三维数字城市精选(九篇)

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第1篇：三维数字城市范文

一、人文系统的概念

《辞海》称:“人文指人类社会的各种文化现象”,人文一词最早出现在《易经》中贲卦的彖辞:“刚柔交错,天文也。文明以止,人文也。观乎天文以察时变;观乎人文以化成天下。”意为以诗书礼乐之教而化成天下,“诗、书、礼、乐”都是“修身”,核心是“礼”。宋程颐《伊川易传》卷二释作:“天文,天之理也;人文,人之道也。天文,谓日月星辰之错列,寒暑阴阳之代变,观其运行,以察四时之速改也。人文,人理之伦序,观人文以教化天下,天下成其礼俗,乃圣人用贲之道也。”

人文这个名词概念也成为近年来活跃在文坛上的代表,在欧洲人们经常把人文精神作为一个学者的必备精神,而人们通过对文化、艺术的转变,逐渐形成“人文主义”和“人文学者”,但我们也常说,人文是人们对于知识的一种向往和追求,人们不断地追寻着自己的人生道路和不断地感受知识所带来的作用和魅力。“人文”在上世纪中期就已经被欧洲国家的人们所认可和追求,并且在大学课堂开辟“人文学科”,让更多的学子都能感受和学习这种文化,对于文人们来说,这也是他们对知识的追求、探索。

我们国家的人文专业开展的比较晚,但也具有一定的代表性和传承性,人文学科在大学里面逐渐增加课程,现在很多高校都把人文设立为一个独立的学院,比如南京大学的人文学院等。人文是一种文化,是一种交流,也是人们的一种需求,在人文领域知识里,人文系统指人类社会自己创造出来的各种文化现象和各种传统属性之间相互联系、相互作用、具有特殊结构和特定功能的文化有机整体。在城市的人文系统中包含着建筑形态、商业氛围、社会习俗、历史文脉、生活情趣、城市拓展等方面的人文内容。

二、人文系统的艺术性表现

三维数字城市动画中的人文系统艺术性具体表现在建筑领域、社会领域和城市生活领域,人文艺术是人们对现代社会的一种适应,以及对城市数字化、艺术化的综合展现。

艺术性是指人们反映社会生活和表达思想感情所体现的美好表现程度。艺术是需要通过社会来表现出来的,艺术的具体表现也通过各个不同的领域去体现出来,比如通过文化系统,将艺术的形态更好地展露出来,通过表达流露出思想感情。人文系统中的艺术性的表现在不同的文化现象里面各不相同。

建筑形态中的表现

艺术性主要表现在建筑形态视觉三要素――造型、色彩、光线的效果,以及建筑室内外环境中实体的形和空间的形在组合上达到艺术家审美意境所要求的程度。在当今社会,建筑行业中大量运用电子数字化来设计和操作,通过人文艺术的转换,将艺术和文化在建筑形态中展现地淋漓尽致。

商业氛围中的表现

商业文化元素融合在商业环境中,从而可以达到塑造商业文化的知名度,艺术性主要表现在将商业的精神文化本质揉进商业的空间氛围中,借助商业的建筑环境载体,在形式上使之具有听觉、视觉的艺术识别效果,是商业精神文化在商业艺术氛围中完美体现。

社会习俗中的表现

民俗文化的核心是将人们的集体行为不间断地执行,通过精神民俗文化和艺术的相互结合表现出来,而对于艺术性主要表现在语言、文学、音乐、舞蹈、游戏、神话、礼仪、习惯、手工艺等方面的自然和质朴,在艺术审美上具有真挚、善良、直率、热情的特点。

历史文脉中的表现

一个城市就像一个人,在性格上必定有他独特的文化底蕴,而社会的精神文化都是和历史文脉息息相关的。艺术性主要表现在各个不同历史时期,各阶段文化遗迹所留下的痕迹具有永恒美和典雅美。

生活情趣中的表现

生活情趣更多体现出来的是整体文化,从某一方面来说文化是这个社会所必不可少的一种元素,同时也是通俗文化的基础者,在艺术的整体表现上结合文化的主流性和对应性,将艺术性文化表现在大众化、生活化上,使普通生活更富有市民趣味。

城市拓展中的表现

未来城市的发展是城市文化的延伸和历史的延续,但在一定阶段上具有相对的稳定性,而艺术性主要表现在地域文化特征的保留和创新上。

三、人文系统的重要性

人文系统是一个城市的文化形态,也是一个城市个性化的表现。在对城市进行三维数字化的时候,我们既不能简单地停留在城市表象的塑造上,也不能只是城市形态的复制,应该将城市中的生活气息,从人文系统的角度全方位细致入微地表达出来,使三维数字化的城市具有鲜活的生命力。因此,在三维数字城市动画中应该从建筑形态、商业氛围、社会习俗、历史文脉、生活情趣、城市拓展等方面入手,将人文系统中艺术性的部分揉进去,真正营造出一个鲜活、具有人文性的城市,所以说人文系统的艺术性是三维数字城市动画的灵魂。

