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1、 基于GIS的三维数字城市构建研究 郑煜琳摘 要:数字城市是城市信息化的重要途径,开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成,分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求,提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用,为数据城市建设提供了保障。关键词:GIS 数字城市 三维模型 3DMAX:P208 :A :1674-098X(2014)09(c)-0024-01随着城市信息化进程的加快,数字城市成为研究的热点,全国各地纷纷开展数字城市建设工作。数字城市以地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、全球定位系统(GNSS)、虚拟
2、现实技术(VR)为基础,对城市基础地理信息数据进行采集,建立空间地理信息数据库,综合运用WebGIS等先进技术,为行政管理部门、企事业单位及人民群众提供多尺度、多分辨率、多时态的综合信息服务应用,并为政府决策提供依据。三维数字城市具有三维视觉感,清晰表达数字城市的功能,能满足公众的需求,建立三维可视化模型是实现三维数字城市的基本保证。研究三维数字城市构建方法,具有重要意义。1 基于GIS的三维数字城市系统结构目前三维数字城市结构一般由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成。数据资源层主要包括基础资源数据库、2D数据、三维模型数据组成,其中基础资源数据库主要包括数据高程模型(DEM)、数字正
3、射影像图(DOM)、数字线画图(GLG)三部分组成。基础资源数据库数据经过处理后生成地表数据集(MPT文件),2D数据、三维模型数据构成了扩展GIS数据库;数据处理层主要由数据库、驱动平台、用户界面三部分组成,以地表数据集与扩展GIS数据库为基础,构建三维数字城市驱动平台,综合运用WebGIS、网络技术,通过三维数字城市系统用户界面,为用户提供基础地理信息服务。数据应用层经过数据处理,可以实现三维场景漫游、三维场景评价、三维场景空间分析等功能。三维数字城市系统结构(见图1)。2 三维数字城市数据2.1 基础地理信息数据基础地理信息数据主要包括控制数据、DEM数据、DOM数据、交通数据、道路街道
4、数据、行政区划数据、水体数据、房产数据与地籍数据等,是三维数字城市的基础。2.2 三维数据三维数据主要包括三维地形数据与三维场景数据。三维数字城市的关键在于三维数据的获取,其中三维地形数据主要通过数字正射影像图(DOM)与高程信息叠加获取,过程相对比较简单。三维场景模型一般使用专业建模软件完成,过程较复杂,需要重点探讨。3 三维数字模型的建立3.1 常用的三维建模方法介绍(1)使用3DMAX等动画软件建模。该方法建模功能强大,模型精细,可以进行大比例尺高精度建模,但是存在数据量大、不能与地形信息叠加、不能进行交互查询等缺点。(2)MutiGen Creator。三维虚拟现实与仿真功能强大,经常
5、与Vega软件组合,可以进行大范围的地形建模且支持建筑物建模,数据结构简单,可以方便的与遥感影像数据、矢量数据、DEM数据进行叠加。但是存在模型不够精细、无法交互编辑、数据查询功能弱等缺点。(3)ArcGIS等地理信息软件。ArcGIS的三维扩展模块(ArcScene/ArcGlobe)提供了三维建模功能。一般使用ArcGIS支持的三维符号进行三维模型建立,并将地理位置等数据存储在矢量数据层中。地理信息三维模型支持各类数据的叠加分析,可以方便的进行数据查询分析,但模型建立过程较繁琐,建立时对技术人员水平要求高。可以看出,以上三种建模方法各有优劣,可以综合使用。目前在三维模型建立时,3DMAX应
