關(guān)注。同時(shí)，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(jià)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(jià)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(huì)學(xué)研究的輔助手段。

城市的發(fā)展越來(lái)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(cè)繪科技的進(jìn)步，從控制數(shù)據(jù)體量的方式來(lái)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(gè)重要環(huán)節(jié)。三維城市建模技術(shù)也會(huì)越來(lái)越成熟，必將有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王莉, 胡開(kāi)權(quán), 王陽(yáng)生，《基于Creator三維仿真建模數(shù)據(jù)規(guī)范的幾點(diǎn)探討》，[J]城市勘測(cè)，2008年01期

[2]尹言軍, 高慶強(qiáng), 劉玉春等，《動(dòng)態(tài)交互技術(shù)在虛擬城市中的應(yīng)用》，[J] 城市勘測(cè)，2008年01期

篇9

關(guān)鍵詞：三維；數(shù)字城市；skyline；模型

中圖分類號(hào)：O343.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

Design of 3D Digital City modeling proposal based of Skyline

Yang Ran

(Hebei TianYuan Geographic Information Engineering CO.LTD, Yanjiao, Langfang, 065201, China )

Abstract: According to the No.1 Bureau of China Metallurgical Geology Bureau of the Yanjiao base for the project area, using 3DMAX and skyline software, this paper proposes a complete solution for construction and display of three-dimensional digital city. Finally, the project has completed the construction, and the Tian Yuan 3D Information Management System is used for data browsing and management.

Key words: 3D; digital city; skyline; model

一、引言

隨著GIS和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市規(guī)劃和測(cè)繪管理等領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔?shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，三維數(shù)據(jù)能夠彌補(bǔ)二維數(shù)據(jù)的不足，為這些研究提供直觀的表現(xiàn)和輔助手段，讓設(shè)計(jì)人員和決策者可以在宏觀層面把握城市空間形態(tài)的要點(diǎn)和亮點(diǎn)，使城市地理、資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、等實(shí)現(xiàn)可視化、虛擬化，在規(guī)劃和管理上具有更高的效率。

二．項(xiàng)目區(qū)介紹

該項(xiàng)目區(qū)覆蓋范圍為燕郊開(kāi)發(fā)區(qū)中國(guó)冶金一局辦公區(qū)及冶金天元小區(qū)，有建筑樓群，小范圍綠地、小面積水體、球場(chǎng)、花壇及其它各種配套設(shè)施，測(cè)區(qū)總面積為0.2平方公里。

三．建模方案設(shè)計(jì)

3.1建模方案

地形數(shù)據(jù)采用DEM和DOM數(shù)據(jù)疊加，地形矢量數(shù)據(jù)輔助的方法，這樣可以顯示正射影像上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，又可以表達(dá)地表起伏的狀態(tài)。由于本次建模不是大面積建模，僅小范圍建模測(cè)試，所以建筑物模型的建立并不采用大范圍統(tǒng)一建模方式，將外業(yè)采集的建筑和地物坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3dmax中進(jìn)行建模和紋理映射，不改變其坐標(biāo)。用地面攝影獲取建筑照片，然后用Photoshop軟件進(jìn)行處理得到紋理數(shù)據(jù)，最后在3dmax進(jìn)行紋理映射。所有數(shù)據(jù)為了保持坐標(biāo)一致，均把坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式。

圖3-1建模總體架構(gòu)

3.2建模關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)獲取技術(shù)：指利用現(xiàn)有資料進(jìn)行外業(yè)測(cè)量、全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等方法獲取測(cè)區(qū)內(nèi)地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目中主要用到的是建筑、地物、綠地、道路等等的坐標(biāo)，覆蓋測(cè)區(qū)的DOM正射影像圖，紋理數(shù)據(jù)指地上建筑物和一些簡(jiǎn)單地物的照片等，紋理拍攝堅(jiān)持遵循一定規(guī)律原則。

數(shù)據(jù)處理技術(shù)：本項(xiàng)目中地形場(chǎng)景制作以DEM高程數(shù)據(jù)和DOM正射影像圖作為底圖，兩種數(shù)據(jù)均采取先預(yù)處理后使用。為了優(yōu)化場(chǎng)景需要添加了有關(guān)道路、綠地等的矢量數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)地形數(shù)據(jù)處理后獲取。此外，在具體實(shí)施中考慮各種數(shù)據(jù)格式、不同坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

三維實(shí)體建模技術(shù)，紋理映射技術(shù)：本項(xiàng)目中建模采用3dmax軟件建立各種地物模型，樓房、涼亭、球場(chǎng)等等，在紋理映射處理方面注意網(wǎng)球場(chǎng)、護(hù)欄、花壇等特殊模型貼圖的方法。