作者_盛 周剑 卢晓天

第2篇：三维数字城市范文

关键词：三维建模；可视化；地理信息系统

中图分类号： TU984.11+1 文献标识码：A文章编号：

Abstract: the three-dimensional modeling technology is the city of 3 d visualization, is fundamental to three-dimensional city GIS application of the key. To the city space entity of 3 d modeling technology and visualization process further research, this paper discusses the different data sources terrain and based on the features of the modeling methods, and puts forward a city 3 d visualization application system framework for city digitlizing construction provides an effective and feasible scheme.

Keywords: 3 d modeling; Visualization; The geographic information system

城市GIS正从二维GIS发展到三维GIS ,城市三维建模与可视化技术是一个研究热点,也是三维GIS应用的关键技术。城市三维可视化系统是指能对城市区域内空间对象进行三维描述和分析的GIS应用系统,是一个可视现实和虚拟现实集成的系统。随着GIS技术、数据库技术、网络技术、计算机图形显示技术和硬件的快速发展,三维可视化技术在城市规划、市政管理、公共交通、电力、水利、旅游等多个领域得到了广泛应用。三维建模与可视化尽管在理论研究和实际应用中取得了很大进展,但在复杂建筑物建模、纹理提取、信息获取和卫星遥感图像矢量化等方面还有一些问题有待研究解决。

1、数字城市三维模型建模方法

可视化与数据建模密不可分,城市实体三维建模是实现城市三维可视化的关键,城市实体的三维表达与分析都是重要的研究内容。构成数字城市的各种空间实体在几何结构、内部属性等方面都具有不规则性、不确定性和复杂性,整个城市实体就是一个三维、动态的开放系统。表示地理信息空间数据的六大要素包括地貌、居民地、植被、水系、道路和境界,对于城市而言,其中重要的是地貌和居民地。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个大类,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、地物纹理信息等。

1.1 地形的三维建模

地形是数字城市中最重要的地理对象,是城市实体的三维空间基础。利用正射影像加数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)可以生成三维地形的图形表示。数字高程模型(DEM)是地形表面形态的数字表示。DEM 是地理信息系统中最重要的空间信息资料和进行地形分析的核心数据,也是绘制三维实体和进行地形分析的重要基础数据。DEM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个三维向量(xi,yi,hi)的T次方，其中xi,yi表示地形点的平面位置,hi表示地形点的高程。DEM是以离散分布的平面点上的高程数据来模拟连续分布的地形表面。

目前,获取DEM数据主要有以下三种方法

1.1.1 野外实地测量

这种方法适用于精度高、采集面积较小的场合。其基本过程是根据测量学原理,利用野外测量仪器和设备测定控制点和采样点的空间位置,选择地形特征点、线进行采样,将测量数据存贮在计算机中。该方法的优点是可以获取高精度的DEM数据,缺点是劳动强度较大、效率较低,不适用于大范围面积DEM数据的获取。

1.1.2 地形图数字化

通过对地形图进行扫描,利用R2V和AutoCAD等软件对扫描得到的栅格图像进行矢量化,然后添加地形特征线, 最后生成DEM。这种方法所需的原始数据源(地图)容易获取,对作业所需的仪器设备和人员的要求不太高,采集速度也比较快。

1.1.3 全数字摄影测量

该方法以航摄立体像对或高分辨率遥感卫星立体像对作为数据源,根据视差模型、自动选配左右影像的同名点,建立DEM。根据摄影测量的基本原理,在解析测图仪或数字摄影测量系统上经过内定向、相对定向和绝对定向等过程,采用自动或半自动方式,按一定的间距,采样出DEM数据。该方法要求具备专业的仪器设备。目前,通过航空遥感能够获取地面高分辨率影像和地物描述信息,从航空遥感影像中自动提取DEM的技术已经成熟,地物信息的提取也实现了半自动化,数字摄影测量技术已经成为从航空遥感影像中提取地面三维信息的重要手段。航空遥感具有覆盖面小、更新周期长等不足,而航天遥感的发展可以克服上述不足。随着传感器技术的不断进步,卫星影像的分辨率越来越高,航天遥感已经步入了一个能快速提供多种高分辨率对地观测海量数据的新阶段。

