时间：2023-05-31 08:55:22
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维城市，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
特点、功能及应用实例，重点是阐述系统在城市的规划管理建设中的突出作用。
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
中图分类号： O343.2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、概述
随着我国经济的飞速发展，各个城市建设的速度越来越快，
规模越来越大，这对城市建设的管理者提出了新的挑战，如何控制城市规模、把握城市的整体布局，如何协调各构建筑物的关系，如何把控城市的整体色彩等一系列问题，在规划管理审批方面，二维的平面地形图已无法解决和掌控上述的一系列问题，已无法满足城市建设、城市规划、城市管理的要求，城市三维仿真系统应用而生，它也是数字地球、智慧城市的重要组成部分。
包头地处西部，是连接环渤海经济带和西北地区的战略要地、交通枢纽，素有“草原钢城、稀土之都、塞外明珠”的美誉，1955年苏联专家为包头市做的城市整体规划是包头市发展建设的主要依据，也奠定了包头市城市建设的良好基础和框架，在经济社会又好又快发展的同时，包头市以建设宜居城市为目标，坚持高起点规划，高水平设计、高质量建设和高效能管理，不断拓展城市空间，完善城市服务功能，使城市文化内涵、城市品味显著提升。
二、建立包头市三维数据管理信息系统、三维辅助规划决策系统
为进一步塑造城市整体形象，提升城市品味和素质，解决城市建设中出现的一系列问题，更好地服务城市建设规划管理工作，包头市测绘院于2011年开始借鉴重庆、宁波等先进城市的经验，建立了包头市三维数据管理信息系统和三维辅助规划决策系统。系统的应用为领导决策、规划的审批提供了直观、现势、精确的三维场景依据，使城市的规划管理更加科学。
⒈系统建设流程
三维数据管理信息系统的建设流程如下：
⒉特点
包头市三维数据管理信息系统是利用宁波测绘院研发的阿拉图软件平台，融合了当前三维地理信息系统（3DGIS）技术，地理信息系统图形、图像处理技术、空间数据库技术等多项前沿技术，实现海量数据三维景观模型的建设，实现了全COM体系架构，使系统成为一个开放的三维GIS平台，系统具有实用性、先进性、开放性、可扩展性。
三维规划辅助决策系统基于Virtools开发，以规划专业应用为基础，以数字三维技术将现实世界进行高精度的可视化表现，给使用者一个与真实生活环境一样的数字城市空间，可用于辅助规划编制和城市管理，为城市的规划建设提供可持续化发展的信息化服务。
⒊功能
系统主要有以下功能
a场景浏览。系统提供了多种漫游浏览方式，飞机空中漫游、汽车驾驶及步行浏览，可进行场景的旋转平移视距远近调整，景观高低、场景缩放等。
b数据叠加。可叠加矢量数据，如道路线红、绿线等。
c对象编辑。包括对模型二维对象、三维对象动态对象等编辑。
d信息查询。系统支持为每个模型赋予属性，通过与数据库关联，模型的信息如栋号名称、规划指标等存贮于数据库中，以目录或数据库的形式进行查询、调用。
e空间分析。包括量测分析、采光分析、平面分析等。
f辅助决策。通过与规划业务的结合，实现对城市运行状态的监控管理以及业务审批过程的科学决策，主要实现功能包括：不同规划方案效果的对比、规划方案位置高度、外墙色彩的调整等。
⒋系统的应用研究
包头市规划范围1901平方公里，主城区三百多平方公里，计划用两到三年时间主城区全部建模，现已完成近一百平方公里的建模数据。三维数据管理信息系统和三维辅助规划决策系统具有了一定的规模，而且在规划管理中得到了应用，收到了良好效果。
⑴城市设计及城市色彩研究应用
包头市钢铁大街、阿尔丁大街是包头市两条重要的交通枢纽；将重点建设打造成为集文化娱乐、商业金融、商务办公居住、文教科研、绿化景观溶为一体的多功能街。在做两条街的城市概念性设计及色彩研究时，应用了包头市三维数据管理信息系统，为其提供了现势高精度三维数据，使城市设计通过公示，获得高度认可，为打造包头生态宜居城市提供了坚实的依据。
（2）规划方案的对比选择
由于市委、市政府搬迁，原土地规划方案特别重要，不仅是包头市中心地段，而且处在中轴线上，利用三维辅助规划决策系统，通过对白模拔高位移，不同规划方案导入对比分析等一系列操作，领导决策最终定位200米左右高的双子塔规划方案，建成包头市标志性建筑。
三、结束语
关键词：三维建模，三维景观，虚拟城市，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
中图分类号：P901文献标识码：A 文章编号：
1 引言
自1998年美国副总统戈尔提出“数字地球”的概念以来，“数字城市”、“虚拟城市”、“三维仿真”等技术也成了当前最热门的研究领域之一。所谓的“虚拟城市” 就是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用3S技术（遥感RS、全球定位系统GPS、地理信息系统GIS）、遥测、仿真虚拟技术等对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，模拟和表达城市地形地貌、城市道路、建筑、交通、水域等城市环境中的现象和过程[1]。三维虚拟城市已成为当前三维GIS中研究与开发的一个重要方面。本研究在Google SketchUp与ArcGIS软件的基础上进行了三维场景建模方法的研究，实现了三维场景快速建模，为在三维场景中实现查询、浏览、空间分析奠定了重要基础。
2 城市三维景观建模
2.1地形模型建模
城市三维景观中涉及多种地物模型和地形模型，而地形模型是其中必不可少的一类特殊模型，是城市实体的三维空间基础。本研究主要利用研究区的高分辨率影像和DEM数据进行叠加分析，生成研究区的地形模型。
2.2地面模型建模
城市三维建模中地面模型主要包括三类：点状模型，线状模型及面状模型。从实体建模的角度看，城市模型主要分为地形模型和地物模型两大类，包括地形、地物以及实体空间位置的几何模型和描述地表覆盖、地物纹理的信息等[2]。
地面模型的建模有多种方法，其中有两种方法用得较多：一种是利用航空摄影测量的原理，采集地面地物的轮廓线及几何高度从而建立建筑物等模型；另一种是利用研究区已有的CAD，MAPGIS等矢量格式数据手动建立模型。两种方法各有优缺点，前者在大场景三维建模中能够方便快速建立模型，但是该方法建立的模型只能提取建筑物外部的轮廓线，不能更好的表现建筑物的细节；后者主要利用研究区现有的矢量数据手动建模，能在专业的建模软件中详细地表现建筑物细节，但是建模周期较长。
2.2.1建模数据前期处理
本研究主要采用研究区域的dwg格式城市现状矢量数据，结合高分辨率航空影像来实现三维场景建模。由于城市测量时地类地物的分层与三维建模时数据的分层略有不同，同时，不做任何编辑和修正的大比例尺地形图一般具有较多的图层，如果将其直接导入到Google SketchUp中，不仅影响整个场景的美观，而且会干扰建筑物的三维建模，因此先需要对CAD数据进行处理，以满足三维建模的需要[3]。
在三维城市建模中，根据建模精度的不同，地类地物的细节表现也不尽相同。在城市三维建模中，主要表现道路、河流、绿化等地类地物及其附属设施。因此在建模之前需要对现有的矢量数据进行处理，主要包括：减少数据的冗余，删除不必要的注记、控制点、高程点、等高线，清理不需要的图层；将点，线的高度属性统一改为0，防止有飞线，飞点产生。必要时需要手动修改点、线，将其高度属性改为0，将建筑物，道路，河流，绿化等信息分层设色，同时检查线状地物是否有重叠、悬挂等情况并加以修正。
2.2.2 SketchUp软件建模
在地面模型建模中，线状模型和面状模型在专业的三维软件中建立，点状模型则主要使用ArcScene三维符号库里的点状符号即可。
将整理好的CAD文件导入SketchUp软件中作为建模的底图，注意单位的统一，避免出现导入图形的距离数据与实际距离不符的情况。