三維對(duì)象管理和分析技術(shù)：借助于優(yōu)秀的三維場(chǎng)景演示平臺(tái)來(lái)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，再現(xiàn)測(cè)區(qū)內(nèi)真實(shí)三維場(chǎng)景和預(yù)見(jiàn)規(guī)劃環(huán)境。同時(shí)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)查詢和分析，方案對(duì)比等。

四．?dāng)?shù)據(jù)處理及制作

4.1數(shù)據(jù)來(lái)源

 中國(guó)冶金一局燕郊基地國(guó)家1980坐標(biāo)系地形數(shù)據(jù)；

 來(lái)自srtm.csi.省略/公共網(wǎng)站下載的90米分辨率數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，經(jīng)緯網(wǎng)格范圍：東經(jīng)115-120度，北緯35-40度（本項(xiàng)目區(qū)地形基本沒(méi)有起伏，DEM數(shù)據(jù)僅供建模學(xué)習(xí)之用）；

 外業(yè)建筑照片采集數(shù)據(jù)；

 正射影像數(shù)據(jù)。

4.2數(shù)據(jù)制作詳細(xì)流程

4.2.1地形數(shù)據(jù)MPT文件制作

將正射影像圖和高程數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入TerraBuilder，生成MPT文件。這樣生成的場(chǎng)景地形既有正射影像中的各種地物信息，又有高程模型中的地表起伏狀態(tài)。影像圖和高程數(shù)據(jù)確保是WGS-1984坐標(biāo)。

4.2.2模型數(shù)據(jù)制作與導(dǎo)入

1.建筑模型制作。將CAD格式的單個(gè)建筑地形圖導(dǎo)入3dmax軟件，根據(jù)建筑輪廓、高度等建立模型。利用PhotoShop軟件處理外業(yè)采集的照片，對(duì)建筑進(jìn)行紋理映射。貼圖分為JPG格式和PNG格式（透明貼圖采用PNG格式）兩種，大小不能超過(guò)512×512像素，。且貼圖不能重名。模型做好后制作成XPL文件即可在TE Pro中讀取。

2.將建筑模型的中心點(diǎn)坐標(biāo)批量制作成記事本文件或Excel表格文件，添加屬性字段，導(dǎo)入ArcGIS生成shp點(diǎn)坐標(biāo)文件。屬性字段中有一個(gè)字段為存儲(chǔ)的模型文件路徑。將shp文件轉(zhuǎn)換為WGS-1984坐標(biāo)文件。

3.將模型點(diǎn)坐標(biāo)shp文件導(dǎo)入TE Pro中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)shp文件屬性字段中文件存放路徑自動(dòng)載入模型。

4.2.3地上附屬物完善

正射影像中有些地形地物光譜分辨率不夠高，看起來(lái)不夠清晰、美觀，如花壇、網(wǎng)球場(chǎng)、涼亭、池塘、鵝卵石小路等，本項(xiàng)目中為了達(dá)到真實(shí)再現(xiàn)三維場(chǎng)景的目的，把小路，花壇、池塘等地物的地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ArcGIS中制作成面狀shp文件，將shp文件導(dǎo)入TE Pro中，再填充相應(yīng)的紋理；網(wǎng)球場(chǎng)、涼亭等不規(guī)則特殊地物在3dmax中建模，然后逐個(gè)導(dǎo)入到TE Pro中，用鼠標(biāo)指定地物的精確位置。

模型導(dǎo)入完畢之后制作fly文件，用三維數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)打開(kāi)fly文件，即可瀏覽三維場(chǎng)景，查詢、分析和管理各種模型和數(shù)據(jù)。

五．?dāng)?shù)據(jù)支撐平臺(tái)功能

本項(xiàng)目采用的三維數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)為天元三維基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)V1.0。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Skyline5.1.1，開(kāi)發(fā)工具為Visual Studio2008，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C#，系統(tǒng)中采用了ArcGISEngine9.3組件庫(kù)。

通過(guò)對(duì)Skyline的二次開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)支持二維圖形瀏覽，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地表場(chǎng)景、建筑物、地下管線等信息的統(tǒng)一管理。系統(tǒng)界面如下圖5-1：

圖5-1 天元三維基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)界面

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維顯示、瀏覽、放大、縮小、查詢、飛行、定位、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、方案對(duì)比、三維量測(cè)等功能。可進(jìn)行水平量測(cè)，豎直量測(cè)，空間量測(cè)，面積量測(cè)等等；還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢定位分析，采用地下模式查看，地面開(kāi)洞分析，日照分析，斷面分析，兩點(diǎn)通視分析，視野分析等。