利用DEM对地形进行三维建模有多种方法,常用的有正方形格网(Grid)、不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)和混合网(Grid2TIN)等。这些方法都在实际的地形建模中得到了应用 。

正方形格网是一种栅格数据结构,它把数字地面模型覆盖区划分成为正方形格网,每个网格的大小和形状都相同,用相应矩阵元素的行列号来实现网格的二维地理空间定位,第三维为高程信息。正方形格网数据结构、拓扑关系简单,便于存取和处理,算法容易实现,但数据冗余过大,尤其是在地势起伏不大的地区更加明显。不规则三角网是把数字地面模型覆盖区域划分为许多相互毗邻的三角形区块,划分的三角形数量越多,越能反映真实的地貌。不规则三角网的点、弧、面拓扑关系简单,存储结构紧凑,检索方便。不规则三角网数字地面模型根据地形的起伏决定数据量的大小,因而能有效地表达地形的结构特征。在同等精度下不规则三角网地面模型比正方形格网存储效率更高,但其算法实现比较复杂。Grid和TIN二者各有优缺点,适用于不同地形。基于Grid的建模常用于地势平缓地区,而TIN适应于地形破碎、陡峭等地形变化剧烈的区域。在实际应用中,可以采用Grid与TIN相结合的混合网模型。例如,可以首先建立基础的Grid网,如果数据中包含结构线,则将Grid网分解成局部TIN网。

1.2 地物的三维建模

在地物模型中主要考虑建筑物、道路、桥梁和水域等地物的建模,而建筑物是城市模型中最关键的地物,它的建模对于三维城市可视化具有十分重要的意义。对于建筑物,人们不只是关心其外形的描述,而且要求知道其几何结构和属性信息,以便对其进行空间分析和不同层的属性查询。建筑物建模分为几何形状建模和纹理映射建模,建筑物的三维几何形体的表达是三维数字城市建模研究中的重要内容。

目前常用的城市地物三维建模方法可分为三种类型:基于二维GIS的建模方法、基于CAD 的建模方法和基于遥感影像的建模方法。三种方法在城市三维建模和可视化应用中各有优势和不足。

1.2.1 基于二维GIS的建模方法

GIS数据库包括空间数据和属性数据,空间数据表示地理实体的空间位置及相互关系,属性数据表示地理实体的名称、类型、数量等。空间数据抽象为点、线、面三类特征。二维城市GIS已包含了大部分建筑物实体建模所需的基础数据,因此直接从二维城市GIS数据转换到城市三维模型是一条经济快捷的有效途径。城市三维建模需要真三维的空间数据(如位置、高程或高度数据)和真实影像数据(如建筑物纹理信息),而现有二维GIS不具有第三维信息。基于二维GIS构建城市三维模型常采用二维GIS和DEM结合的方式,用DEM作为建筑物的承载体表达地表的起伏,再根据建筑物的相对高度信息构建具有真实地理分布的三维城市景观。基于二维GIS的建模可以方便地构建大范围的简易城市三维模型,但最大缺陷在于这类模型仅能表达相对规则的建筑物,难以重构形状复杂的城市实体,同时由于缺乏准确的第三维数据和纹理信息,所构建的模型缺乏真实感,且对实体信息表达不足。

1.2.2 基于CAD的建模方法

基于CAD的建模方法是采用AutoCAD、3DSMAX等建模软件建立三维CAD模型, 一个三维CAD 模型由一个或多个多边形模型(或者称为网格模型)构成,它能够表达建筑物详细的几何特征。在CAD系统中,物体三维模型的信息是通过对图形进行实体拉伸和计算各种设计参数来实现的。CAD技术在图形处理和真三维建模方面具有独特的技术优势,是一种逼真的三维实体建模方法。基于CAD的建模不仅仅表达了对象的外表,而且还可以描述对象内部的复杂结构,但CAD三维模型的建模过程包含复杂的人机交互过程和大量的手工操作,成本很高。

1.2.3 基于遥感影像的建模方法

基于遥感影像的建模方法是利用立体影像数据和数字摄影测量技术,根据影像间的相互关系得到地物点坐标,建立数字地表模型,然后通过纹理映射,建立建筑物模型。遥感影像数据能够提供下列数据:建筑物的三维几何模型、DEM和数字正射影像。数字摄影测量系统的推出为三维城市数据的获取提供了经济、快捷的方法,从遥感影像中提取地物信息实现了半自动化。

