三維城市范文

導語：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，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

隨著信息化時代和地理信息系統、虛擬城市等領域在世界各國的迅速發展，人們對城市中各種三維信息的表達與處理日益迫切，三維建模技術是通過利用三維建模軟件，根據采集到的數據所建立的各種地理實體，如：地形、建筑物、道路、水面、樹木、草地及其一些輔的設施，在虛擬三維空間建立與現實地物地貌一樣的三維模型。大規模城市三維建模工程不斷出現，不僅需要表達單個建筑物或建筑物群體，還需要建立整個城市景觀模型，并希望利用這些模型進行有關城市開發決策支持、城市的規劃設計、應急指揮、三維空間分析、污染分布仿真、土木工程等工作。近年來隨著城市三維模型越來越廣泛地應用，以及虛擬城市三維可視化、在眾多領域顯現出巨大的應用潛力，從而成為普遍關注的焦點，三維模型的表示日益成為地球空間信息在線服務的主要方式。

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，地物模型兩個大類。地形是數字城市中最重要的地理對象，是城市實體的三維空間基礎。DEM是地理信息系統中最重要的空間信息資料和進行地形分析的核心數據，也是繪制三維實體和進行地形分析的重要基礎數據。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鍵的地物，它的建模對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。綜合運用AUTOCAD，3DMAX，IMAGIS，MultigenCreator和Erdas等三維建模軟件進行三維建模工作，盡量把模型建得和實物建造的一樣。

1．2．2采用三維影像方式建模。把DEM，DOM，DLG數據與航空攝影照片進行疊加，通過全數字攝影測量系統的處理生成三維影像。

1．2．3采用GIS屬性建模。利用現有GIS系統中X、Y坐標和作為屬性數據的Z坐標值，直接生成三維模型。

2三維模型的構建與實現

2．1搜集源數據作為數字城市的基本數據內容，三維城市模型在大多數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參數的描述如幾何形狀、相片紋理與屬性等都將是三維城市模型的數據內容。利用機載GPS接收機進行數字化航空攝影測量和RS技術采集所需要的數據，通過處理制成包括：數字高程模型（DEM：DigitalElevationModel）、數字正射影像（DOM：DigitalOrthoimageMap）及地物（人工地物與自然地物）的三維模型數據（3DMD：3DModelData）、紋理數據以及文化屬性特征數據。DEM生成整個系統的三維地表模型，而DOM主要用于在三維地表上生成相應的基本紋理文化特征數據屬于GIS中的一部分，是一通過測繪技術得到的矢量數據，用于描述各種人文景觀和自然景觀，在三維地形數據庫中，這些特征數據要借助于特定三維模型和特定紋理來表達。

2．2三維模型的創建基本流程各種城市地物三維模型的創建，是三維城市模型生產最為復雜與關鍵的部分，直接決定了三維城市模型的精度與逼真度。根據現有技術條件與特點，城市場景三維模型創建的基本流程可分為四個部分：（1）基于航測立體像對三維空間點采集與三維模型的創建。這一部分工作包括立體像對上可觀測地物（主要為建筑物）三維特征點編碼與采集和三維模型的創建與編輯兩個步驟，所處理的地物類型主要為建筑物及其附屬設施：主要指房屋建筑。這一階段所創建的三維表面模型將作為后續工作的基礎與依據，也是可量測與分析三維城市模型的主體；（2）野外調繪和紋理影像采集與制作。直接在立體像對上采集并創建的三維模型只表達了城市部分地物的三維幾何結構，其逼真三維景觀的生產，需要在野外實地調繪并記錄各類地物空間與屬性信息，同時采集相關地物的紋理影像；（3）建筑物景觀模型的制作。根據前一階段采集的建筑物相關信息與紋理影像，制作建筑物各側面的紋理，制作航測階段量測不完整建筑物的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景的逼真度與可視效果為目標，有選擇地對城市地面目標進行建模與表達，主要包括：交通及其附屬設施、市政公共設施、能夠表達城市景觀特征的主要植被、景觀及游樂設施以及主要水域。上述四個生產步驟，第一個步驟為其他三個步驟的基礎，而第二個生產步驟則為最后兩個生產步驟的基礎。最后兩個生產步驟，可依次進行，也可以同時獨立進行的DEM數據和3D矢量數據，必須執行無損的數據壓縮操作，以保證數據的精度與完整；對影像數據在保證可視效果的前提下，只能以有損的JPEG壓縮方法對其行處理。

篇2

關鍵詞：CityGML 三維城市模型 數字地形模型 建筑物模型

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0028-02

三維城市模型數據的交換需要面對GIS業界歷來關注的數據異構問題，即交互的兩個系統之間存在語法、語義差異。地理標記語言（GML）封裝了空間地理參考系統，具有描述幾何拓撲、時間等信息的能力，便于地理信息的分布式存儲和交換。以GML為介質的WFS（網絡要素服務）接口規范，得到了GIS軟件廠商的廣泛支持，為異構地理信息系統之間實現了語法級的互操作。語義互操作性設想在某一領域存在對現實世界的對象及其屬性和關系的公認定義，然而目前尚未有被廣泛認可的三維城市語義模型存在。

近年來，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，而忽略了語義和拓撲層面，基本上只能用于可視化目的，對專題查詢、分析或空間數據挖掘等支持很差，可重用性有限。因此有必要采用泛化建模方法，以滿足不同應用場合的信息需求。CityGML由德國北萊茵河-威斯特伐利亞地區空間數據基礎設施三維特別興趣小組于2002年開始研發，致力于描述三維城市對象的共同語義信息，以期能成為三維城市模型數據交換格式標準。而三維城市模型標準化的研究，尚未引起國內學者的注意。

1 CityGML基本概念

1.1 細節層次模型（LOD）

Clark于1976年最初提出了細節層次模型的概念。根據處理分析和展示多源數據的需要，CityGML把描述三維城市對象的精細程度分為5個細節層次。LOD0實質上就是2.5維的DTM數據，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、紋理數據、植被對象在LOD2層次描述。LOD3層次描述建筑物的結構，包括墻、屋頂結構、陽臺等，可以把高分辨率的紋理疊加到這些結構面上。此外，交通對象、植被對象在這一層次做了更精細地描述。LOD4層次主要對房間的內部結構、門、窗、樓梯、家具等對象進行建模。

不同細節層次，點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LOD級別來評價三維城市數據集的質量。

由此可見，用戶可根據應用需求，采用不同的層次建模。在一個CityGML數據集中，同一對象可以在不同細節層次上表示，而同一個對象的不同細節層次的數據也可以分別放在兩個數據集中。細節層次模型既便于三維對象可視化展示，也便于多源數據的集成。

1.2 幾何拓撲建模

如果既要維護空間完整性又要避免對象的幾何描述數據的冗余，幾何拓撲模型是比不可少的。ISO19107標準已建立表達空間對象的幾何屬性與拓撲關系的概念。然而該標準提供了大量的建模選擇，如果建模目的僅局限于某一方面，該標準顯得太過復雜。因此基于ISO19107，CityGML采用更為緊湊易用的模型。