（1）建筑物建模：在一般的三维景观中，建筑物是最重要的组成部分，因为城市中建筑物种类繁多，结构造型和用途各异；不同的城市又具有各自的建筑风格。在特定地段，建筑物及其所处的环境以其特定的内涵可以反映出一个城市的特色。所以，建筑物是城市景观模型的主要表达内容[4]。
由于CAD矢量数据中建筑物等的属性信息不完善，因此，建筑物的高度信息需要查找相应的建筑物楼高资料，以获得准确的楼高信息，保证模型的精确性。导入的CAD底图中，构成建筑物的很多线不闭合，需要沿着建筑物的轮廓线重新描线，由线构成面，并根据建筑物高度赋予相应的高度值。
（2）道路：研究区地形图提供了不同详细程度的道路信息，包括道路材质，宽度，道路级别等。根据道路的表现形式不同可以将道路分级建模。级别低的道路如小路、内部道路等，可以贴近地面建模，而高速路、省道、国道等建模时则要高出地面相应的距离。
[关键词]数字城市 三维模型动态加载缓存生成
中图分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：
1项目背景信息
目前对于城市级别大众化的三维GIS应用，还存在一定的限制，如对机器的配置要求比较高，尤其对于城市级的模型展示及业务应用，存在着相当大的限制，也是GIS发展的一个新需求，既要求客户用低配置机器能够展示城市级的三维模型场景，又要求能够在这个三维场景中实现客户的业务逻辑，这是一个不小的挑战，同时也是一个巨大的市场，也促使我们解决基于缓存的ArcGIS三维解决方案的形成，其优势在于能够在低配置客户机上实现城市级三维模型场景的展示，实现用户的业务逻辑，如查询、分析、模型更新等。
2需要解决的问题
方案要解决的问题是在普通的PC机上实现海量城市三维数据库系统的运行。解决的技术关键点为：动态分块的大小、批量缓存的生成、动态加载浏览方式、基于缓存的模型选择、基于缓存的模型查询、客户端部署方式。
3数据组织方式
（1）数据组织
一个完整的三维系统需要数据源予以支持，数据种类包括影像数据、高程数据、矢量基础数据（行政区划、街坊、宗地、房屋、道路、注记等）、矢量业务数据（以国土部门为例，包括建设用地批、供、用、补的矢量数据）、三维模型等。
（2）数据组织形式
影像数据：成ArcGIS Server地图服务（MapService）供各个客户端通过ArcEngine调用，作为底图使用。
高程数据：成ArcGIS Server地图服务（GlobeService）供各个客户端通过ArcEngine调用，作为高程使用。
矢量基础数据：成ArcGIS Server地图服务（MapService）供各个客户端通过ArcEngine调用，作为底图使用。
矢量业务数据：通过ArcEngine直接从ArcSDE中调用，是业务图层。
三维模型：以一平方公里左右的范围进行分块分图层，进行编号，然后分别创建缓存，该缓存需要部署到客户端本地。
4三维数据加载与浏览
根据数据的组织方式，除了三维模型其他数据的加载方式全部得到解决，这里重点设计实现海量三维模型的加载和浏览。
首先，要解决的问题是如何确定三维模型图层分块加载的大小，根据实际的测试，加载1平方公里的缓存模型数据加载和浏览的效果是较为合理的（我们的测试范围分别按5、4、3、2、1平方公里，模型密度约200个精模/平方公里）。然后就是批量缓存的生成，我们调用ArcEngine的接口，递归数据库中的三维模型图层，设定缓存路径，进行批量缓存生成，在客户端部署时可在客户机上统一批量生成模型的缓存（切缓存的速度快慢取决于CPU的处理能力）。视距小于1公里的时候，加载已经创建好的三维模型缓存数据（ILayerFile.Open(lyrPath).Layer方式获取），浏览的时候在当前视野范围内动态加载分块的三维模型缓存数据，超出范围的将被移除，实现占用内存的释放。具体方法为根据模型的分块情况，设定分块区域矢量面图层，每一个矢量面记录一个分块的名称位置信息，就就像每一个房屋应该坐落在每一个宗地内，我们将属于某个宗地内的房屋作为一个单独的层来保存，浏览的时候也要单独加载。在三维场景中进行浏览时根据设定的视距阀值，用观察点（Obsersver）做缓冲面与当前分块区域矢量面图层进行叠加分析（IIdentify），根据缓冲分析得到面要素的分块属性，加载相应的三维分块模型缓存数据，同时和前一查看的范围进行比对，将前一范围的移除掉，释放内存。经过实际测试该种三维模型的加载浏览方式，响应速度非常快，同时可以根据机器的配置动态调整加载范围阀值，可以根据实际情况加大和减小城市级海量三维模型的加载范围。
5功能实现
在完成基于分块缓存动态加载三维模型后，我们要做的是根据该种情况进行业务选择、查询、分析等。这里所有的工作均离不开分块区域矢量图层，首先是选择三维缓存模型，第一步，我们在三维场景中试图去一个三维缓存模型，用ArcEngine自带的选择工具选择起来十分困难，选上之后要查看其属性也相当的不易，基于分块缓存的动态加载模式为，根据鼠标选择的位置（有缓存模型的话不会被穿透，如果用系统自带的选择工具缓存会被穿透无法获取实际位置）和分块区域矢量图层进行叠加分析（IIDentify）获取当前加载的模型分块，获取真正的模型图层（IFeatureLayer），然后当前的鼠标选择位置再和获取的有数据源的三维分块模型图层进行叠加分析（IIDentify），获取真正的被选中的三维模型，接下来要做的就是高亮该选中的模型，高亮的方式为利用缓存图层做高亮（globeControl.GlobeDisplay.Scene.SelectFeature(pCacheLayer,pTruthFeature)），这里面需要注意的是图层为缓存图层，高亮的要素参数为真实的要素；通过该种方式即选择了高亮的被缓存的模型，也获取了真实的模型要素。
我们完成了海量数据的加载、浏览、查询、分析等功能之后，还需要考虑系统数据的更新，尤其是三维模型的更新，普通方式为三维数据基于二维的更新方式。由于在ArcEngine中没有提供三维的模型编辑工具，而我们自己写的三维模型工具条在进行模型编辑的时候需要实时刷新缓存如果机器配置不高的话，编辑效果十分不好，因此我们还提供了基于二维的三维模型编辑方式，完全用MapControl进行操作，统一的进行缓存重建，其中模型的导入调用系统的GP工具来完成（Import3DFiles）。完成三维模型的编辑，刷新了本机的缓存，那么其他客户端如何进行更新缓存呢？我们的做法是，在每一次更新完成之后，都要记录更新的位置到数据库更新表中，其他客户端在登录时需要读取更新表中的记录进行本地缓存重建客户端缓存，保证本机缓存数据与数据库中的数据保持同步。
6问题解决情况
动态分块的大小：根据实际测试，按1平方公里进行模型分块；
批量缓存的生成：调用ArcEngine接口实现；
动态加载浏览方式：根据空间叠加分析动态计算加载的方式；
基于缓存的模型选择：基于缓存的选择根据多级的空间叠加分析来实现；
基于缓存的模型查询：基于缓存的选择根据多级的空间叠加分析来实现；
客户端部署方式：主要解决客户端缓存的生成，采用的是客户端缓存生成的方式；
数据更新方式：更新之后需要解决的问题也是客户端缓存的生成，同样采用客户端缓存生成的方式。
7实际应用
实际的应用案例为《长春市国土三维地籍数据库系统》，覆盖范围长春市350平方公里，模型的数量约8万精细模型。用户单位希望构建一个全国领先的三维地籍管理系统，实现地籍业务的三维管理，提出了几点要求：
（1）三维模型场景加载浏览速度流畅，尽可能的加载范围大的模型数据；
（2）能够实现国土地籍业务；
（3）机器配置不能高，因在实际的地籍业务中，工作人员比较多，不可能给每一个业务人员都配置高性能的服务器。
常规的系统平台随着三维精模模型的不断加入，导致系统频繁的崩溃，我们研发的基于分块缓存动态加载的ArcGIS三维解决方案，在对系统进行了几轮实际检验测试后到了客户的认可并形成了测试报告。
8现实的意义
在使用ArcGlobe或其他三维平台时遇到的最大难题就是普通的PC机展示宏观超大场景的三维模型，一般来说，我们推荐使用性能较好的工作站或者服务器来实现。但是，在浏览三维场景时我们通常只关注局部小场景的展示，这样我们可以只显示需要的内容，将其他的内容移除释放硬件资源。
关键词：三维仿真；城市规划；应用
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.