三维城市模型的数据源分为近距离获取的数据和远距离获取的数据,不同的数据源适应不同的建模方法。近距离获取数据的方法包括近景摄影、近距激光扫描和人工测量等;远距离获取数据主要采用基于遥感影像的方法,包括航空影像、卫星影像、机载激光扫描等。基于遥感影像的方法适用于大范围城市地面模型和建筑物模型的获取,通过利用数字摄影测量系统可以进行有限程度的半自动建模。但是,基于遥感影像建立的三维建筑模型不能详细描述建筑物表面所有细节和特征,难以满足用户近距离观察和室内漫游的需求。

除了DEM,构建三维城市模型还需要建筑物高度、建筑物几何模型、建筑物影像纹理以及语义特征等数据。建筑物几何要素所描述信息包括空间三维坐标信息(包括高度信息)和构成该建筑物的点、线、面信息。各种建筑物的点、线、面的组合方式不相同,可以按功能或形状对建筑物分类,分别对每一类建筑物的几何信息进行处理。例如,可以根据建筑物的形态结构特征把建筑物分解为平顶、特殊顶和球顶等。建筑物建模的难点主要是各种特殊顶和一般凹面的表示,由于三角形是最简单的凸多边形,因此,对于各种特殊顶部形状,可以采用将凹多边形分割为一系列不重叠的三角形的方法。

三维空间构模是目前研究的一个热点,国内外提出了多种三维空间构模方法,可以将其归纳为基于面模型、基于体模型和基于混合模型等三大类。面模型侧重于三维空间表面的表示,它通过表面表示形成三维空间目标,其优点是数据存储量小,建模速度快,且便于显示和数据更新,不足之处是空间分析难以进行。体模型是基于三维空间体元分割和真三维实体表达,体元的属性可以独立描述和存储,其优点是适于空间操作和分析,但数据结构复杂,存储空间占用大,构模速度慢。面- 体混合模型则综合了面模型和体模型,以及综合规则体元和非规则体元的优点。

1.3 地物纹理数据的获取与映射

除了建筑物的几何模型,重构三维建筑物还需要纹理数据。获取纹理数据的方法除了利用贴图素材库和实地拍摄采样,最经济的方法是从遥感影像中提取。生成真实感的三维城市需要在城市地物模型表面粘贴真实的纹理影像,建筑物模型表面纹理影像主要来源于航空影像。由于航空影像是从空中向下投影,因此屋顶纹理可以很方便地在航空影像上提取。而墙面有的是在空中可见的,纹理可在航空影像上直接提取,有的则被遮挡,此时则需要采用实地近景拍摄的影像。

纹理数据获取后,就需要考虑如何将纹理映射到相关的建筑物上。纹理映射是用图像来替代物体模型中的可模拟或不可模拟细节,从而提高显示的逼真度和速度。纹理映射技术是一个简化复杂几何模型的有效办法,它通过指定方式将各多边形顶点的三维空间坐标与其二维纹理坐标相对应,可以方便地生成复杂的视觉效果。

纹理映射的关键是控制纹理坐标,它通过将纹理图像直接投影到三维模型的几何表面来获取模型表面的纹理坐标。每一幅参与映射的纹理图像都有一个映射的坐标,并以文件的形式保存起来。程序运行时,只要找到纹理的映射坐标就可以准确地把相应的纹理映射到地物上。由于绝大多数建筑物的侧面为矩形,因此在纹理映射时可直接运用OpenGL的填充凸多边形绘图模式下的纹理映射方法。

2、可视化应用系统框架

城市三维可视化是指通过研究三维地形、地物的构成,建立分析应用模型,运用计算机图形学和图像处理技术,将城市实体以三维图形的方式在屏幕上显示出来。三维可视化以直观、逼真的方式表达地理要素,实现空间数据可视化。三维可视化的实现是建立在三维空间数据基础之上的。

利用全数字化摄影测量软件VirtuoZo和三维可视化地理信息系统平台IMAGIS设计完成了一个三维可视化应用系统框架,该系统包括数据提取与数据处理、三维景观生成和三维景观浏览三大模块,

系统首先获取相关的DEM、正射影像(DOM)和矢量线,然后将这些数据引入三维GIS,在GIS中进行三维模型的建立。建立模型的同时输入模型的相关属性数据,为模型建立属性数据库。建立建筑物模型后再进行建筑物表面的纹理映射。在建筑物处理完后继续进行其他地物(如道路、桥梁和树木等)建模、属性数据输入和纹理处理。

在建立好三维景观后就可进行三维景观的漫游浏览,包括三维景观的俯仰、缩放和旋转等多视角观察,也可以进行指定路线的漫游。在配备立体观测设备的情况下系统还可进行真三维景观漫游。还可以将漫游过程录制为动画电影文件,并在网络上播放。