CityGML用邊界表達方法對專題對象的空間屬性進行幾何拓撲建模，即0～3維基本幾何元素分別為點、邊、面、立體等。邊、面、立體等基元可以相應地聚合成為弧聚合體、面聚合體、立體聚合體。CityGML要求點、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。如幾何基元內部元素必須是相離的，如果兩個元素有公共邊界，則該邊界必須是低一維的幾何基元。這些約束條件消除數據冗余，并確保拓撲關系清晰性，如任兩個立體基元之間是相離的，它們的體積即為兩者體積之和，反之若允許兩個立體基元有交叉的話，計算它們的體積將麻煩得多。

1.3 幾何語義建模

CityGML實現了對空間對象的幾何拓撲屬性和語義進行一致性建模。在語義特征方面，CityGML通過專題模型描述現實對象（如建筑物）及其屬性、層次關系等。在空間特征方面，現實對象的空間屬性即為幾何拓撲對象。CityGML模型涵蓋語義和幾何拓撲兩個層次體系，其優點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 閉合面和地下對象

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

另一個問題是地下對象和DTM的無縫集成。其一是在DTM中產生孔洞描述入口，然而DTM要描述地表面，要求不應存在孔洞。

當DTM和地下對象集成時，確保它們在入口處無縫接合，可用受約束三角網來實現，即把地下對象和地表相交形成的邊，當作DTM的邊，相交面為兩者所共有。CityGML引進了“閉合面”（ClosureSurface）這個概念，對于沒有閉合的對象，用虛擬的“閉合面”縫合，如這里提到的相交面。當計算體積時，把地下對象當作閉合實體來看待，當進行可視化時，把相交面設為不可見。

1.5 三維模型的簡化

CityGML支持對現實對象精細化描述，但并不意味著在建模時一味地盲目追求仿真、模擬原形。對于具有幾何不變性、表面材質紋理的相似性及重要的形狀和位置特征（朱慶等，2003）的現實對象，如同一種類的樹木、路燈、電桿等，CityGML采用幾何隱含的建模方法，即建立一個逼真的三維模型（保存到VRML、DXF或X3D文件中）重復使用，三維模型的定位由表達其三維空間地理位置的參考點（referencePoint）和空間姿態參數（一個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據模型和交換格式，CityGML基于ISO191XX系列標準，用GML3實現了建筑物、DTM、交通、植被、水資源、城市設施、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）來描述，一個起伏要素對象描述了某一塊地域的地形起伏。地形可以表現為規則格網（RasterRelief）、不規則三角形（TINRelief）、斷裂線（BreaklineRelief）、質點集（一系列三維點，MassPointRelief）等。斷裂線表示地形表面不連續的部分，如山脊、峽谷等，在幾何上表現為三維曲線。

在CityGML數據集中，這四種地形表現形式可以靈活組合。首先，每種類型均可在不同LOD中出現，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描述，如格網和斷裂線，或TIN、斷裂線的組合。在這種情形下，斷裂線和不規則三角網必須縫合。再次，相鄰地域的地形可以使用不同的形式表達。為便于不同地域地形的組合，每一起伏要素對象用一個二維（可含“洞”）多邊形來指定它的有效范圍，這種方法便于對不同精度的地形進行拼合（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下的類及其關系，圖3給出四種細節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把它當作抽象“建筑物對象”。另外，一個Building對象可以是一個復雜建筑物對象（BuildingComplex）的一部分。

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

在LOD2層次，已可以清晰分辨建筑物的各個面，如屋頂、墻、地板等。為消除數據冗余，表達它們空間屬性的面幾何體，同時又為表達整個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。一個LOD2建筑物的幾何形狀，可由多個立體聚合體和面聚合體組成。此外，一個LOD2的建筑物還可能包括煙囪、陽臺、天線等，用BuildingInstallation表示。CityGML對這類設施的幾何形狀類型沒有作限制，用ObjectGeometry類來描述。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類對象來表達，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據集直接引用它的對象實例。

LOD4對LOD3進一步作了補充，添加了對建筑物內部結構的描述，如“房間”為天花板、內墻、地板等面“包”住。多個房間聚合成“房間組合體”（GroupOfRooms），房間之內放置家具（Building_Furnitures）、附屬設施等。CityGML區分二者的準則是前者是房間內可移動的部分，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，門在拓撲意義上連接了兩個鄰接的房間，即表示門的面體在幾何意義上是兩個房間幾何體的邊界之一部分（圖3）。

3 建模實例

CityGML目前主要在德國的柏林等幾個城市得到了應用。柏林市建設了一個虛擬三維城市模型系統，其系統數據庫基于CityGML的邏輯結構設計，用于存儲和管理三維數據，目前主要有以下類型的數據： （1）地籍數據。（2）航空影像。（3）DTM（數字地型模型），20 m精度部分作為框架數據，高分辨率DTM作為三維城市模型的核心數據，特殊地區用TIN建模。（4）建筑物模型數據，在大約250 km2范圍內采用激光掃描或攝像測量方法對建筑物進行三維重建，LOD3、LOD4層次的數據主要通過CAD或3D MAX等工具建模，然后再轉換成為CityGML格式。

CityGML開發人員也做了一些應用于災害管理方面的建模實驗，如在洪水淹沒仿真時，評估人員可以根據樓層的高度和樓層的地下部分，評估建筑物的受損程度；利用建筑物內部拓撲結構圖，求解水、煙氣等的通路，用經典的最短路徑算法來計算逃生路徑等。對于每一個建筑物而言，在三維模型中把它當作一個cityObjectMember看待，它的空間屬性可以用不同LOD2層次的數據來描述。

4 結語

CityGML致力于提供三維城市模型數據標準，使人們避免針對不同的應用進行大量的重復建模工作，便于在網絡環境下實現三維數據的交換與互操作。CityGML開發小組于2005年向OGC提交了0.3.0版本的討論稿，今年9月份在其網站上已經了0.4.0版本，其專題模型還在完善之中。CityGML被OGC評為GML最佳實踐項目，預計將很快成為OGC的一項標準。為使WFS規范支持CityGML，OGC已經開始做了相關的實驗。波恩大學制圖與地理信息學院向OGC提交了W3DS（Web 3D Service）規范的討論稿，或許CityGML會像GML一樣，成為W3DS服務的傳輸介質。

在軟件支持方面，目前LandXplorer等軟件可編輯并對CityGML進行三維可視化展示；英國Snowflake軟件公司的GO Publisher，是一款WFS服務器軟件，可以從關系數據庫中把三維模型數據直接成為CityGML數據。目前一些主流GIS軟件已經部分支持GML文件的讀取，如ArcGIS9等，可以期待當CityGML成為OGC標準之后，將會得到更多GIS平臺軟件的支持。

參考文獻

篇3

近日，記者采訪石家莊市城鄉規劃局等單位了解到，石家莊市根據國家、省、市的明確要求和規劃管理的實際需要，于2016年5月完成了地下綜合管線普查建庫和建立三維管線信息平臺工作，已完成“一張圖（現狀與規劃管線）”、“一個平臺（三維管線信息平臺）”和“一個機制（管線更新與共享應用）”的建設，解決了傳統的地下管線資料管理難、更新難、應用難問題，消除了管線“孤島”，實現了地下管線從規劃到設計、施工、竣工入庫的全生命周期管理，為地下管線的規劃、實施和應用提供了數據支撐和技術保障，從而更好地服務民生，提高生活的便捷性和城市的宜居性。