中图分类号：U412.1+2 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
近年来，三维及相关技术得到了讯速发展，过去无法突破的城市复杂性描述、海量信息管理等技术瓶颈相继被攻克，计算机硬件不断提高，以虚拟现实技术、三维展示技术为核心的内容的技术得到快速发展。
三维仿真技术在规划中的应用主要是通过对城市地形、建筑及其它人工设施进行三维地理建模，形成覆盖全市的数字城市立体场景，同时结合虚拟仿真等技术，实现城市的三维可视化管理，是提高城市规划编制技术水平，实现科学规划的有效手段，是推进“数字城市”、“和谐城市”建设，实现公共事务可视化管理的基础保障，可以促进经济社会的全面可持续发展。
2.基本概念和意义
城市三维仿真是城市空间信息在计算机环境中的三维直观表达，是数字城市概念城市规划、建设、管理领域的延伸，同时也是数字城市建设的重要基础内容。城市三维仿真技术在规划中的应用前景主要有以下几个方面：
⑴ 完善韶关市数字化规划控制体系，实现城市规划精细化管理
实现从总规-控规-修规的全面三维数字化控制目标，在以往基于控规的城市规划统一管理平台的基础上进一步细化、深化和优化规划管理工作，使韶关市城市规划管理进入精细化管理阶段。
⑵ 创新规划理念和技术方法，提高规划编制的科学水平
利用三维数字城市、GIS等信息化技术，为规划编制过程中的信息采集、指标分析、方案决策、成果展示等工作提高新方法，实现控规编制的技术方法信息化和过程管理信息化，体现规划编制“科学性”、“过程性”、“动态性”特点。
⑶ 实现城市规划可视化管理，迈入规划管理数字化时代
城市三维仿真技术将全面突破传统二维空间系统诸多限制，建成三维全景数字规划支持系统，为有关领导和管理部门对城市规划、建设、管理的重大问题决策，提供准确、实时的信息支撑及直观、真实的可视化和互动操作环境。
3.工作内容及应用
韶关城市规划三维辅助决策支持系统利用三维仿真技术建立城市三维虚拟环境，在城市规划、建设的各阶段进行城市现状及规划的三维模拟描述，为决策者提供直观、科学、准确的城市规划宏观决策支持，满足规划业务审批管理的应用、成果的展示及规划方案管理和评审的需要。
韶关城市规划三维辅助决策支持系统项目主要包含软件和三维数据建模两方面的工作。项目共投入280万，计划在三年内完成。2011年6月开始进行系统开发和三维建模，2013年5月份，系统主要体系结构开发完成，并完成韶关主建城区三维模型数据生产制作。
（1） 数据建设内容
数据建设主要包括数据标准制定和三维数据建模两部分。
制定数据标准和技术规范是实现系统互联互通、资源共享的重要基础工作，也是后期数据更新、管理、维护的依据。数据标准建设主要包括：三维数据采集与制作标准、三维数据更新规范。
三维数据建模是系统建设的基础，以及各种应用和分析的依据。初次项目建设覆盖范围为主城区50平方公里的基础模型建设工作（建筑物约有30平方公里）：其中包括约15平方公里的精细模型、10平方公里的标准模型、50平方公里的地形及市政配件模型。
（2）系统特色及基础功能
体现三维场景的美观和真实性；是一套安全、可靠、稳定，功能强大的系统。在应用于实际规划工作中，发挥辅助决策作用，系统的布局合理、操作简便。可进行场景浏览漫游、重点导航、路径导航、图层控制、场景输出等。三维数据应用广泛，可广泛应用于规划、市政、城管、公安、交通、旅游、房产等行业领域。
（3）城市规划辅助决策
提供直观的三维可视化环境；提供多种空间数据、规划专题数据的叠加分析功能；三维辅助设计、建筑信息查询。规划地块查询、用地红线查询、空间量测、地形分析、规划辅助分析。方案比对、日照分析、控高分析，视域分析、通视分析、指标分析，三维标注、图形绘制、路网绘制、规划元素库、三维模型库，管网查看、管网查询、管网统计、管网分析等。4.在城市规划中的应用实例
（1）规划方案对比分析
利用虚拟的三维场景，使城市的规划工作不在于仅仅建立在平面图上做规划，三维的场景模型使规划变得更简单直观。一般人都能参与到城市的规划中去。如某个小区的三旧改造工程，通过三维仿真模型，规划前后的场景就一目了然了，为设计者提供了思路。规划前后的场景如图1所示：
图1
（2）日照分析的功能
在城市建筑规划设计时，日照分析是必不可少的一个环节。通过对待规划建筑物的高度、形状进行模拟，应用TerraExplorer Pro 提供的接口，在系统中很容易就继续日照分析。如在城市的某个小区旁欲修建一座建筑物，建筑物对小区附近的楼房的日照影响分析情况如图2、3所示：
图2建筑物上午八点钟的日照情况
图3建筑物下午15点钟的日照情况
（3）地下管线信息的查询功能
在旧城区的改造中，决策者需了解地下管线的状况。可以直接三维系统中反应出来，如图4所示：
图4
（4）建筑信息的查询功能
将前期测绘的建筑物数据属性信息输入数据库中，使用户点击具体的建筑物时能够显示其详细的属性信息，在表达上更加直观。如图5所示：
图5
5.结语
三维仿真技术能够促进规划工作从“定性分析”到“定量分析”，从“平面规划”向立体规划“的转变，实现城市规划的精细化、科学化管理。三维仿真技术的应用，明显的提高规划审批的效率和方案设计的科学科学性，避免了传统规划评审采用大量设计文稿的方式，极大提高了设计单位、业主单位和管理单位的沟通效率，协调了与周围建筑群的空间、色彩、材料，有利于体现城市的特点，促进城市的可持续发展。
参考文献：
[1]彭一刚著，建筑空间组合论，北京；建筑工业出版社，2008.
[2]朱礼俊，《论建设三维虚拟城市的决策依据》。2006年综合性测绘学会研讨会论文集，宁波测绘学会，2006.
关键词：数字城市；三维建模；可视化；三维模型
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.116
数字城市是根据数字地球概念而提出的，信息化技术对城市发展的推动使数字城市不断完善。数字城市的发展使三维模型逐步进入城市规划与管理领域中，三维模型具备了极强的真实性和生动性，有效地传达了数字城市的空间信息，因此成为数字城市研究的重点领域。作为城市空间信息的关键组成部分，建筑物是三维建模的重点内容，快速又逼真地为建筑物建立三维模型是建模的重点。
1 三维模型数据采集方法
1.1 地形地貌三维模型数据采集
三维建模的基础工作就是从各种数据源中提取各种建模数据，这些数据源包括建筑物设计图纸和文件、城市的数字地图以及2DIGS数据库、摄影测量的数据、遥感数据以及野外采集数据等。数字摄影测量能够为建模提供各种几何以及纹理数据，并且还可以提供各种拓扑以及语义信息。遥感数据能够提供高分辨率的遥感影像，能够使城市三维模型获得详细而丰富的几何以及语义信息，能够生成正射影像以及DTM数据，合成孔径雷达则能够提供详细的地形地貌数据、地球表面以及地表下面的数据。在数字城市的三维建模中，需要的数据源包含二维图形、地形地貌、地表信息、三维观测数据以及模型表面的纹理等。
1.2 地面建筑物和构筑物三维模型数据采集
建构筑物三维模型所包含的内容有建筑、交通设施、植被以其他城市元素等模型。这些数据包括三维坐标、地物纹理以及地物属性等数据。通过扫描平面地形图以及设计图、野外采集、GIS获取以及遥感或航拍影像等能够获得三维坐标数据。通过建造图纸、GIS、影像、激光雷达以及航拍摄像等能够获得三维高程数据。通过航空摄影、近景摄影以及计算机模拟绘制等技术能够获得地物表面数据。地物属性数据则能够从全国土地普查数据中获得。
2 三维建模方式
2.1 三维软件建模
AutoCAD、3DMAX、Maya等图形和动画软件是当前主要使用的建模软件，这些软件能够通过各种基本几何图形组成实体，再经过基本的几何变换构建不同的几何场景。利用这些软件建立三维模型时，核心在于使用几何建模来设计并表达一些虚拟的场景和造型。但这些软件有很大的不利因素，如数据结构较为复杂且数据量较大，并且无法和地形进行叠加等。
2.2 专业建模软件
MutiGen Creator等软件具备了强大的功能，能够进行大面积地形的建模作业，并且在运行中还可实现交互操作，也能够对动画场景进行实时计算，通过拓展性开发，还能够和影像、矢量以及DEM数据作叠加。但在表达上精细度不足，也不能进行快速有效的交互编辑以及查询工作。
2.3 OpenGL开发
OpenGL+VC模式，是以编程的方式构建模型。这种方式能够使用大量的数学曲线和曲面来表现三维模型，并实现了数据结构的自定义和算法的数据显示等功能。在实际使用中，一般使用3DMAX 或者MutiGen Creator来制作三维模型。
2.4 建模流程
首先处理二维矢量数据，再将数据导入进3DMAX软件中。对数据进行分析并提取其中所包含的建筑物轮廓线，再结合实地影像和测量数据，将楼层数以及高程数据导入到软件中，开始建立三维模型。完成模型后，导入已经处理完毕的表面纹理图片，然后贴图并检查模型质量。检查合格后再进行模型优化，利用渲染以及烘焙等优化模型。最后导出三S模型并保存。在存储数据时，由于三维模型数据量庞大、结构复杂，因此需要使用专业的软件来建立数据库，如Oracle、SQL Server、Sybase、DB2以及Infomix等软件，将数据入库后，就能够通过三维软件实现模型可视化。
3 三维模型可视化
三维可视化是把图像通过三维方式展现出来，通过影像处理、计算机模拟仿真、高清晰度显示以及CG等技术的支持，就能够利用图形图像的方式来显示三维模型，用户可以进行交互和操作。
当前主流三维展示平台有Google Earth、SkylineGlobe、World Wind、图灵VRMap以及GeoGlobe等软件，其中，SkylineGlobe是使用较为方便和频繁的一种演示系统。。部分城市建立了自己的数字城市展示平台，围绕服务理念，建立了一个多层次的体系架构，通过企业服务总线支持，建立了一个集.NET和J2EE为一体的运行环境，能够对数据库、业务流程、动态表单等进行管理，还能提供空间数据引擎服务。在平台物理构成上主要包括了运行环境、地理信息平台以及综合应用系统。信息平台能够提供矢量数据、三维地理空间数据和属性数据，并且能够满足政府、企业和大众的浏览、分析以及决策需求，通过拓展运用，更能支持数据的编辑与交换、展示、分析、统计、汇总、输出以及维护等功能。
4 结语
在当前的数字城市三维建模可视化技术中主要使用3DMAX技术进行建模，再利用数据库存储软件进行数据的存储，利用数字城市展示平台实现了三维模型的可视化，并且可以提供显示、定位、查询等功能。在三维模型的建立中，要从数据的采集、三维建模、模型以及模型应用等相关环节，就能够顺利的完成数字城市的三维建模可视化操作。
参考文献：
[1]周杨.数字城市三维可视化技术及应用[D].中国人民信息工程大学，2002.