系統(tǒng)可以加載矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)二維數(shù)據(jù)的屬性信息自動(dòng)創(chuàng)建三維模型，如管線、綠地、道路、房屋、河流等。以管線數(shù)據(jù)為例，加載shp格式數(shù)據(jù)后，可根據(jù)管線的屬性信息（埋深、管徑、管線類別等）將二維圖像自動(dòng)轉(zhuǎn)換為三維模型。下圖5-2中所示三維管線模型即是在平臺(tái)中通過(guò)自動(dòng)創(chuàng)建管線功能獲取的。

圖5-2 開(kāi)洞分析地下三維管線數(shù)據(jù)（雨水和污水管道，數(shù)據(jù)均做了位移和修改）

人物、樹(shù)木等建立模型比較困難，又耗費(fèi)時(shí)間，若想美化場(chǎng)景加入這些元素，本系統(tǒng)支持導(dǎo)入樹(shù)木、人物等的圖片，處理成透明紋理加載到數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)可根據(jù)演示角度自動(dòng)轉(zhuǎn)換圖片方向，在視覺(jué)上可達(dá)到仿三維的效果。

六．結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一套三維數(shù)字城市建模完整的解決方案。以成熟三維地理信息開(kāi)發(fā)平臺(tái)skyline為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次處理和整合，利用數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）建立大范圍的三維場(chǎng)景，將建立的管理區(qū)域內(nèi)三維模型導(dǎo)入，并疊加二維矢量圖、地下管線圖，建立一個(gè)包含地表、地上、地下管線的三維數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)城市景觀的模擬再現(xiàn)。此數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)于建筑物的查詢、漫游、基本分析、方案規(guī)劃及效果對(duì)比等工作，使之能服務(wù)于城市宣傳、城市規(guī)劃建設(shè)、房產(chǎn)管理、旅游導(dǎo)航、行政管理、以及警用抓捕等行業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)為領(lǐng)導(dǎo)層宏觀決策提供直觀服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王杰，崔世杰，尹志永，蔡建文，深度探討三維數(shù)字城市建模理論與實(shí)現(xiàn)思路(J)，科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(1)：95.

篇10

關(guān)鍵詞：三維地理信息系統(tǒng) 數(shù)字城市 建設(shè) 應(yīng)用研究

一、數(shù)字城市和3D-GIS 的含義

（一）數(shù)字城市構(gòu)建的基本框架

數(shù)字城市的構(gòu)建主要涉及到信息支撐技術(shù)、城市建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容和服務(wù)對(duì)象等三個(gè)方面。其中信息支撐技術(shù)是數(shù)字城市構(gòu)建的技術(shù)基礎(chǔ)，主要包括的技術(shù)有地理信息系統(tǒng)技術(shù)，GPS系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字城市管理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)技術(shù)等等，這些信息支撐技術(shù)是可以有效的為數(shù)字城市提高全方位的城市空間的數(shù)據(jù)信息，為城市規(guī)范提供有利依據(jù)。數(shù)字城市建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容包括建設(shè)城市空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)、城市綜合信息平臺(tái)和城市電信基礎(chǔ)平臺(tái)，使該平臺(tái)能夠更好分發(fā)揮出數(shù)字城市的作用，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的共享和支持，同時(shí)政府的法律規(guī)范也是對(duì)數(shù)字城市建設(shè)的重要法律保障。對(duì)于數(shù)字城市的構(gòu)建中的服務(wù)對(duì)象有政府、企業(yè)、社會(huì)和公眾。

（二）3D-GIS含義

3D GIS 是一種將3D空間實(shí)體對(duì)象進(jìn)行的幾何建模，其表達(dá)的數(shù)學(xué)公式為F=f （ x，y，z），可以對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行全方位的表達(dá)，實(shí)景3D GIS是客觀世界的最直觀和最真實(shí)的寫照，對(duì)地理空間的展現(xiàn)也是非常真實(shí)的。

（三）三維地理信息系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

三維地理信息系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用具有其創(chuàng)新之處，主要體現(xiàn)在：

1、 真實(shí)性。它可以有效的打造出實(shí)際景觀效果的數(shù)字城市環(huán)境，可以將復(fù)雜的城市環(huán)境呈現(xiàn)在數(shù)字空間中。

2、參考依據(jù)。三維地理信息系統(tǒng)展現(xiàn)出的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)還可以為城管、公安、交通、招商引資等部門提供更有利的決策參考依據(jù)。