普查建庫：規范完備

全面普查，摸清“家底”，清楚掌握地下管網具體情況，才能應用信息技術實現管線規劃、設計、施工、運維管理的科學化、制度化，確保城市的正常運行。據悉，本次地下管線普查覆蓋面積約300平方公里，普查敷設管線的道路長度950公里，普查管線長度超過1.2萬公里。

“管線數據庫的規范性、完備性非常好，系統采用了三維技術、地理信息等技術和大數據理念，全面整合了管數據、地形圖數據、影像數據、實景三維數據和規劃成果數據，實現了管線從規劃、設計施工到竣工入庫的全生命周期的管理?！必撠煿芫€系統運行的石家莊市城市規劃信息中心工作人員介紹。石家莊市于2013年5月1日開始，將全市所有空間數據均統一到2000國家大地坐標系，為該項目空間數據的集成、融合、應用奠定了基礎；2015年石家莊市應用傾斜攝影技術，采集了130平方公里的實景三維數據，為地上地下三維一體化管理奠定了數據基礎；2004年起創造性的建立了帶屬性的地形圖數據庫（即給所有建筑賦予諸如建筑性質、基地面積、層數、總面積、道路等與規劃相關的屬性信息；給道路賦予等級、長度、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據保障；2009年起在測制地形圖的同時根據最新國標采集城市現狀用地界線，從地形圖即可直接提取諸如單位界限、小區界限等邊界，為管線事故分析提供了數據支撐。

目前，普查成果已服務于城市規劃、專業管線公司、設計公司和其它有關部門，應用到綜合管線規劃、海綿城市等規劃編制和南二環東延等市政工程方案設計及管線的日常管理中。平臺對地下管線的科學規劃、建設和日常管理提供了良好的支撐。

全生命周期管理：科學高效

據工作人員介紹，平臺除滿足日常規劃管理需要外，重點強化了三個理念：全生命周期理念、共享理念和輔助決策理念。同時，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，指的是實現管線“規劃-設計-施工-更新”全方位管理，可提高管線的設計質量，確保管線數據庫的現勢性，降低管線事故的發生。

在共享方面，平臺創新了管線數據共享方式：通過專網接入平臺的專業公司、設計單位或政府部門，可根據授權調用部分或所有種類的管線，并可應用系統“管線合理布設區間分析”等功能進行管線路由設計，同時能夠把設計成果導出，改變了過去專業公司只掌握本部門管線的弊端，提高了管線規劃設計的質量和可行性。

通過三維管線系統，可實現城市地下管線的精細化管理，減少管線事故的發生，提高城市決策的科學性。例如，調取管線三維數據，可以很方便地了解管線的方位、管徑、埋深、敷設時間、所屬單位等信息，能夠自動、直觀顯示管線間距和國家標準規范要求的間距間的差值。同時，三維GIS技術對管線事故可實現快速定位、處置（關閉閥門），并能夠分析受影響區域內的單位、人口等信息，為城市應急搶險提供保障。

石家莊三維管線信息平臺于2016年4月15日通過專家組的驗收，“整體達到國內同類領先水平”。平臺榮獲2016年中國地理信息產業優秀工程金獎，入選2016年度河北省電子政務、智慧城市優秀案例。

據石家莊市城鄉規劃局副局長楊若威介紹，平臺將集成地下人防、綜合管廊、地鐵線路、地下商業等地下設施，實現地下空間的一體化管理，是“智慧石家莊”的重要組成部分?！拔磥碛袃纱笈Ψ较颍菏紫?，深化物聯網應用，引入傳感器、控制器等，實現管線智能化的‘監測-預警-處置’；其次，應用大數據，深入分析城市需求與潛力，規劃好應用好地下空間，保障城市正常運維，更好服務民生?！?/p>

記者手記：

記者在石家莊正定新區地下管廊進行了參觀，發現這里的管線都布置得井井有條，所有管線都列入了監控，整個管廊盡收眼底，使管線的運維更加方便、科學、高效。

篇4

關鍵詞：激光掃描：點云；城市設計

中圖分類號：TN249

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0422(2009)05-0161-02

城市設計側重城市中各種關系的組合，建筑、交通、開放空間、綠化體系、文物保護等城市子系統交叉綜合，聯結滲透，是一種整合狀態的系統設計。它的對象范圍很廣，不同對象范圍城市設計的要求與內容也不一樣。當城市設計中涉及到街區和保留主要建筑時，測繪和記錄其完備的資料是非常重要的。

1　三維激光掃描技術的介入

2008年3月，南京大學建筑學院承擔了拉薩市東城區江蘇大道城市設計的工作。項目中主要解決視線走廊的問題。江蘇大道線形西向直指布達拉宮，在視覺上與布達拉宮的聯系十分鮮明。江蘇大道對布達拉宮有著良好的視覺線路，在江蘇大道城市設計的建筑控高中，應繼續保持對布達拉宮的可視性。而現狀非常復雜，大部分建筑需要保留，同時新建的違章建筑嚴重影響了視線的貫通。由于沒有完備的建筑設計圖紙資料，我們需要采集江蘇大道兩側建筑的詳細信息，為以后的城市設計提供依據。涉及采集信息的街道長度為2300m，采用傳統的測量_方法已經很難滿足工作的要求，而且費時費力。

三維激光掃描技術又稱實景復制技術，能夠完整并高精度地重建掃描實物及快速獲得原始測繪數據，重構整個建筑的全方位立體空間，包括建筑周圍的環境。它可以完整描述建筑物的每一個關鍵要素，因此為建筑保護與更新提供了真實準確的三維模型。它已廣泛應用于土地勘察、古建筑修復、文物保護、工廠改造、動漫制作等領域。三維激光掃描的核心原理是激光測距，即通過測量兩點間激光傳輸所需時間求得間距。對掃描對象表面進行密集多點測距，即可獲得掃描對象的完整三維空間信息。它的基本工作原理是將激光發射器、回光感應器集成在一個鏡頭中，再以鏡頭為極坐標系原點，控制鏡頭按照預設夾角圍繞水平、垂直兩個軸旋轉：按照一定時間間隔依次記錄激光反射到回光感應器的數據，即可獲得周圍空間環境的多點測距采樣。掃描獲得的每點數據由3部分構成：方位角、距離、回光強度。典型的激光掃描儀一站全景掃描即可采集周圍環境中超過一千萬個點的三維坐標，如此海量的、有組織的點集被形象地稱為“點云”(Point Cloud)，點云數據能以坐標測量、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　數據的采集

在拉薩市東城區江蘇大道城市設計中，我們采用三維激光掃描儀對江蘇大道兩側的建筑進行測量，快速采集建筑物和街道的精確數據，這樣就大大減少了工作量。掃描獲得的三維點云包含所有建筑細部的坐標信息，可在電腦中隨意移動、翻轉、切片，便于測量，更可與原有的CAD圖紙進行比對修改。項目中采用的是徠卡中遠型三維激光掃描儀Scanstation 2，它的掃描距離可達300m，掃描精度達到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　掃描站點設計

一般來說三維激光掃描儀很難從一個方向掃描一次便可得到目標的完整點云數據，為了獲得建筑物表面的全方位點云數據，必須分多次進行數據的掃描，在不同的方向不同的角度掃描場景。掃描前需制定出合理的站點設置方案。站點設置的合理，可以顯著減少掃描的工作量。在項目中，江蘇大道的寬度為38m，兩側的建筑物間距較大。各站點之間的間距可以較大，充分發揮這款掃描儀的特點。各站掃描平均耗時1小時?？傆嫆呙钑r間約30個小時，大大減少了室外測量的工作。