[2]肖永辉.城市景观三维建模与可视化技术的研究[D].信息工程大学，2006.
[3]周圣川.大规模城市场景图形图像混合建模与视觉无损渲染技术[D].中国海洋大学，2014.
关键词：精细三维城市模型;Virtools;LOD; 透明贴图
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
中图分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：
一、引言
三维城市建模是采用虚拟现实技术构造出来的一种人工环境，它集先进的计算机技术、测量与传感技术、渲染技术等为一体，是数字地球的重要组成部分和发展方向。三维城市为了城市规划、建设、管理与服务的决策和调控手段，对城市规划设计理念、技术方法以及城市规划的实施和管理机制具有非常重要的意义。
Virtools是由法国达索公司开发来解决全球交互三维系统，其三维引擎已成为微软Xbox认可系统。以此作为基础可以开发三维场景游戏、三维电影、博物馆虚拟场景、交互模拟场景、仿真展示等不同方面的三维技术，具有方便易用、应用领域广、效果逼真等特点。但Virtools系统不具备实时载入载出的功能，也不适合三维模型快速建模和动画制作。载入大量三维模型数据会出现系统崩溃和死机的情况。本文以上海市陆家嘴精细小场景为例，对三维场景模型构建、模型数据量的控制进行研究。
二、三维场景模型构建
三维模型是整个Virtools平台的基础，模型质量的好坏直接影响到运行的效果和场景的逼真度。目前很多技术和软件都可以实现虚拟场景内模型的构建，包括3dsMax、CAD、STUCHUP、Maya等，无论使用哪种软件建模，所得成果都是为后期系统运行服务的，必须遵循真实性、运行流畅性和规范性原则。
为更加逼真地表达研究区域的特征，模型制作一般分为建筑物、地面、道路、环境小品四类，其中环境小品是提升整体视觉效果的重要因素。实际上，三维仿真系统中往往不能达到面面俱到，主要制作内容包括有路灯、雕塑、植被、垃圾桶、书报亭等，其中植被需要到实地拍摄照片然后根据植被的特点相应建立多面模型，最大限度的还原场景原植被的风貌。模型数据一般所需存储空间较大，尤其研究区域是大面积拥有较多高层的CBD区域。 所以，海量数据是三维仿真系统的一个显著特点。如何在不影响视觉效果的前提下，用尽可能少的多边形和分辨率尽可能低的贴图来表达较丰富的场景内容，是可视化建模的基本规则，即简化性。根据实际工作经验得出，在贴图方便的情况下，不允许破面的存在，10 层楼以下建筑要求控制在1500面以下，10层楼以上普通建筑控制在3000面以下，重要的、复杂的建筑要控制在5000面以下，而且要考虑层次细节的使用。模型贴图可重复化使用对提高贴图的利用率有大提高，可以大大节省三维模型场景的存储空间。规范性主要体现在模型贴图命名、模型命名、模型建设方法等方面。有必要形成相关的技术指标文本。
三、区域概况
上海的陆家嘴街道位于浦东新区西北部，东起浦东南路、泰东路，南沿陆家渡路，西部和北部紧靠黄浦江，陆地面积为2.10平方公里。繁华的陆家嘴地区又有大陆家嘴、小陆家嘴、陆家嘴金融贸易区之说。小陆家嘴：“浦东南路、东昌路内”，陆家嘴金融贸易区：“南浦大桥－龙阳路、杨浦大桥－罗山路内”，即内环浦东部分。精细小场景中的陆家嘴包含从浦东南路和东昌围成的多边形地带，以及周边地带。模型包含各类建筑，其中有较多超高层建筑，地面绿地、小品、路灯、高架桥等。
四、快速构模方法：制作LOD
数字三维景观模型数据量大，三维环境复杂，系统运行需要进行实时的场景计算和显示，为了达到三维图形显示的实时更新，大容量三维数据的高速读取和视点位置变换及飞行漫游时的快速响应。因此对于计算机的内存、缓存、显卡等硬件有着很高的要求，若是在硬件条件不足的情况下运行三维数据，那将产生灾难性的结果，乃至系统崩溃死机。故此通常情况下都是需要服务器或者是移动工作站这样的具有高配置硬件的计算机才能够运行起来。这使得数字三维的应用和推广受到了硬件上的很多约束和限制。为解决这些问题提供一些现实可行的方法。
要提高三维图形的显示速度，一般从两个方面着手：一是压缩数据量以缩短数据的访问时间，二是充分利用“越近越清晰”的视觉规律。采用缩短数据的访问时间，提高系统显示效率，是较常用的处理方法。
利用“越近越清晰”的视觉规律，可以采用细节层次模型方法即LOD(Level of Detail)技术。还可采用雾化技术来达到真实效果。“雾化”是指在计算机三维显示中模拟远景薄雾和大气效果，使离视点较远的物体开始模拟成为较模糊的雾化效果。采用LOD技术，既可以大幅度提高显示速度，又提高了景观模拟的真实感。
LOD技术和雾化技术结合使用，能够合理平衡显示效果和显示速度。在此实例中，我使用的是将显示区域分为近景、中景和远景，在近景区域使用结构突出的建筑物模型，充分描述各个建筑、小品的细节，以保证逼真的效果；在中景区域可以根据需要将建筑物等城市要素的框架加以显示，但省略其细节，在满足视觉要求的同时提高显示速度；在远景区域，利用一定的雾化效果屏蔽建筑物等的框架，根据上海市的大气情况，只表示其轮廓或模糊的轮廓，可以大量节约显示时间，明显提高显示效率。
随着模型逐渐远离漫游视点， 有些细节看不清或看不见了， 这时可以用较少细节的粗略模型来代替， 甚至可以直接删除某些细节， 采用LOD 技术可以达到这种效果。目前，不规则几何物体的自动LOD基本上都是由人工完成。
制作LOD 的方法很多，通常制作LOD 的两种主要方法: 删除法、抓图法。删除法就是直接删除某些细节部分， 保留主要部分， 一般外形比较复杂的模型都用这种方法来简化， 缺点是很难将模型数据量缩到很小。删除了模型的某些细节部分后， 再用抓图法简化建筑物的主体部分， 抓图法适用于轮廓为矩形或多边形的模型。抓图法就是利用截屏功能抓取模型侧面的图像，并处理为rgb 格式的纹理文件， 然后用一个完整的面关联该纹理来表现模型的整个侧面。最后完成的低级LOD 模型的面片数不应超过高LOD 模型的1/3。
图1 是左面是三维建筑的第二级LOD 视图，共有3000多个面， 而原始模型多达10000多个面，可见数据量小了很多， 但在视觉上它们之间并无明显差别。
五、透明贴图代替复杂结构的技术
对于三维模型场景而言，阳台等附件的制作对于场景的真实性可视化而言有着很重要的作用。然而对于还原真实性以及可看性有重要作用的阳台部分结构会比较复杂。有时候会走入这样的一个误区，觉得精细场景就该把建筑物的结构全部表现出来。很多建筑物的主体结构其实并不复杂，总面数在一两千个面左右。而建筑的配件结构，比如阳台，每个阳台至少需要4个面才能制作完成，对于高层而言建筑总面数的增加是巨大的，在进入虚拟现实软件运行的过程会出现卡死的现象。
针对这样的情况，可以利用纹理图片本身的特性，对于阳台的不同部分采用不同的透明度，制作一张透明贴图（图2）将阳台的墙面、半透明围栏以及围栏上方应该透明的部分集合到一张贴图上，从而只需要为阳台竖直方向上的墙制作一个共同的面片。利用纹理贴图中的平铺功能设置楼层数。从而达到减少模型总面数的效果。这样的方式对于成片的高楼小区的场景制作而言有着极其重要的作用。下图（图3），就是利用透明贴图的方式，制作的阳台，同样能够表达出想要表达的阳台结构。
图2
图3
六、结束语
随着城市在经济发展中的影响日益显著，三维城市模型的应用也将得到越来越广泛的关注。同时，技术的逐渐进步和资源的逐渐丰富，也在不断增强三维城市模型的应用价值和应用潜力。三维城市模型在多种领域具有巨大的应用价值，例如城市规划，消防与公共安全规划，城市资源配置管理，以及作为社会学研究的辅助手段。
城市的发展越来越快，传统的二维信息系统已经很难满足现今需求，随着测绘科技的进步，从控制数据体量的方式来解决三维应用和推广中的局限性也必将成为三维数字城市技术发展的一个重要环节。三维城市建模技术也会越来越成熟，必将有着广阔的发展前景。
参考文献：
[1]王莉, 胡开权, 王阳生，《基于Creator三维仿真建模数据规范的几点探讨》，[J]城市勘测，2008年01期
[2]尹言军, 高庆强, 刘玉春等，《动态交互技术在虚拟城市中的应用》，[J] 城市勘测，2008年01期
【关键词】3D建模 城市地质 GIS
地下空间信息是城市规划建设的基础，发展地下空间信息化并施行信息化管理是城市建设的迫切需要。三维城市地质管理系统具有直观、高效、便利等特点，在城市地下空间开发利用领域有着广阔的应用前景。