6、用最为广泛,因此,该文重点针对3DMAX软件的建模方法进行探讨。3.2 3DMAX三维模型建立方法(1)建筑物三维模型的建立。进行建筑物三维建模时,首先根据技术设计要求,统计需要进行精细建模的建筑物,并根据已有的基础地理信息数据(大比例尺地形图数据、高分辨率遥感影像等)提取目标建筑物的形状和空间位置,根据实测数据或遥感影像阴影信息获取建筑物的高度信息;在3dsMax中冻结需要建模的建筑底图,在保证精度的前提下,使用尽可能少的点面进行精细建模;根据实地拍摄的建筑物纹理,使用Photoshop软件对图片进行处理,添加建筑物纹理,使建筑物三维模型更加真实、直观;建筑物三维模型建立完成后,统一保存为便
7、于识别的平台支持格式。(2)小品模型的构建。小品是数字城市三维建模的重要组成部分,主要包括植被、道路附属设施、建筑物附属设施等,数量众多,若逐个建立模型费时费力。根据分析,小品主要起烘托场景的作用,且同类小品形状大多相似,可以考虑快捷的建模和插入方式。在数字城市三维建模中,可以采用ArcGIS软件进行小品数据处理。首先调查小品的主要种类和特点,建立对应的三维模型符号库。建模时,通过三维平台,直接导入小品点位坐标,点状数据通用的气泡显示方式,小品数据都是以通用符号气泡代替,同时对气泡点进行分类,最后将气泡符号全部替换成符号库中小品三维符号,完成小品建模。根据三维地形数据、三维建筑物模型、三维小品
8、模型,可以时间数字城市的三维建模,直观形象的反映城市的三维信息,为数字城市建设提供基础数据。4 结论城市基础地理信息数据极为复杂,传统的二维数据已经难以满足城市管理的需要。三维模型的建立,为数字城市建设提供了基础数据。目前数字城市已经得到了广泛的应用,为城市管理、规划等工作提供了有力的帮助。随着社会的发展及技术的进步,智慧城市已经成为未来发展的趋势,如何针对数字城市的建设现状,综合运用物联网技术、智能传感技术、数字通信技术建立智慧城市,值得进一步研究和探讨。参考文献1 阎凤霞,张明灯.三维数字城市构建技术J.测绘,2009,32(2):93-97.2 雷林辉.基于数字城市地理空间框架的GIS应
9、用系统建设J.测绘工程,2013,22(4):48-51.3 李德仁,邵振峰,杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践J.地理空间信息,2011,9(6):1-5.endprint摘 要:数字城市是城市信息化的重要途径,开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成,分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求,提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用,为数据城市建设提供了保障。关键词:GIS 数字城市 三维模型 3DMAX:P208 :A :1674-098X(2014)09(c)-0024-01随着城市信息化进程的加快,数
10、字城市成为研究的热点,全国各地纷纷开展数字城市建设工作。数字城市以地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、全球定位系统(GNSS)、虚拟现实技术(VR)为基础,对城市基础地理信息数据进行采集,建立空间地理信息数据库,综合运用WebGIS等先进技术,为行政管理部门、企事业单位及人民群众提供多尺度、多分辨率、多时态的综合信息服务应用,并为政府决策提供依据。三维数字城市具有三维视觉感,清晰表达数字城市的功能,能满足公众的需求,建立三维可视化模型是实现三维数字城市的基本保证。研究三维数字城市构建方法,具有重要意义。1 基于GIS的三维数字城市系统结构目前三维数字城市结构一般由数据资源层、数据处理层、