2.2　掃描精度控制

掃描的點云數據量巨大，不能夠對所有的目標進行巨細的掃描。需要根據不同的目標，調整掃描精度。掃描儀會根據軟件環境設置的參數自動進行掃描，無需人工干預。項目中需要重點掃描的建筑物主要位于江蘇大道的西側，掃描精度較高。東側多為農田，掃描精度較低，且各站點之間的距離較大。

2.3　點云數據拼接

每站掃描點云都是以掃描儀位置為零點的局部坐標系，亦即每次經掃描而得到的點云數據的坐標系是獨立和不關聯的。但實際上每幅點云陣數據都是掃描場景的一部分，就有必要將這些點云數陣據轉換到同一坐標系里，所以要對得到的點云數據進行拼接匹配。掃描時在場地中設置標靶，使得各站掃描結果中均兩兩包含三個以上的不共線同名標靶，再以其中一站的坐標為基準逐一對齊。Cyclone軟件可以自動識別標靶控制點，對各站數據進行拼接。

3　數據的處理

3.1　點云數據的預處理

在非接觸三維掃描測量過程中，受測量方式、被測量物體材料性質、外界干擾等因素的影響，不可避免地會產生誤差很大的點(噪聲點)。因此在數據處理的第一步，就應利用相關軟件除去那些誤差大的噪聲點。在Cyclone軟件中，于各個視圖中選取主要對象外的噪聲點，一一進行刪除，最后提取主要對象。這樣可以減少數據量，因為掃描的點云數據量很大，如果不進行處理，會影響計算機的運行速度。

3.2　點云數據在CAD中的處理

在Cyclone軟件環境下對三維點云數據進行優化處理后，可以和AutoCAD進行交互工作。主要有以下兩種方式。

(1)由于點云數據量巨大，一般電腦運行起來比較困難。首先在Cyclone軟件中進行分塊，然后將點云數據保存為*.dxf通用交換格式，在AutoCAD中打開點云數據文件，分別繪圖。首先需要調整視圖和坐標系，繪制出建筑的立面線框圖，需細致繪制的部位，可以精確捕捉點繪出。

(2)利用Cyclone軟件在AutoCAD中的插件CloudWorx進行交互工作，優點在于電腦運行比較快，可以利用插件的功能對點云進行多方面的操作，也可以繪制建筑的立面線框圖。局限性在于受軟件版權的限制，只能在一臺電腦上操作，不利于集體配合。

在拉薩市東城區江蘇大道城市設計中，采用第二種操作方式，將原有地形圖和設計后的圖紙采用外部調用的方式，在AutoCAD中與點云數據對齊，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，也是一種成果表達工具。三維激光掃描可以獲得街道全方位的立體空間，同時點云數據在Cyclone中可以進行動態的演示和觀察，對街道進行實時的空間感受，為設計者提供了有利的設計依據。

利用點云進行三維建模的方法主要有兩種：在Cyclone軟件中利用點云數據直接建模和依照點云繪制的CAD圖紙進行建模。設計中，在AutoCAD利用掃描的點云數據精確測量出保留建筑的高度，建立簡單的體塊模型。同時把沿街的新建建筑和布達拉宮的模型在AutoCAD中進行準確定位，使模型和點云的坐標一致，然后導人掃描出的街道環境中。選取重要的道路節點觀察是否能夠看到布達拉宮，對設計進行指導。在成果表達方面，可以進行設計成果前后的對比，對最終的城市設計進行評價。

4　結語

三維激光掃描系統是一項新興的測量技術，結合城市和建筑應用來看，它的應用領域十分廣泛。對于城市精細空間數據的采集以及如何根據數據用三維立體模型表達空間信息，在技術、設備以及開發應用方面還有很多問題值得探討和研究。

參考文獻：

[1]李清泉，三維空間數據的實時獲取、建模與可視化[M]，武漢：武漢大學出社,2003。

篇5

關鍵詞：數字城市， 3D-GIS， 三維城市模型， 層次細節模型

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：TN711.5文獻標識碼：A 文章編號：

前言

數字城市是城市信息化發展的方向，是數字地球的一部分。它是物質城市在數字網絡空

間的再現和反映，是以空間信息為核心的城市信息系統體系。它將地理信息技術、數字化技

術和網絡技術滲透到城市經濟和社會生活的各個方面，為政府部門、企業、社區、公眾提供

多層次、高質量、高效率的信息服務及決策支持，以提高城市和社區建設與管理的現代化水

平和效率，提高人們的生活質量。目前，我國以“數字城市”為目標，面向城市可持續發展的

全數字化信息系統建設正在探索中，全國已有100 多個城市陸續展開各自的數字城市建設計

劃。

三維地理信息是數字城市的重要基礎空間信息。三維城市的建立能夠全方位地、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息，構建出一個真實、直觀的虛擬城市環境，

為城市管理者面對復雜的城市，實施科學的、人文的、生態的規劃，提供有力的決策手段[1]。

由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是三維可視化技術應用的主要領

域，建立基于影像的城市三維系統，構建真實、準確的虛擬城市場景，實時互動地評估與分

析規劃方案，為城市規劃的決策提供更加直觀與科學的依據，這是傳統手段如平面圖、效果

圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的，是當今城市規劃信息化發展的重要方向。

2 數字城市建設的基本框架

數字城市有一個基本的框架，主要由三大部分組成：

1）數字城市建設的信息支撐技術。主要有遙感技術、全球定位系統(GPS)、地理信息系統技術、城市綜合功能GIS 技術、數字城市的管理信息技術、虛擬技術、數據庫建設技術、元數據和寬帶網絡等，應用這些技術可以實現城市空間數據的獲取、分析、歸納與整合。

2）數字城市建設的基本內容。首先，建立由城市空間基礎信息平臺、城市綜合信息平

臺和城市電信基礎平臺組成的核心系統，達到共享和支持。其次，建立應用系統，它們是數

字城市發揮作用的根本。第三，網絡與信息接入設備，它們是數字城市應用的前端，直接面

向最終用戶。第四，政策法規與保障體系，它數字城市建設及運行提供法律、經濟、標準、

組織和管理等方面的保障。

3）數字城市的服務對象。包括政府、企業、社會和公眾四大類。

3 3D-GIS 簡介

通常的GIS 技術提供給我們的是一個2 維視圖，稱為2D GIS。2D GIS 始于20 世紀60

年代，現已應用到各行各業，產生巨大的經濟效應。世界本來就是處于3 維空間中的，而發

展日漸成熟的2D GIS 是將現實世界簡化為平面上2 維投影進行操作的，本質上是基于抽象符號的系統，不能給人以自然界的本質感受。這主要是由于當初計算機處理能力有限造成的。

隨著計算機圖形圖像學、計算機可視化技術以及相關學科的發展，使得生成、顯示和操縱完

全描述目標3D 幾何特征和屬性特征的數據成為可能，人們開始對3D GIS 理論和實際應用

方面進行了有益的探索和實踐。隨著應用的深入，人們越來越多地要求從真3 維空間來處理

問題。

3D GIS 是將3D 空間坐標( x，y，z)作為獨立參數來進行空間實體對象的幾何建模，其數學表達式為F=f ( x，y，z)。三維GIS 不僅能表達空間對象間的平面關系和垂向關系，而且也能對其進行三維空間分析和操作，向用戶立體展現地理空間現象，給人以更真實的感受。