1 研究思路及系统目标
系统的总体目标是利用三维建模引擎将地质数据（地表以及地表以下数据）通过三维建模的方式展现，形象表达区域地质构造单元的空间分布特征以及相关的地质属性；通过建设地质数据服务平台，将城市地质数据进行科学性、合理性和规范性的整理保存。在保证地质数据安全的情况下，面向公众、政府以及专业人员提供形式友好，形式多样的城市地质数据。系统主要有以下三个方面的建设目标：
1.1 基础地质数据管理
对类型众多的城市地质数据录入、存储、管理与提取，系统能将文字报告和图件为基础的城市地质调查成果信息和基本地理信息，转换到数据库，为GIS数据展示和3D建模进行数据支撑。城市地质数据库采用统一的数据模型、数据标准、数据代码和数据接口，能实现基础地质数据库与其他分布式数据库之间的信息传输与交叉访问。
1.2 地质数据分析以及3D建模引擎
系统能以点、线类型的零散的、局部的地质勘查资料在三维空间中综合起来，重现地下地质界面和地质体的空间形态和组合关系，并将三维地质模型用三维图形图像生动地表现出来，从而实现地下复杂空间结构与关系的三维可视化展示和分析。系统提供基于地质体3D实体模型绘制各种等值线、等值面的功能，对三维地质实体模型进行任意剖面切割、透视分析等可视化模拟功能，能对包括体积、面积、距离在内的三维数据进行计算的功能。
1.3 Web与服务子系统
用户只需使用标准的浏览器就可以访问和浏览系统提供的公共服务信息，进行3D图形和GIS专业地质图浏览、图形检索、属性查询、资料查询等操作，使城市三维地质信息系统向社会公众提供增值信息服务。
2 系统总体架构
2.1 总体架构
系统采用三层架构模式，C/S与B/S相结合的体系结构，总体架构如图1所示。
从系统架构上可以分为地质数据库层、数据逻辑访问层、地质数据应用层。在地质数据应用层中，B/S结构的Web应用服务模块和C/S结构的基础数据分析模块以及空间数据可视化引擎等相关专业应用通过数据访问层的数据库访问引擎、文件系统访问引擎以及数据格式转换访问引擎提供的数据接口，访问地质数据层的相关数据库。地质数据层库中的数据库服务器根据不同业务分别存储专业数据。数据逻辑访问层提供的不同类型的数据访问接口，理论上可以提供充分的横向和纵向的扩展空间，应对未来新的服务数据类型的读取。该层接口的设计利于数据的安全性和数据读取规范性，可以根据不同的安全策略和应用规范进行工作，提供标准化的数据服务。地质数据应用层主要根据业务的需要进行系统开发，当前主要体现在空间数据可视化引擎、web应用模块、专业数据分析模块、基础数据分析模块、二次开发工具开发等功能表现方面。
2.2 系统组成
平台分为三个主要系统：
（1）数据管理子系统：综合现有的城市地质资料，利用网络技术、数据库技术、GIS技术构建城市基础地理数据库、基础地质数据库，并实现数据的转换、管理、维护和查询统计。
（2）三维建模引擎子系统：采用国内先进的三维建模引擎-3Dmine。通过平台基础信息构建需要的三维模型。
（3）Web公共信息子系统：对相关的元数据、各类地质图表、地质文献资料进行权限划分，对不同权限的用户从浏览内容、下载信息等方面进行限制，提供不同的公共服务。
3 关键技术
3.1 3D建模引擎
利用钻孔数据，采用三角网建模技术，运用控制线和分区线联合的方法，对任意形态的物体都可以通过一系列的散点或剖面创建地质模型。
3.2 成果输出
多方位纵、横断面三维分析图：包括任意曲线折线、不规则区域等三维分析图，为解决道路地下空间，地块使用时使用。
综合类报表：包括矿权资源图，规划图，土地利用等综合性专业报表。
图件类：地质平面图、地形图、水文地质分区图、工程地质分区图等等。
4 技术难点
4.1 数据转换
大多数现存的地质资料普遍存在格式不统一的现象，将各种数据转换成平台标准应用格式，从数据转换层面和平台兼容层面都是技术难点。
4.2 3D建模web呈现
3D数据信息量比普通的图片信息大，通过3D建模引擎输出3D图像在web中体现，减少浏览器缓存压力，根据业务需求进行二次开发，是web数据应用的核心内容。
5 结论
利用原始地勘资料生成的城市三维地质模型，可以使专业人员非常直观地了解城市每个位置的地质情况。利用三维地质建模系统提供的“切剖面”功能，就可以掌握相应位置的地下空间地质信息，为城市地下空间的地质资源的管理和利用提供支撑。
参考文献
[1]程光华.中国城市地质调查工作指南[M].北京：科学出版社，2013.
作者简介
盛有锡（1964-），男，浙江省金华市人。现为山东正元冶达科技发展有限公司高级工程师。主要研究方向为地质环境在线监测、矿山安全在线监测。
关键词：数字城市；三维地理信息技术；建立；作用
中图分类号：O343.2文献标识码：A
一、数字城市与三维地理信息技术概述
城市经济的快速发展，城市人口的增加等这些现象的产生需要强有力的对城市空间布局的调控，对人口密度的疏导，对资源的有效配置和使用，对各行各业的结构调整，对交通状况的改善以及对环境质量的保证等。城市发展过程中的问题急需解决，这就必须要改进和提高传统的城市规划、建设、管理的方法。数字城市的出现就是致力于建立一个能够服务于城市居民，服务于各行各业的多功能的信息系统。建立数字城市是数字地球发展战略的需要，也是城市自身发展的需要，符合可持续发展的规律。
现实中的城市可以看作是一个复杂的空间地域系统，其中建筑物、市政工程设施以及承载他们的载体即城市土地都是以物质实体形态存在的。城市实体所处不同的空间位置和他们所具有的相应的属性是城市实体的重要性状。城市所处的空间位置是相对不变的，但是它们的属性值是按照使用和管理的需要选用的，可以有很多种选择。将城市的对象用点、线、面、体等几何对象表示，构成数字地图，然后将集合对象的属性与现实中城市实体的属性相关联，就完成了对城市实体的空间位置和属性的模拟，也就是用三维地理信息技术建立的数字城市。
三维地理信息为数字城市的建设提供了重要的基础空间信息。三维数字城市的建立可以全方位、立体、直观的将城市的各种场景等信息真实的展示在人们面前，从而形成一个真实的、直观的虚拟场景。由于城市规划的一些具体要求，三维地理信息技术一直是城市规划所使用的重要手段，用于建立真实的城市三维模型，构建虚拟的城市场景。
二、三维地理信息技术在数字城市建设应用中的问题
数字城市的建设处于不成熟的阶段，在建设过程中结合我国的实际国情，出现了很多问题，而且我国的三维地理信息技术发展的并不十分成熟，在运用过程中难免会出现问题。以下几种是比较突出的问题。
第一，中西部经济欠发达的地区由于经济水平的限制以及地理环境的影响，信息化、数字化的水平较低，地区的基本信息等还未实现数字化，三维地理信息技术也还没有发展起来，这对于数字城市的整体建设不利，应该先致力于这些地区的城市基础信息的数据库建设，这也是建设数字城市的基本要求，才能为日后三维地理信息技术的运用提供保障。
第二，地理信息系统的数据更新较慢，并且较为复杂。为确保数字城市的顺利建设，地理信息系统应根据地区的实际情况进行及时的更新，才能方便于工作人员的信息查询工作，这也为数字城市的建设、规划起到指导的作用。
第三，数据库系统的维护存在的问题。随着地理信息技术的不断发展，计算机技术的提高，原有的数据库系统已经不适合于现如今的数字城市的建设。这就需要在对过去的数据库系统进行维护，将原有的有用的数据完整、安全的转移到新的系统中，并转换成新系统所规定的数据类型，与新系统的数据进行融合。想要实现数字城市的建设，利用三维地理信息技术进行数据库系统的维护是很重要的。
第四，现如今阻碍数字城市发展的主要因素更多的在于数据政策。我国的数据政策存在有一定的问题，要改变“资源割据，信息孤岛”的现状，需要对数据政策进行彻底的改革，使得数据能够正确的快速的发展，才能够为三维地理信息系统的建立提供数据等信息，为数字城市的建立提供基础。
三、数字城市建设中的三维地理信息技术
数字城市的建设根本上在于解决城市发展过程中的生活和工作的交流方式，调节政府、企业、居民之间的关系以及人与环境的关系。数字城市的建设是一项巨大的工程，功能多样，结构复杂。它的建立需要各种高科技技术的综合运用才能得以实现，数字城市建设的主要技术有遥感技术、三维地理信息技术、城市的综合功能GIS技术、网络宽带等。