11、数据应用层三层组成。数据资源层主要包括基础资源数据库、2D数据、三维模型数据组成,其中基础资源数据库主要包括数据高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)、数字线画图(GLG)三部分组成。基础资源数据库数据经过处理后生成地表数据集(MPT文件),2D数据、三维模型数据构成了扩展GIS数据库;数据处理层主要由数据库、驱动平台、用户界面三部分组成,以地表数据集与扩展GIS数据库为基础,构建三维数字城市驱动平台,综合运用WebGIS、网络技术,通过三维数字城市系统用户界面,为用户提供基础地理信息服务。数据应用层经过数据处理,可以实现三维场景漫游、三维场景评价、三维场景空间分析等功能。三维数字城市系
12、统结构(见图1)。2 三维数字城市数据2.1 基础地理信息数据基础地理信息数据主要包括控制数据、DEM数据、DOM数据、交通数据、道路街道数据、行政区划数据、水体数据、房产数据与地籍数据等,是三维数字城市的基础。2.2 三维数据三维数据主要包括三维地形数据与三维场景数据。三维数字城市的关键在于三维数据的获取,其中三维地形数据主要通过数字正射影像图(DOM)与高程信息叠加获取,过程相对比较简单。三维场景模型一般使用专业建模软件完成,过程较复杂,需要重点探讨。3 三维数字模型的建立3.1 常用的三维建模方法介绍(1)使用3DMAX等动画软件建模。该方法建模功能强大,模型精细,可以进行大比例尺高精度
13、建模,但是存在数据量大、不能与地形信息叠加、不能进行交互查询等缺点。(2)MutiGen Creator。三维虚拟现实与仿真功能强大,经常与Vega软件组合,可以进行大范围的地形建模且支持建筑物建模,数据结构简单,可以方便的与遥感影像数据、矢量数据、DEM数据进行叠加。但是存在模型不够精细、无法交互编辑、数据查询功能弱等缺点。(3)ArcGIS等地理信息软件。ArcGIS的三维扩展模块(ArcScene/ArcGlobe)提供了三维建模功能。一般使用ArcGIS支持的三维符号进行三维模型建立,并将地理位置等数据存储在矢量数据层中。地理信息三维模型支持各类数据的叠加分析,可以方便的进行数据查询分
14、析,但模型建立过程较繁琐,建立时对技术人员水平要求高。可以看出,以上三种建模方法各有优劣,可以综合使用。目前在三维模型建立时,3DMAX应用最为广泛,因此,该文重点针对3DMAX软件的建模方法进行探讨。3.2 3DMAX三维模型建立方法(1)建筑物三维模型的建立。进行建筑物三维建模时,首先根据技术设计要求,统计需要进行精细建模的建筑物,并根据已有的基础地理信息数据(大比例尺地形图数据、高分辨率遥感影像等)提取目标建筑物的形状和空间位置,根据实测数据或遥感影像阴影信息获取建筑物的高度信息;在3dsMax中冻结需要建模的建筑底图,在保证精度的前提下,使用尽可能少的点面进行精细建模;根据实地拍摄的建
15、筑物纹理,使用Photoshop软件对图片进行处理,添加建筑物纹理,使建筑物三维模型更加真实、直观;建筑物三维模型建立完成后,统一保存为便于识别的平台支持格式。(2)小品模型的构建。小品是数字城市三维建模的重要组成部分,主要包括植被、道路附属设施、建筑物附属设施等,数量众多,若逐个建立模型费时费力。根据分析,小品主要起烘托场景的作用,且同类小品形状大多相似,可以考虑快捷的建模和插入方式。在数字城市三维建模中,可以采用ArcGIS软件进行小品数据处理。首先调查小品的主要种类和特点,建立对应的三维模型符号库。建模时,通过三维平台,直接导入小品点位坐标,点状数据通用的气泡显示方式,小品数据都是以通用
16、符号气泡代替,同时对气泡点进行分类,最后将气泡符号全部替换成符号库中小品三维符号,完成小品建模。根据三维地形数据、三维建筑物模型、三维小品模型,可以时间数字城市的三维建模,直观形象的反映城市的三维信息,为数字城市建设提供基础数据。4 结论城市基础地理信息数据极为复杂,传统的二维数据已经难以满足城市管理的需要。三维模型的建立,为数字城市建设提供了基础数据。目前数字城市已经得到了广泛的应用,为城市管理、规划等工作提供了有力的帮助。随着社会的发展及技术的进步,智慧城市已经成为未来发展的趋势,如何针对数字城市的建设现状,综合运用物联网技术、智能传感技术、数字通信技术建立智慧城市,值得进一步研究和探讨。参考文献1 阎凤霞,张明灯.三维数字城市构建技术J.测绘,2009,32(2):93-97.2 雷林