4 三維數字城市基本模型

4.1 模型的基本構成

三維“數字城市”模型主要由基礎數據、三維模型、運行環境(包括硬件環境和軟件環境)以及三維投影設備等幾部分組成。

基礎數據：包括數字線劃數據、影像與紋理數據、數字地面模型和對象屬性數據等。

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

運行環境：包括服務器等硬件環境與三維基礎平臺(如靈圖公司的VRMAP，MultiGen-Paradigm公司的Vega等)等軟件環境。

三維投影設備：如Barco公司的三通道弧形投影系統。

4.2 模型的總體框架

根據系統的設計目標，城市3維地理信息服務系統應采用B/S模式，通過引入Web服務器

完成終端與數據服務器的無縫鏈接，在瀏覽器環境下給用戶提供數據瀏覽、查詢服務，

系統總體框架。城市3維地理信息服務系統整個應用體系應由數據層、功能展示層、應用服務層3層結構組成。

1) 數據層

利用地形數據融合軟件將遙感影像數據和高程數據融合成3維的場景，以數據流的方式

讀取經過高效壓縮處理的地形文件(MPT)，空間數據以OpenGIS數據服務接口規范WFS(WebFeature Service)和WMS(Web Map Service)提供2維數據服務。

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

業務提供良好的擴展接口，可以滿足未來業務擴展的需要。

3)應用服務層

通過空間數據網絡提供3維數據服務接口，支撐各種行業應用，如公共安全、交通

篇6

關鍵詞：三維 測量基準 數字城市

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0255-01

1 高精度三維大地測量基準建立的內容

目前新疆已有部分城市已建立“連續運行參考站網絡系統”（Continuously OperatingReference Stations，簡稱CORS系統），各政府部門對基礎設施的建設說明了該測量基準的建立對于數字城市建立的意義，即通過對城市基礎地理信息的采集、處理、分析和供應為數字城市建設提供基礎信息服務?！叭S大地測量基準”是基于網絡的、動態地、連續地，同時也是快速、高精度地獲取空間數據和地理特征的現代信息基礎。

1.1 高精度GPS網控制建立

GPS網控制建立是指利用現代計算機、數據通信和互聯網組成網絡，及時向用戶提供動態的經過檢測的不同觀測值以及有關信息。GPS定位技術應用于城市測量，根本變革了傳統測量技術的布網方法、作業途徑和程序。GPS控制網系統具有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性強、費用低廉等優點，并結合厘米級大地水準面的建立，為城市規劃提供全方位、全天候的數字信息服務。由基準站（參考站）、系統中心、呼叫中心、數據通信、用戶應用等子系統組成建立GPS控制網需要的硬件設施有：基站配備電腦及調制解調器、基站固定電話線、手機及手機卡；軟件設施有：數據庫管理模塊、基站狀態監控模塊、無線數據模塊數據通訊管理模塊；最后還有接受GPS信息的RTK機。

1.2 厘米似大地水準面建立

確定厘米似大地水準面需要建立在GPS大地高、水準高、DTM（數字地形模型）、重力數據這四個數據基礎之上，采用移去回復法計算重力似大地水準面，然后將重力似大地水準面擬合于GPS水準得到實測似大地水準面。其精度指標也根據地形變化，平底似大地水準面精度一般在1厘米上下波動，而山地似大地水準面精度在1～3 cm精度范圍內皆可。由于我國多丘陵山地，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面就只能從嚴控GPS和隋準測量的數據著手，整體考慮C級GPS網和水準網的技術方案和施測方法，確保GPS網和水準網技術方案、點位密度、觀測方法和似水準面精化的目標一致。

1.3 連續運行參考系統的建立

GPS連續運行參考系統是指在一定的區域內布設一定密度的能不間斷運行的GPS衛星定位跟蹤站，其基本構成為基準站網子系統、監控分析中心、數據傳輸子系統、數據發播子系統、用戶應用子系統。

（1）基準網站子系統。該系統包括若干永久性GPS衛星連續觀測站跟蹤站和與之配套的數據預處理和傳輸設備，基準網站子系統采集GPS衛星觀測數據并將數據輸送至監控分析中心，同時提供系統運行狀態和可靠程度的完好性檢測數據，通過通信網絡和廣播網絡向用戶提供服務。

（2）監控分析中心。該中心接收各種跟蹤站傳輸回來的數據，通過計算機局域網進行數據分流、分發、存貯、分析，按照國際通用的標準格式或自定義專用格式向不同的用戶發送供不同需求的數據庫提供多種信息服務和監控服務。

（3）數據傳輸子系統。是指基準站數據通過有線或無線通信網絡傳輸至監控分析中心。其中，隨不同的條件可采用數字數據網、因特網、vast等，該系統運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與監控分析中心間的海量數據傳輸。

（4）數據發播子系統。該系統是向用戶發送發播定位、導航、定時等多種數據，開展數據服務的主要途徑。主要的數據發送手段有：因特網、HUF/VHF/FM/MW等無線電臺或廣播電臺、GSM/CDPD等移動通信終端。

（5）用戶應用子系統。包括用戶GPS接收機，連續運行參考框架網的數據服務信號接收機，數據處理軟件和多種科學和工程應用軟件。

2 建立城市高精度三維大地測量基準的必要性

數字化、網絡化、信息化是我國現在城市化發展的重要特征，各級規劃、國土和測繪部門急需提高其提供基礎地理信息的能力。建立三維測量基準能幫助數字城市規劃獲得更精準的測繪數字信息，具有傳統測量技術不可比擬的優越性。首先，建立城市高精度三維大地測量基準是城市發展的必然。根據聯合國人居中心預測，全球城市化水平在2025年將達到65%，而我國目前城市化水平僅達30%，我國今后十年的發展取向必然是城市化進行加快。其次，建立城市高精度三維大地測量基準是完善基礎測繪的需要。測繪是城市化發展的支持和保障，建立城市高精度三維大地測量基準能提供城市平面坐標系統和高程系統的統一性和精確性，并及時更新和保存測量成果，為經濟建設提供可靠服務保障。再次，建立城市高精度三維大地測量基準是建立“數字城市”的需要?！皵底殖鞘械慕⒈仨毥⒃诟呔热S大地測量成果之上，高精度三維大地測量基準能為“數字城市”建立提供精準、動態的地理空間基礎框架數據。最后，以GPS為代表的定位技術的發展和高精度大地似水準面的實現也說明了高精度三維大地測量基準的建設是現代測繪行業發展的必然趨勢。

3 建立高精度三維大地測量基準對于數字城市建設的意義

建立高精度三維大地測量基準是建設數字城市的基礎工程。建立城市高精度三維大地測量基準的主要目標是運用網絡、GNSS、現代大地測量、地球動力學等技術和方法，提供移動定位、動態連續的空間參考框架和地球動力學參數等服務，建立平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基準。數據是數字化城市建立的物質基礎，隨著城市建設規模的擴大，傳統的城市平面控制系統難以滿足城市空間地理信息的采集和工程建設的需要，只有建立高精度三維大地測量基準才能為數字城市建設提供精度高且均勻的測繪數據服務。

4 結語

建立高精度三維大地測量基準是城市建設測繪工作的需要，也是測繪行業發展的標志。我國許多城市已建立了三維大地測量基準，但從理論上來說，我國目前尚未對該系統得出一致的研究意見，城市空間數據的分類、集成、更新、共享與標準化還不夠成熟與完善，需要相關理論與實踐部門加強研究，以促進測繪行業的發展，進而惠及數字城市建設與國家經濟發展。

參考文獻

[1] 史慧珍.數字城市規劃的技術方法研究[D].清華大學，2004.