其中，最主要的技术是三维地理信息技术。数字城市的建设离不开三维地理信息系统的建立。三维地理信息系统与二维地理信息系统相比，同样具有基本的空间数据处理的功能，比如数据的获取、组织、操纵、分析等功能。三维地理信息系统的空间信息展示更加直观。三维地理信息技术运用到数字城市建设中，可以更加直观的将城市场景模拟展现在人们面前。而且，三维地理信息系统的多维度空间分析的功能更为强大。空间信息分析的过程通常比较复杂、抽象，三维地理信息系统同时可以完成二维地理信息系统的空间分析功能，还能够完成一些高级的空间分析功能，比如日照分析、地址分析等。
三维地理信息技术的应用使得数字城市的建立更加方便，功能更加多样。
四、三维地理信息技术在数字城市建设中的运用
三维地理信息技术在数字城市建设中的运用分别体现在以下的几个方面：
第一方面，三维地理信息技术在城市规划中的运用。在城市的区域规划中，需要对城市的人口、资源的分布，对城镇的布局等进行详细的分析，充分考虑该区域的地形、地势、气候等条件，这就需要用到三维地理信息技术，通过对该区域进行详细的分析可以使得城市规划更为合理。而且城市的规划管理是与城市的地理空间数据密不可分的，它需要对规划图进行反复的操作，这也需要三维地理信息技术作为基础。另外，城市规划管理作为一种重要的行政许可，它有着严格的规章制度和数据管理方法。因此将三维地理信息技术和传统的信息管理系统相结合，应用到城市的规划管理中去，是我国数字城市发展的必然趋势。
第二方面，三维地理信息技术在城市设施功能的虚拟实现中的运用。城市设施的功能除了要为居民提供水、电、气等能量、物质资源之外，还需要提供文化、娱乐等非物质资源。将城市设施的有关功能属性与虚拟对象进行关联，形成一个基于三维地理信息技术的信息平台，可用于对城市灾害的应急指挥、公安信息系统、城市的规划管理等提供资料。而且，在这个平台上，通过实现电子政务和电子商务的功能，可以使得各行各业的人员充分利用各种信息，实现信息共享，提高工作效率，实现城市管理的信息化和社会事业的信息化。通过计算机进行远程的教育、保健、医疗服务等功能推动服务行业的改革。
结语：
三维地理信息技术必将得到迅速的发展，它为数字城市的建设提供了技术支持。现如今的数字城市建设中，由于存在缺乏统筹规划、标准不统一等问题，三维地理信息技术的成果无法达到数字城市建设的要求。因此在日后的数字城市建设中，需要制定规范的符合实际的数字城市发展规划，充分的利用地理信息技术，三维地理信息技术也应在数字城市建设的指导、促进下，不断深入发展，为数字城市的建设奠定基础。
参考文献：
[1] 余军,李永树.基于IMAGIS的数字小区建模探讨[J]. 四川测绘. 2005(04)
[2] 王昌翰,李响.二维GIS与三维仿真结合的城市规划信息系统的设计与实现[J]. 城市勘测. 2008(03)
关键词：三维数据 机载激光雷达 技术分析
中图分类号：P225.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0109-01
建设数字三维城市是数字城市发展的重要组成部分，其充分展现了城市在规划和建设过程中取得的成就，能够更加高效的对城市空间进行开发与利用。在数字城市建设过程中利用机载激光雷达技术能够获取高精确度、高密度的点云数据，构成三维城市的基础数据，快速的对城市建设的空间信息进行分析和测量，为三维城市的建立提供必要的数据支撑。机载激光雷达技术应用了计算机技术、定外技术和GPS导航技术，综合了上述各个技术优点，具有操作简单，作业效率高、精度高以及花费低廉和作业量小的特点，在测量领域有着广泛的应用前景。
1 技术流程分析
城市三维建筑体模型生产流程主要包括了以下几个方面，第一个是点云数据预处理和对点云的分类；第二是对测量到的原始图像进行空间三维的加密处理，并形成数字正摄影像；最后一个是结合分类后的点云和正射影像制作出建筑体模型和数字高程模型。机载激光雷达数据处理流程见图1：
2 激光点云对数据的处理分析
激光点云对数据的处理方法主要包括可以下几个方面。第一，导航的运行轨迹线；第二，点云数据的解算；第三，在测量过程中由于系统电路会出现异常等情况；第四，点云数据的拼接和系统误差的改正等；第五，对点云数据进行分割。第六，坐标系的转变。测量完毕之后，在确定坐标过程中可以利用POS动态定位所确定的定位位置归属到WGS-84坐标系中，接下来的工作就是将上述坐标系中的数据转换到地方坐标系中。在三维立体坐标向着平面坐标系统转换过程中，可以可用测区均匀分布的已经存在的控制点解算坐标转换为固定的参数，然后确定好坐标，而高程系统的转换需要利用在测区实测水准点进行拟合转变之后才能确定出来；最后，对阶层式点云数据进行有效的分类。测量过程中点云的包括了很多种类。其主要主要内容包括了是地面点、低植被点、高植被点和城市的建筑点。在对这些点云进行分类过程中，主要采用了阶层分类对策和人机结合的方式进行分类。对于第一种分类方式主要需要按照相应的层面过非地面点云进行过滤提出，最终提取光秃的地面，然后将地面中的点云分为地面点、非地面点和噪声点。地面点分层完毕之后才能对非地面点进行进一步的分类和整理。在非地面点进行分类和整理过程中提取低植被点、高植被点和建筑物点。在对城市建筑进行测绘过程中，由于城市内部建筑物密集，点云数据存在相互交错的现象。因此，在分类过程中很可能会出错误的分点的情况，这时就需要人工对这些存在错误的地方进行修改，保证分类结果的准确性。
3 DEM的生成和建筑体框架模型的会制作
首先，DEM的生成。DEM的生成主要包括了机载点云去噪，对地面点云的分类和整理，水域置平以及格网的插入等工作。DEM的生成过程中，其核心工作就是对地面点云数据的分类和整理，在分裂过程中主要会通过三维立体的渲染效果、正影射像和精细化的剖面图辅助进行判断；其次，建筑体框架模型的制作。建筑体框架模型的制作需要结合对地面点云分类后的数据、空间三维加密成果、原始航片、正影射像数据以及城市的图形数据综合进行判断。第一步需要在相应的软件系统中自动生成被测建筑物屋顶的面片模型，同时还要参考原始航片数据度面片的形态和相邻的关系及时进行纠正，然后输出建筑物体框架模型，然后将数据的框架模型导入到三维立体软件中对框架模型进一步的进行优化和编辑，生成最终的框架模型。
4 结语
机载激光雷达技术的应用和发展为城市获取高精度的空间信息提供了全新的技术手段，其在三维城市建设中的应用和发展有效的缩短了三维城市建设的时间，提高了建设的效率和质量，降低了测绘的成本，为在三维城市建设中广泛的应用奠定了坚实的基础。
参考文献
关键词：城市排水管道CREO三维建模
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
中图分类号：S276文献标识码： A 文章编号：
1、城市排水管道系统介绍与存在问题
城市排水管道系统是现代化城市不可缺少的重要城市市政基础设施，也是城市水污染防治和城市排涝、防洪的骨干工程，它的任务是及时收集、输送城市产生的生活污水、工业废水和降水。其作用是及时可靠地排除城市区域内产生的生活污水，工业废水和降水。使城市免受污水之害和免受雨水之灾，从而给人们创造一个舒适安全的生存和生活环境，使城市生态系统的能量流动和物质循环正常进行，维持生态平衡，保持可持续发展。
随着我国城市化的进程加快,许多城市的排水系统已不能满足要求,已经对人们的生产生活带来了极大的不便,并且对城市建设和市容市貌带来诸多问题。城市排水系统需要及时地收集、输送、处理和排放污水和降水，否则将积水为害，甚至会危及人们的生产和日常生活。通常暴雨水危害最严重，是城市排水的主要对象。在国内，暴雨造成道路积水目前还是多数城市的通病，积水的主要原因是道路排水不畅。如何合理规划和管理城市排水管网,有效控制水污染,提高城市综合功能,已成为城市建设和实施可持续发展的重要内容。在城市排水系统存在的问题中,亟待解决的问题是对于排水系统的排水能力做出准确评价,正确模拟城市排水管网的输送效果和排水设施所能承载的能力，这就需要建立起一个系统的三维排水管道系统，从而对城市排水系统进行整体的评价与研究。
2、CREO软件管道模块介绍及建模方法
CREO软件问世至今，一直是参数化建模领域的领先者，其出色的三维建模技术，使其应用于电子、机械、建筑、航天、家电等各行业。CREO软件中的管道模块，可在三维环境下建立全参数化的管路模型，建模、更改均非常方便。CREO软件具有全相关性，我们可以将管道模块下建立的模型，载入到CREO的其它模块下进行优化分析。由于目前城市城市排水管道系统设计主要还停留在二维、区域化阶段，其主要技术资料以二维图纸为主。利用CREO管道模块，可建立起系统的三维管路模型，为城市排水系统的规划、设计、运行、管理，都起到了形象的指导作用。