3、應(yīng)急預(yù)案。不用考慮時(shí)間、空間的限制影響，城市安全應(yīng)急部門就可以利用三維地理信息系統(tǒng)的遠(yuǎn)環(huán)境，進(jìn)行遠(yuǎn)程決策指揮。

4、資源共享性。三維地理信息系統(tǒng)打造出的實(shí)景城市環(huán)境信息可以為城市發(fā)展提供更加有價(jià)值的資源信息，便于統(tǒng)一建設(shè)、維護(hù)和管理，更有利于對(duì)城市實(shí)施科學(xué)的、人文的、生態(tài)的規(guī)劃。

二、三維數(shù)字城市的基本模型

（一）模型的基本構(gòu)成

三維地理信息系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、三維模型、運(yùn)行環(huán)境組成，其中數(shù)字線劃數(shù)據(jù)、影像與紋理數(shù)據(jù)、數(shù)字地面模型和對(duì)象屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；三維模型中有地形、花草樹(shù)木、特效方面的建模；運(yùn)行環(huán)境主要有軟、硬件方面的環(huán)境。

（二）模型的總體框架

三維“數(shù)字城市”主要通過(guò)Web服務(wù)器完成終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)數(shù)字城市中的三維城市環(huán)境信息進(jìn)行整合，從而為使用用戶提供瀏覽和查詢的服務(wù)。三維地理信息系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)層，就是利用數(shù)據(jù)流的方式將地形數(shù)據(jù)里的遙感影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)融合成3維的場(chǎng)景進(jìn)行提供；功能展示層，能夠提高三維地理信息的查詢、瀏覽、分析、展示的功能；應(yīng)用服務(wù)層，有利于對(duì)三維地理信息的城市數(shù)據(jù)進(jìn)行資源共享，更好的滿足各行各業(yè)的發(fā)展所需。

三、模型建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

（一）三維場(chǎng)景幾何模型快速生成技術(shù)

三維數(shù)字城市中的建筑物、河流、居民等實(shí)物進(jìn)行三維建模時(shí)，為了能夠提高建模的效率性，可以采用已有二維GIS數(shù)據(jù)和遙感影響數(shù)據(jù)的建模方法，這樣通過(guò)3DMAX、CAD、MultiGen等商業(yè)軟件就可以對(duì)城市進(jìn)行數(shù)字建模。

（二）可見(jiàn)性預(yù)計(jì)技術(shù)

在對(duì)城市實(shí)物場(chǎng)景進(jìn)行整合時(shí)，往往由于視線的角度問(wèn)題、方向問(wèn)題會(huì)造成對(duì)場(chǎng)景描述的缺失，同時(shí)一個(gè)實(shí)物對(duì)另一個(gè)實(shí)物的遮擋也會(huì)造成場(chǎng)景建模的局限。為此，在三維數(shù)字城市建模時(shí)必須要有一定的可見(jiàn)性判斷，主要采用的是包圍盒技術(shù)和八叉樹(shù)技術(shù)，這樣可以打造實(shí)體空間的連貫性，使三維城市數(shù)字空間的設(shè)計(jì)更為真實(shí)。

（三）多分辨率層次細(xì)節(jié)模型技術(shù)（LOD）

LOD主要是根據(jù)城市三維模型的不規(guī)則性進(jìn)行處理的不同技術(shù)方法，多分辨率層次模型主要有連續(xù)和離散LOD兩種類型，通常當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字高程模型采用的是ROAM算法時(shí)，要采用連續(xù)LOD技術(shù)繪制，這樣可以避免驅(qū)動(dòng)分裂的現(xiàn)象出現(xiàn)，便于連續(xù)網(wǎng)格的融合操作；當(dāng)數(shù)字城市中的建筑物呈現(xiàn)出不規(guī)則的幾何形體或者其表面的紋路圖像比較簡(jiǎn)化可以采用離散LOD技術(shù)繪制，這樣可以使建筑物的模型更為清晰圓滑。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)以上對(duì)三維地理信息系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行的研究分析，可見(jiàn)在未來(lái)數(shù)字城市構(gòu)建的過(guò)程中，三維地理信息系統(tǒng)將會(huì)成為其研究的重要課題。三維地理信息系統(tǒng)將會(huì)更加真實(shí)的再現(xiàn)出物質(zhì)城市中的各個(gè)方面，有效的整合空間地理信息、政務(wù)信息、通訊基礎(chǔ)設(shè)施等，使城市建模能夠更加全面，更好的便于規(guī)劃管理城市發(fā)展，提高人們的生活水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂成姝；三維場(chǎng)景中查詢功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]；大連理工大學(xué)；2003；14-16