篇7

[關鍵詞]數字攝影測量；城市三維景觀；三維建模

中圖分類號：P231.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）16-0386-01

一、數字攝影測量原理

一是直接利用傳統 GIS 中的二維線劃數據及其相應的高度屬性進行三維建模，各建筑物表面還可加上相應的紋理，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，特別是對于那些不規則的建筑物（如拱頂、圓頂、橋、門、路燈、涼亭、塔型建筑物等）和自然物（如樹木等），效果會比較好，但對于大范圍區域如果每個模型都這樣建不僅費時，而且也不實際，還有一種方法就是利用數字攝影測量技術進行三維建模，采用這種方法建模速度快，自動化程度高，三維建模的規模越大，越能顯示出其優越性；

二、數字攝影測量在城市三維景觀建模中的作用

2.1 生成城市基礎信息

數字線劃圖（DLG）是城市基本圖件的最主要形式，是進行規劃、設計、管理等的基礎。數字高程模型（DEM）是建立數字城市的基礎信息之一，是賴以構建城市三維景觀和進行各種工程設計的基礎信息。數字正射影像圖（DOM），根據數字高程模型對中心投影的航攝影像進行糾正處理、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，而且通過糾正處理，比例尺和相關位置是準確的，可用于城市規劃、環境保護、資源調查、災害防治以及軍事等多種領域。

2.2 建立城市真實三維景觀模型

城市真實三維景觀模型是根據建筑物的實際三維地理坐標，構建真實的城市三維景觀模型。城市真實三維景觀模型可根據大比例尺航攝影像通過數字攝影測量方法，精確測得結構物的空間三維坐標，由軟件自由成建筑物的結構模型并貼上相應的紋理而構成。

三、城市三維景觀建模的實現

1.1 數據的輸入

將 VIRTUO ZO GIS 矢量測圖模塊所測的實驗區域的矢量圖轉化成 dxf 格式，并將其輸入到 IMAGIS 軟件中，

1.2 建筑物模型的創建

在 IMAGIS 軟件中，建筑物模型的創建有人工創建建筑物、自動創建建筑物、用房頂線和 DEM 創建建筑物、三維建模、旋轉建模和隧道建模幾種方式。其中，平頂的規則建筑物可以采用自動創建建筑物、人工創建建筑物或

用房頂線和 DEM 創建建筑物等方法進行創建。不規則的模型可以先將線條繪出、調整好高度，用三維建模的方式創建。在建模時需要選擇合適的插值方法和插值個數，插值方法有兩種：線性插值可在各線條之間產生直面，插值個數為 1 個；樣條插值可在各線條之間產生曲面，最少要有三根線條，插值個數至少 2 個，一般用 3～5 個。

1.3 DEM數據的疊加

城市三維景觀模型中，為了表達建筑物與地貌的關系，需要在三維建?；A上疊加對應區域的 DEM 數據，實現地物與地貌的統一。

1.4 建筑物和地表紋理的粘貼

已經創建好的建筑物三維模型，看上去并不真實。主要是由于建筑物的側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真實、美觀，與城市現有建筑物三維景觀一致，還需要對建筑物進行紋理編輯。紋理用數碼相機拍攝獲得，并利用 Photo Shop 圖像處理軟件將圖像進行糾正、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，將對應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 復雜地物模型的建立

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

【總結】

研究基于攝影測量的城市三維景觀建模，這個過程不是一帆風順的，也不是一蹴而就的，但這并不意味著我們就要消極應對，而應該運用信息化，實現基于攝影測量的城市三維景觀建模的完善和發展，這也是本文的目的所在。

參考文獻

[1] 智慧城市建設的N種模式[J].黎林峰.中國建設信息化.2017（03）

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

篇8

關鍵詞：精細三維城市模型;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文獻標識碼：A 文章編號：

一、引言

三維城市建模是采用虛擬現實技術構造出來的一種人工環境，它集先進的計算機技術、測量與傳感技術、渲染技術等為一體，是數字地球的重要組成部分和發展方向。三維城市為了城市規劃、建設、管理與服務的決策和調控手段，對城市規劃設計理念、技術方法以及城市規劃的實施和管理機制具有非常重要的意義。

Virtools是由法國達索公司開發來解決全球交互三維系統，其三維引擎已成為微軟Xbox認可系統。以此作為基礎可以開發三維場景游戲、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，具有方便易用、應用領域廣、效果逼真等特點。但Virtools系統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據會出現系統崩潰和死機的情況。本文以上海市陸家嘴精細小場景為例，對三維場景模型構建、模型數據量的控制進行研究。

二、三維場景模型構建

三維模型是整個Virtools平臺的基礎，模型質量的好壞直接影響到運行的效果和場景的逼真度。目前很多技術和軟件都可以實現虛擬場景內模型的構建，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運行服務的，必須遵循真實性、運行流暢性和規范性原則。

為更加逼真地表達研究區域的特征，模型制作一般分為建筑物、地面、道路、環境小品四類，其中環境小品是提升整體視覺效果的重要因素。實際上，三維仿真系統中往往不能達到面面俱到，主要制作內容包括有路燈、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植被的特點相應建立多面模型，最大限度的還原場景原植被的風貌。模型數據一般所需存儲空間較大，尤其研究區域是大面積擁有較多高層的CBD區域。 所以，海量數據是三維仿真系統的一個顯著特點。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較豐富的場景內容，是可視化建模的基本規則，即簡化性。根據實際工作經驗得出，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、復雜的建筑要控制在5000面以下，而且要考慮層次細節的使用。模型貼圖可重復化使用對提高貼圖的利用率有大提高，可以大大節省三維模型場景的存儲空間。規范性主要體現在模型貼圖命名、模型命名、模型建設方法等方面。有必要形成相關的技術指標文本。

三、區域概況

上海的陸家嘴街道位于浦東新區西北部，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。繁華的陸家嘴地區又有大陸家嘴、小陸家嘴、陸家嘴金融貿易區之說。小陸家嘴：“浦東南路、東昌路內”，陸家嘴金融貿易區：“南浦大橋－龍陽路、楊浦大橋－羅山路內”，即內環浦東部分。精細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、快速構模方法：制作LOD

數字三維景觀模型數據量大，三維環境復雜，系統運行需要進行實時的場景計算和顯示，為了達到三維圖形顯示的實時更新，大容量三維數據的高速讀取和視點位置變換及飛行漫游時的快速響應。因此對于計算機的內存、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行三維數據，那將產生災難性的結果，乃至系統崩潰死機。故此通常情況下都是需要服務器或者是移動工作站這樣的具有高配置硬件的計算機才能夠運行起來。這使得數字三維的應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：一是壓縮數據量以縮短數據的訪問時間，二是充分利用“越近越清晰”的視覺規律。采用縮短數據的訪問時間，提高系統顯示效率，是較常用的處理方法。