使用CREO创建三维管道一般有三种方法：
第一种方法、三维曲线扫描：先绘制一条曲线，然后再以这条曲线为中心线进行扫描成管道状的实体，这个零件的轨迹是空间的，所以不推荐使用扫描来实现。第二种方法、“插入”高级特征：仅仅是个特征有一定的局限性，比如只能在零件模式下使用，装配模块是出不来管道实体的。第三种方法、使用管道模块：功能强大优势明，工艺上，多数管道都是在各零件安装定位后安装，我们设计也是如此，因此管道（piping）只能在装配模式下才可以调用是明智的。
优点如下：
（1） 方便定义管理多种管线。
（2） 布线方法多样、灵活、方便。
（3） 方便提取管道信息。
（4） 适合于管路复杂的装配设计。
经过比较，针对城市排水管道系统的特点，我们选用第三种建模方法，下面以一个实例来讲述管道的建模过程。
步骤1：先在装配模式下装配好两个圆块。如图1-1所示。
图1-1 装配好的两个圆块 图1-2 进入管道环境
步骤2：再点击应用【程序】【管道】，如图1-2，进入管道环境。
步骤3：使用偏移坐标系点工具建立管道控制（通过）点，如图1-3 。
图1-3 偏移坐标系点工具 图1-4【偏移坐标系基准点】菜单栏
在弹出的【偏移坐标系基准点】菜单栏里，以参照坐标系的三个坐标轴为参照，输入偏移值，如图1-4所示。确定后，建立好的偏移坐标点在装配零件界面里显示，如图1-5。
图1-5 建立好的偏移坐标点图1-6【管线】菜单栏
步骤4：在弹出的菜单管理器选择【管线】 【创建/路径】，如图1-6。
输入管线名称：pipe3。如图1-7。
图1-7 输入管线名称 图1-8 创建线栈名
然后在线栈名菜单栏中点击“创建”，如图1-8。
输入直线轧件名称如图1-9。
图1-9 输入直线轧件名称
直线轧件名称确定后，弹出【管线库】菜单栏，在【管线库】菜单栏中设各选项参数，在此我们设置这晚半径为10。设置完成，点击，如图1-10。
图1-10【管线库】菜单栏
步骤5：再选取管道的起点与管道的通过点，选取过程如图1-11。
【设置起点】：指定管道的起始位置点。在此我们选择APNT0。
【至点/端口】：选择管线所要穿过的通过点。
图1-11 选取管道的起点与管道的通过点
点击【至点/端口】后消息栏出现提示，选取“YES”，如图1-12。
图1-12 点选YES让路线穿过全部数据点 图1-13
折弯半径有两个选项，可根据设计选择，此处选择【单个半径】，如图图1-13。
【单个半径】：管道的拐角处的弯曲半径一致。
【多重半径】：管道的拐角处的弯曲半径可以设置为不同的值。
点击后管道路径显示如图1-14。
图1-14 管道路径 图1-15 选择【管道实体】以生成管道
步骤6：生成管道实体。在菜单管理器中选取【制造】【管道实体】，如图1-15。
在弹出的如图1-16【管道实体】菜单栏中选中图pipe3，点击【生成】命令。
图1-16【管道实体】菜单栏
得到最终绘制管道，如图1-17所示。
图1-17 生成的管道实体
3、总结
关键词：电视塔 幕墙 三维扫描测量 施工技术
1.工程概况
盐城市广播电视塔——工程位于盐城市城南新区，城市人工湖（聚龙湖）东南角，东侧为跃马路，南侧为城市支路，西侧为城市文化艺术中心，北临人工湖，与城南金鹰天地、国际风情街毗邻。
盐城广播电视塔总用地面积为3.8247万平方米，建筑面积为3.1681万平方米，建筑高度为195米，周围商业辅房高度12.75米，由基座、塔身、观光休闲区和广播天线四部分组成。基座三层高度为16.8米，配置有入口大堂，陈列区。塔身由盐晶体组装的体块，错落叠加而成。观光区总面积约800平方米，包含有空中观光厅，高级景观餐厅，云中漫步廊道。
塔身主体建筑为全现浇钢板混凝土筒体结构，地下二层，地上裙房三层，屋顶为大型广电发射塔空间结构，并采用国内首次设计的钢板混凝土筒体结构体系。是集观光、商务、公益服务及娱乐于一体的综合公共服务、休闲场所.
2.测量施工工艺
（1）三维激光扫描测量技术，确保扫描范围、单次测量点位精度、测距精度、测角精度、扫描间距、垂直扫描角度范围等。严格控制测量的精确度，从而满足创优工程的质量保证体系。
（2）三维激光扫描测量技术，能够得到高精度的点云信息，结合彩色信息，可以得到尺寸精准、色彩表达逼真的立体模型，能有效地控制高精度安装与位移的变形定位。
（3）幕墙的施工测量应与主体工程施工测量轴线相配合，使幕墙坐标、轴线与建筑物的相关坐标、轴线相吻合（或相对应），测量误差应及时消化不得积累，使其符合幕墙的构造要求。
（4）使用三维激光扫描测量技术，对每个单位幕墙设置垂直、水平方向的控制线做好标识。严格控制测量误差，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，测量必须经过反复检验、核实，确保准确无误。注意：此过程中必须确保标高、轴线的统一、唯一性。
（5）测量放线前，先熟悉图纸，草拟出测量方案，画出测量放线图。幕墙分格轴线的测量放线应与主体结构的测量放线配合，对误差进行调整、控制、分配、消化、不使其积累。放线时应多次进行校正，确保准确性。
测量工艺流程图
3.测量工艺的控制
（1）测量放线之前，首先必须熟悉和核对设计图纸中各部分尺寸关系；（2）了解施工顺序安排，从施工流水的划分、施工进度计划及各部分幕墙结构的特征等多方面考虑，确定测量放线的先后顺序、时间要求，制定详细的各细部放线方案。（3）根据现场施工总平面布置和施工放线的需要，对各立面幕墙分别选择合适的点位坐标，做到即能全面控制幕墙的安装，又有利于长期保留应用。
4、测量工艺的应用
4.1基准点、线的确认
幕墙测量放线，依据内控线及基点布置图，检查初始已弹的控制线、轴线、起始标高以及底层的基准点，是否清晰或损坏，进一步了解具体的位置，以及相互之间的关系，结合幕墙设计图、建筑结构图进行认可，经检查确认后，填写轴线、控制线记录表。
4.2平面控制网的建立
以各基准点为基础，建立平面控制网，测量各基准点的距离与角度是否与基准点一致，如不一致，重复测量，并与主体结构测量师商量，直至点位在误差范围内，坐标差Δx、Δy≤2mm，角度差Δα≤40″，并以此点建立平面控制网。
以基准点建立了闭合平面控制网，以此平面控制网为基准，依据设计图纸标定与基准点的位置关系以幕墙的位置关系，测放幕墙的控制线，并在线上标明至幕墙的距离。幕墙控制线也必须是闭合导线，以便确定测量精度，只有在不能通视的位置才能使用支导线测量，测量点必须妥善保护，除把线放到地面上外，还要把线引至梁的外表面，以免地面处理后无法恢复。
4.3结构的测量
内控线布置后，以轴线、基准点、控制线作为一级基准点，在底层投出控制线，测出外控制线的距离，并作出各外控线延长线的交汇点，通过确定延长线上的交汇点作出二级控制点，各二级控制点之间互相连线成闭合状形成二级控制网。二级控制网建立后，检查建筑结构实际尺寸与设计尺寸之间的偏差程度，对大于或小于设计偏差要求的结构区域。
4.4层间标高的设置
在轴线控制线上采取直线延伸法，在便于观察的做一观察点，在小于4级风的气候条件下，静置后用等高法分别测量计算出各旋转转折段的实际标高和建筑结构的实际总高度，每段设立1米水平线作为作业时的检查用线，并将各段高度分别用绿色油漆记录在立柱或剪力墙的同一位置处，在幕墙施工安装直至施工完毕之前，高度标记、水平标记必须清晰完好，不被消除破坏。
4.5测量放样误差控制标准
（1）标高
a.±0.000至1米线≤1mm；
b.层与层之间1米线≤1mm；
c.总标高±0.000至楼顶层≤±1mm。
（2控制线
a.墙完成面控制线≤±2mm；
b.到外控线≤±1mm；
c.结构封闭线≤±2mm。
（3）投点
a.各标准层之间点与点之间垂直度≤±1mm。
5、幕墙施工测量
应符合的要求：（1）玻璃幕墙分格轴线的测量应与主体结构测量相配合，其偏差应及时调整，不得积累；（2）应定期对玻璃幕墙的安装定位基准进行校准；（3）对高层建筑的测量应在风力不大于4级时进行。
关键词： 三维可视化地理信息系统虚拟现实
中图分类号：C922 文献标识码：A 文章编号：
1 城市三维地理信息系统及其数据内容
1.1 城市三维地理信息系统