利用“越近越清晰”的視覺規律，可以采用細節層次模型方法即LOD(Level of Detail)技術。還可采用霧化技術來達到真實效果?！办F化”是指在計算機三維顯示中模擬遠景薄霧和大氣效果，使離視點較遠的物體開始模擬成為較模糊的霧化效果。采用LOD技術，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技術和霧化技術結合使用，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域分為近景、中景和遠景，在近景區域使用結構突出的建筑物模型，充分描述各個建筑、小品的細節，以保證逼真的效果；在中景區域可以根據需要將建筑物等城市要素的框架加以顯示，但省略其細節，在滿足視覺要求的同時提高顯示速度；在遠景區域，利用一定的霧化效果屏蔽建筑物等的框架，根據上海市的大氣情況，只表示其輪廓或模糊的輪廓，可以大量節約顯示時間，明顯提高顯示效率。

隨著模型逐漸遠離漫游視點， 有些細節看不清或看不見了， 這時可以用較少細節的粗略模型來代替， 甚至可以直接刪除某些細節， 采用LOD 技術可以達到這種效果。目前，不規則幾何物體的自動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節部分， 保留主要部分， 一般外形比較復雜的模型都用這種方法來簡化， 缺點是很難將模型數據量縮到很小。刪除了模型的某些細節部分后， 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聯該紋理來表現模型的整個側面。最后完成的低級LOD 模型的面片數不應超過高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10000多個面，可見數據量小了很多， 但在視覺上它們之間并無明顯差別。

五、透明貼圖代替復雜結構的技術

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構會比較復雜。有時候會走入這樣的一個誤區，覺得精細場景就該把建筑物的結構全部表現出來。很多建筑物的主體結構其實并不復雜，總面數在一兩千個面左右。而建筑的配件結構，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的增加是巨大的，在進入虛擬現實軟件運行的過程會出現卡死的現象。

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置樓層數。從而達到減少模型總面數的效果。這樣的方式對于成片的高樓小區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，同樣能夠表達出想要表達的陽臺結構。

圖2

圖3

六、結束語

隨著城市在經濟發展中的影響日益顯著，三維城市模型的應用也將得到越來越廣泛的關注。同時，技術的逐漸進步和資源的逐漸豐富，也在不斷增強三維城市模型的應用價值和應用潛力。三維城市模型在多種領域具有巨大的應用價值，例如城市規劃，消防與公共安全規劃，城市資源配置管理，以及作為社會學研究的輔助手段。

城市的發展越來越快，傳統的二維信息系統已經很難滿足現今需求，隨著測繪科技的進步，從控制數據體量的方式來解決三維應用和推廣中的局限性也必將成為三維數字城市技術發展的一個重要環節。三維城市建模技術也會越來越成熟，必將有著廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]王莉, 胡開權, 王陽生，《基于Creator三維仿真建模數據規范的幾點探討》，[J]城市勘測，2008年01期

[2]尹言軍, 高慶強, 劉玉春等，《動態交互技術在虛擬城市中的應用》，[J] 城市勘測，2008年01期

篇9

關鍵詞：三維；數字城市；skyline；模型

中圖分類號：O343.2文獻標識碼：A 文章編號：

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和計算機技術的不斷發展，城市規劃和測繪管理等領域對地理信息數據的要求越來越高，三維數據能夠彌補二維數據的不足，為這些研究提供直觀的表現和輔助手段，讓設計人員和決策者可以在宏觀層面把握城市空間形態的要點和亮點，使城市地理、資源、環境、生態、經濟、等實現可視化、虛擬化，在規劃和管理上具有更高的效率。

二．項目區介紹

該項目區覆蓋范圍為燕郊開發區中國冶金一局辦公區及冶金天元小區，有建筑樓群，小范圍綠地、小面積水體、球場、花壇及其它各種配套設施，測區總面積為0.2平方公里。

三．建模方案設計

3.1建模方案

地形數據采用DEM和DOM數據疊加，地形矢量數據輔助的方法，這樣可以顯示正射影像上的數據內容，又可以表達地表起伏的狀態。由于本次建模不是大面積建模，僅小范圍建模測試，所以建筑物模型的建立并不采用大范圍統一建模方式，將外業采集的建筑和地物坐標數據導入3dmax中進行建模和紋理映射，不改變其坐標。用地面攝影獲取建筑照片，然后用Photoshop軟件進行處理得到紋理數據，最后在3dmax進行紋理映射。所有數據為了保持坐標一致，均把坐標轉換為統一格式。

圖3-1建?？傮w架構

3.2建模關鍵技術

數據獲取技術：指利用現有資料進行外業測量、全數字攝影測量等方法獲取測區內地形數據、影像數據和紋理數據，本項目中主要用到的是建筑、地物、綠地、道路等等的坐標，覆蓋測區的DOM正射影像圖，紋理數據指地上建筑物和一些簡單地物的照片等，紋理拍攝堅持遵循一定規律原則。

數據處理技術：本項目中地形場景制作以DEM高程數據和DOM正射影像圖作為底圖，兩種數據均采取先預處理后使用。為了優化場景需要添加了有關道路、綠地等的矢量數據，矢量數據通過對地形數據處理后獲取。此外，在具體實施中考慮各種數據格式、不同坐標系統的數據轉換等。

三維實體建模技術，紋理映射技術：本項目中建模采用3dmax軟件建立各種地物模型，樓房、涼亭、球場等等，在紋理映射處理方面注意網球場、護欄、花壇等特殊模型貼圖的方法。

三維對象管理和分析技術：借助于優秀的三維場景演示平臺來存儲海量數據，再現測區內真實三維場景和預見規劃環境。同時進行三維數據查詢和分析，方案對比等。

四．數據處理及制作

4.1數據來源

 中國冶金一局燕郊基地國家1980坐標系地形數據；

 來自srtm.csi.省略/公共網站下載的90米分辨率數字高程模型數據，經緯網格范圍：東經115-120度，北緯35-40度（本項目區地形基本沒有起伏，DEM數據僅供建模學習之用）；

 外業建筑照片采集數據；

 正射影像數據。

4.2數據制作詳細流程

4.2.1地形數據MPT文件制作

將正射影像圖和高程數據模型導入TerraBuilder，生成MPT文件。這樣生成的場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。影像圖和高程數據確保是WGS-1984坐標。

4.2.2模型數據制作與導入

1.建筑模型制作。將CAD格式的單個建筑地形圖導入3dmax軟件，根據建筑輪廓、高度等建立模型。利用PhotoShop軟件處理外業采集的照片，對建筑進行紋理映射。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坐標批量制作成記事本文件或Excel表格文件，添加屬性字段，導入ArcGIS生成shp點坐標文件。屬性字段中有一個字段為存儲的模型文件路徑。將shp文件轉換為WGS-1984坐標文件。

3.將模型點坐標shp文件導入TE Pro中，系統會根據shp文件屬性字段中文件存放路徑自動載入模型。

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，看起來不夠清晰、美觀，如花壇、網球場、涼亭、池塘、鵝卵石小路等，本項目中為了達到真實再現三維場景的目的，把小路，花壇、池塘等地物的地形數據導入到ArcGIS中制作成面狀shp文件，將shp文件導入TE Pro中，再填充相應的紋理；網球場、涼亭等不規則特殊地物在3dmax中建模，然后逐個導入到TE Pro中，用鼠標指定地物的精確位置。

模型導入完畢之后制作fly文件，用三維數據支撐平臺打開fly文件，即可瀏覽三維場景，查詢、分析和管理各種模型和數據。

五．數據支撐平臺功能

本項目采用的三維數據支撐平臺為天元三維基礎信息管理系統V1.0。本系統開發平臺為Skyline5.1.1，開發工具為Visual Studio2008，開發語言為C#，系統中采用了ArcGISEngine9.3組件庫。

通過對Skyline的二次開發，系統支持二維圖形瀏覽，實現了對地表場景、建筑物、地下管線等信息的統一管理。系統界面如下圖5-1：

圖5-1 天元三維基礎信息管理系統界面

系統實現了三維顯示、瀏覽、放大、縮小、查詢、飛行、定位、數據管理、數據分析、方案對比、三維量測等功能?？蛇M行水平量測，豎直量測，空間量測，面積量測等等；還可以對數據進行查詢定位分析，采用地下模式查看，地面開洞分析，日照分析，斷面分析，兩點通視分析，視野分析等。

系統可以加載矢量數據，根據二維數據的屬性信息自動創建三維模型，如管線、綠地、道路、房屋、河流等。以管線數據為例，加載shp格式數據后，可根據管線的屬性信息（埋深、管徑、管線類別等）將二維圖像自動轉換為三維模型。下圖5-2中所示三維管線模型即是在平臺中通過自動創建管線功能獲取的。

圖5-2 開洞分析地下三維管線數據（雨水和污水管道，數據均做了位移和修改）

人物、樹木等建立模型比較困難，又耗費時間，若想美化場景加入這些元素，本系統支持導入樹木、人物等的圖片，處理成透明紋理加載到數據庫中，系統可根據演示角度自動轉換圖片方向，在視覺上可達到仿三維的效果。

六．結束語

本文提出了一套三維數字城市建模完整的解決方案。以成熟三維地理信息開發平臺skyline為基礎進行數據的二次處理和整合，利用數字高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）建立大范圍的三維場景，將建立的管理區域內三維模型導入，并疊加二維矢量圖、地下管線圖，建立一個包含地表、地上、地下管線的三維數據庫，實現城市景觀的模擬再現。此數據庫可實現對于建筑物的查詢、漫游、基本分析、方案規劃及效果對比等工作，使之能服務于城市宣傳、城市規劃建設、房產管理、旅游導航、行政管理、以及警用抓捕等行業領域，同時為領導層宏觀決策提供直觀服務。

參考文獻

[1]王杰，崔世杰，尹志永，蔡建文，深度探討三維數字城市建模理論與實現思路(J)，科技創新導報，2011(1)：95.

篇10

關鍵詞：三維地理信息系統 數字城市 建設 應用研究

一、數字城市和3D-GIS 的含義

（一）數字城市構建的基本框架

數字城市的構建主要涉及到信息支撐技術、城市建設的基礎內容和服務對象等三個方面。其中信息支撐技術是數字城市構建的技術基礎，主要包括的技術有地理信息系統技術，GPS系統技術、數字城市管理信息技術、數據庫建設技術等等，這些信息支撐技術是可以有效的為數字城市提高全方位的城市空間的數據信息，為城市規范提供有利依據。數字城市建設的基礎內容包括建設城市空間基礎信息平臺、城市綜合信息平臺和城市電信基礎平臺，使該平臺能夠更好分發揮出數字城市的作用，通過網絡進行數據信息的共享和支持，同時政府的法律規范也是對數字城市建設的重要法律保障。對于數字城市的構建中的服務對象有政府、企業、社會和公眾。

（二）3D-GIS含義

3D GIS 是一種將3D空間實體對象進行的幾何建模，其表達的數學公式為F=f （ x，y，z），可以對空間對象進行全方位的表達，實景3D GIS是客觀世界的最直觀和最真實的寫照，對地理空間的展現也是非常真實的。

（三）三維地理信息系統在數字城市建設中的應用的主要創新點

三維地理信息系統在數字城市建設中的應用具有其創新之處，主要體現在：

1、 真實性。它可以有效的打造出實際景觀效果的數字城市環境，可以將復雜的城市環境呈現在數字空間中。

2、參考依據。三維地理信息系統展現出的城市規劃數據還可以為城管、公安、交通、招商引資等部門提供更有利的決策參考依據。

3、應急預案。不用考慮時間、空間的限制影響，城市安全應急部門就可以利用三維地理信息系統的遠環境，進行遠程決策指揮。

4、資源共享性。三維地理信息系統打造出的實景城市環境信息可以為城市發展提供更加有價值的資源信息，便于統一建設、維護和管理，更有利于對城市實施科學的、人文的、生態的規劃。

二、三維數字城市的基本模型

（一）模型的基本構成

三維地理信息系統在數字城市建設中主要由基礎數據、三維模型、運行環境組成，其中數字線劃數據、影像與紋理數據、數字地面模型和對象屬性數據為基礎數據；三維模型中有地形、花草樹木、特效方面的建模；運行環境主要有軟、硬件方面的環境。

（二）模型的總體框架

三維“數字城市”主要通過Web服務器完成終端與數據服務器對數字城市中的三維城市環境信息進行整合，從而為使用用戶提供瀏覽和查詢的服務。三維地理信息系統主要有數據層，就是利用數據流的方式將地形數據里的遙感影像數據和高程數據融合成3維的場景進行提供；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；應用服務層，有利于對三維地理信息的城市數據進行資源共享，更好的滿足各行各業的發展所需。

三、模型建設關鍵技術

（一）三維場景幾何模型快速生成技術

三維數字城市中的建筑物、河流、居民等實物進行三維建模時，為了能夠提高建模的效率性，可以采用已有二維GIS數據和遙感影響數據的建模方法，這樣通過3DMAX、CAD、MultiGen等商業軟件就可以對城市進行數字建模。

（二）可見性預計技術

在對城市實物場景進行整合時，往往由于視線的角度問題、方向問題會造成對場景描述的缺失，同時一個實物對另一個實物的遮擋也會造成場景建模的局限。為此，在三維數字城市建模時必須要有一定的可見性判斷，主要采用的是包圍盒技術和八叉樹技術，這樣可以打造實體空間的連貫性，使三維城市數字空間的設計更為真實。

（三）多分辨率層次細節模型技術（LOD）

LOD主要是根據城市三維模型的不規則性進行處理的不同技術方法，多分辨率層次模型主要有連續和離散LOD兩種類型，通常當網絡數字高程模型采用的是ROAM算法時，要采用連續LOD技術繪制，這樣可以避免驅動分裂的現象出現，便于連續網格的融合操作；當數字城市中的建筑物呈現出不規則的幾何形體或者其表面的紋路圖像比較簡化可以采用離散LOD技術繪制，這樣可以使建筑物的模型更為清晰圓滑。

結語：通過以上對三維地理信息系統在數字城市建設中的應用進行的研究分析，可見在未來數字城市構建的過程中，三維地理信息系統將會成為其研究的重要課題。三維地理信息系統將會更加真實的再現出物質城市中的各個方面，有效的整合空間地理信息、政務信息、通訊基礎設施等，使城市建模能夠更加全面，更好的便于規劃管理城市發展，提高人們的生活水平。

參考文獻：

[1]呂成姝；三維場景中查詢功能的設計與實現[D]；大連理工大學；2003；14-16