城市三维地理信息系统（简称3DUGIS）是指能对城市区域内空间对象进行真三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。它是一套完整的GIS 系统，它不仅具有城市三维虚拟景观浏览功能，让用户在真三维的仿真城市中进行漫游和飞行，还具有以下功能：
三维数据管理，主要包括三维数据入库、质量检查、坐标转换、空间和数据查询以及与其它系统数据的无缝转换等功能。三维场景交互，是指对场景中三维对象交互地进行三维空间浏览、选择、查询操作。三维空间分析，主要包括根据三维场景中的地形和模型的几何特征，进行基于模型或者场景的三维空间量算、通视分析、日照分析等三维空间分析操作。
1.2. 城市三维地理信息系统数据
城市三维地理信息系统中的数据可分为影像数据（DOM），三维城市模型数据（简称3DCM），场景数据和二维基础地理数据这四个主要组成部分。
三维城市模型数据其主要包括了数字高程模型DEM，三维建筑物，三维高架道路，三维树木等。场景数据，是在三维场景中，尤其是在精细场景中为了美化场景而添加的小品模型，如座椅，垃圾箱，路灯等。二维基础地理数据，是主要用于系统二三维联动查询和分析，为系统提供二维基础地理信息支撑。
2 城市GIS 三维可视化建模
三维城市模型包括许多类物体如：道路、水系、地形、建筑物等，其中重要的两类是地形和建筑物。
2.1 数字高程模型 DEM
地形的可视化是研究DEM 的显示、简化与仿真等内容，其中DEM 是三维地形模型显示的基础数据，它是根据采集的绘图区域地形等高线及重要的线性图形数据，按一定的曲面内插算法拟合生成的。为了建立较高拟合度的规则DEM ，可以采用初插和加密两步进行。初插获得适应精度的DEM 规则格网，可作为进一步内插的控制基础；通过加密内插，使得经细化的模型面元保持平滑过度与吻合，加密的密度决定了生成模型描述地形的精细程度。为此采取对绘图区域的高程模型用多种精度表示，通过不同的加密内插处理生成多个不同精度的数字高程模型。
2.2 城市三维建筑物模型
在城市地理信息系统三维可视化研究中，对于城市建筑物，人们不仅关心其外形的描述,而且，要求知道其几何结构。目前，建立城市三维建筑物模型的主要途径有以下几种：1)解析摄影测量；2)数字摄影测量；3)基于现有地形图和其他资料；4)激光扫描测量等。其中解析摄影测量技术目前被认为是精确度最高的手段之一。
2.3 城市三维场景的建模
目前三维场景的建模可以借助一些软件如Multigen等，来完成建模过程静态的三维场景，建模过程包括以下步骤。
1) 根据应用的需要，选取合适精度的数字化高程数据、人文景观特征数据、航拍或卫星、遥感照片等。
2) 对所收集的数据进行一致性处理，包括数据的筛选、简化、格式转换等，最终形成精度一致的高程数据与人文景观特征数据，作为以后三维建模的基础。
3) 生成特征物的三维模型，如道路的加宽、湖泊的平放等。
4) 三维特征物与地形的整合，可以采用两种方式：直接将特征物贴在地形表面上；在生成三维特征物模型后，再选取地形点来生成整合模型。
3、三维空间对象的可视化表达应用
3．1城市三维建筑物景观图的生成原理
1)数据准备与预处理
建筑物的几何描述信息包括方位信息和专题描述信息。几何方位信息用地面空间的三维坐标来表示，专题描述信息则包括组成该建筑物的点、线和面信息。各种建筑物的三维坐标(包含高度信息)可以用摄影测量、现有2D GIS数据库、数字／模拟地形图、建筑设计资料、实地量测等数据来源中获取，影像数据在使用前要对影像数据进行预处理，包括图像格式的转化、图像质量的改善、影像金字塔的生成以及影像的正射纠正与镶嵌等。
2)参数设置
在用OpenGL绘制三维景观模型和进行纹理映射前，需要设置相关的景观参数值。这些参数包括光源性质(镜射光、漫射光和环境光)、光源方位(距离和方向)、颜色模式(索引或RGBA)、明暗处理方式(平滑处理或平面处理)、纹理映射方式等。
3)模型构建
根据建筑物的底部多边形(多边形各顶点坐标已知)以及建筑物的高度，使用OpenGL中的有关几何建模命令进行城市建筑物的3D模型构建。
4)纹理映射
纹理映射就是把纹理图像粘贴到模型的表面，从而获得真实感效果的景观模型。纹理图通常是正方形或矩形的，实际上纹理数据是一个枚举数组，这些数据由R、G、B、A数值构成，在纹理数组中的单个值称为纹理元素(简称纹素)。OpenGL的纹理映射只能使用在RGBA模式下，在颜色模式下是没有定义的。用OpenGL函数进行纹理映射的基本步骤为：
a)定义纹理：用glTextlmage2D*()函数说明所映射的纹理内容。其中包括纹理数据的指针、纹理的大小、纹理的类别(灰度或彩色)等。纹理中的每个纹素的数据可以由1~4个元素组成，表示常值或RGBA值。也可以利用多重映射，把纹理定义为许多不同的分辨率。此外，当建筑物的纹理坐标在有效范围之外时，纹理映射可以包括纹理的边界值，边界值能够把多个纹理图像光滑地粘贴在一起。
b)指定纹理的应用方式：在将纹理粘贴在建筑物表面时，可以有三种方式：
一种方式，也是比较简单的方法就是直接把纹理颜色作为物体的最终的显示颜色。这种方式称为移画印花模式，在这种模式下，纹理图像直接绘制到建筑物表面，就把印花图案直接印到建筑物上一样；第二种方式就是使用纹理调整建筑物模型的颜色，这种方法对于获得纹理同光照的结合效果是非常有用的；最后一种方式是利用纹理将纹理颜色同建筑物的颜色相融合。指定纹理应用、映射方式使用函数glTextparameter*()、glTextEnv*()。
c)激活纹理映射：在绘制场景前必须激活纹理映射，可以使用glenable()和glDisable()打开和关闭纹理，变量GL_TEXTURE_2D表示打开二维纹理。
5)视口变换
视口是指计算机屏幕中的矩形绘图区城，它用窗口坐标来度量，反映了屏幕上的像素位置。视口相对于窗口的左下角。视换的目的就是将三维空间坐标映射为计算机屏幕上的二维平面坐标。视换用函数glViewport0实现，视口的宽高比通常等于视景体的宽高比，否侧视口内显示的图形将会发生形变。根据视换后视口内每一点的交换后的z坐标值，OpenGL可以自动实现消隐功能，使得靠近视点的目标能够折挡远离视点的目标。由于外形各异的建筑物的点、线、面信息的组成方式则各不相同，因此对于建筑物的三维重建而言，采用一个通用模型来表达各类建筑物的方法显然是不可行的。但是，根据按一定规则排列的三维坐标数据可以推演出对应的专题信息。这就要求将建筑物按照其几何外形特征进行分类，分别对每一类建筑物采用一种几何数据棋型。实践证明，这种方式是可行的，并且适合于建筑物的三维表达。
3.2房屋的几何模型表达
下面将对几种典型的房屋类型给出其用于三维可视化的几何模型，并对复杂建筑物的三维表达方式进行探讨。
1)用于平屋顶房屋的几何数据模型
平屋顶房屋是目前城市建筑屋最为常见的房屋类型，其屋顶为一平面，可以用一个平面多边形来表示。
2)用于人字型屋顶房屋的几何数据模型
人字型屋顶房屋也是一种较为常见的房屋类型，它的底部为一矩形，屋顶呈人字型，由于屋檐各角点的高程值理论上是相等的，因此只播需用一个高程值来表示。
3)用于屋顶带山墙的房屋的几何数据模型
屋顶带山墙的房屋其底部仍是一个矩形，但它的屋顶形状与人字型屋顶不同，两侧各有一个山墙，房屋屋檐处的高程值和房屋屋顶处的高程值的表示方法与人字型屋顶的房屋相同。
4)复杂房屋几何模型的表示
对于和上述三种类型迥然不同的房屋而言，则需要根据其外形特点分别定义各自的数据模型，如圆形屋顶的房屋、尖屋顶的房屋等等。而有些房屋尽管其总体外形与上述三种不同，但是它可以分解为两个或多个上述类型相同的单个房屋，这样就可以用多个房屋的组合来表示一个复杂房屋。采用这种方式时，首先要求在获取房屋数据时就需要对复杂房屋进行分解，分别采集单个典型房屋的数据；其次需要解决另外的一个关键技术就是单个房屋之间的公共部分的无缝拼接。
6、应用前景
城市三维可视化GIS有着广泛的应用范围和应用价值，主要体现在以下几个方面：①为城市交通、地质、测绘等领域提供一个良好的应用的工具。②为政府决策部门提供一个进行决策和市民参与决策过程的有效工具。③为环保部门提供了进行城市噪音、热辐射以及污染扩散分析的工具。④在通讯领域可以使用3D数据计算电波在城市环境中覆盖范围以达到
最佳基站布设。⑤在建筑工程中通过建立施工区域的建筑物的真实模型，以方便建设规划。参考文献