当对整个城市进行三维可视化处理时,由于城市占地面积很大且地形复杂,考虑计算机的处理能力及网络环境下的实时数据传输,必须对整个城市进行分块,将整个城市区域划分为若干个子块。

3、总结

三维建模与可视化技术集成了计算机、GIS、CAD、遥感和测绘等多个领域的研究成果,在城市规划、水利资源管理、军事模拟、地质等多种领域得到了广泛应用。将三维可视化技术应用到与人类生活密切相关的城市环境中,对城市规划、人居环境的改善具有重大现实意义。对城市三维建模与可视化技术进行了深入研究,采用基于图像的方法与传统方法相结合,设计了一个城市三维可视化应用系统框架,较好地实现了GIS与城市实体模型数据的结合。三维数字城市模型的构建是一项十分复杂的工程,随着城市三维可视化技术应用的深入,在大规模城市三维景观浏览、高效的城市实体数据模型构建和实时动态显示等方面还有许多问题需要进行深入的研究。

参考文献：

[ 1 ] 高睿,刘修国,熊威. 城市三维景观可视化研究与应用[J ] . 计算机应用研究,2005 ,22 (3) :160 - 163.

[ 2 ] 卜丽静,王家海,张正鹏. 地学三维GIS 可视化系统[J ] . 辽宁工程技术大学学报,2006 ,25 (6) :63 - 65.

[ 3 ] 贾瑞生,姜岩,孙红梅,等. 三维地形建模与可视化研究[J ] . 系统仿真学报,2006 ,18 (增刊1) :330 - 332.

[ 4 ] 吴慧欣,解丹蕊,薛惠锋. 三维GIS 模型的分层表示及可视化技术研究[J ] . 计算机应用研究,2006 ,23 (7) :191 - 195.

第3篇：三维数字城市范文

关键词：三维；数字城市；skyline；模型

中图分类号：O343.2文献标识码：A 文章编号：

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

随着GIS和计算机技术的不断发展，城市规划和测绘管理等领域对地理信息数据的要求越来越高，三维数据能够弥补二维数据的不足，为这些研究提供直观的表现和辅助手段，让设计人员和决策者可以在宏观层面把握城市空间形态的要点和亮点，使城市地理、资源、环境、生态、经济、等实现可视化、虚拟化，在规划和管理上具有更高的效率。

二．项目区介绍

该项目区覆盖范围为燕郊开发区中国冶金一局办公区及冶金天元小区，有建筑楼群，小范围绿地、小面积水体、球场、花坛及其它各种配套设施，测区总面积为0.2平方公里。

三．建模方案设计

3.1建模方案

地形数据采用DEM和DOM数据叠加，地形矢量数据辅助的方法，这样可以显示正射影像上的数据内容，又可以表达地表起伏的状态。由于本次建模不是大面积建模，仅小范围建模测试，所以建筑物模型的建立并不采用大范围统一建模方式，将外业采集的建筑和地物坐标数据导入3dmax中进行建模和纹理映射，不改变其坐标。用地面摄影获取建筑照片，然后用Photoshop软件进行处理得到纹理数据，最后在3dmax进行纹理映射。所有数据为了保持坐标一致，均把坐标转换为统一格式。

图3-1建模总体架构

3.2建模关键技术

数据获取技术：指利用现有资料进行外业测量、全数字摄影测量等方法获取测区内地形数据、影像数据和纹理数据，本项目中主要用到的是建筑、地物、绿地、道路等等的坐标，覆盖测区的DOM正射影像图，纹理数据指地上建筑物和一些简单地物的照片等，纹理拍摄坚持遵循一定规律原则。

数据处理技术：本项目中地形场景制作以DEM高程数据和DOM正射影像图作为底图，两种数据均采取先预处理后使用。为了优化场景需要添加了有关道路、绿地等的矢量数据，矢量数据通过对地形数据处理后获取。此外，在具体实施中考虑各种数据格式、不同坐标系统的数据转换等。

三维实体建模技术，纹理映射技术：本项目中建模采用3dmax软件建立各种地物模型，楼房、凉亭、球场等等，在纹理映射处理方面注意网球场、护栏、花坛等特殊模型贴图的方法。

三维对象管理和分析技术：借助于优秀的三维场景演示平台来存储海量数据，再现测区内真实三维场景和预见规划环境。同时进行三维数据查询和分析，方案对比等。

四．数据处理及制作

4.1数据来源

 中国冶金一局燕郊基地国家1980坐标系地形数据；

 来自srtm.csi.省略/公共网站下载的90米分辨率数字高程模型数据，经纬网格范围：东经115-120度，北纬35-40度（本项目区地形基本没有起伏，DEM数据仅供建模学习之用）；

 外业建筑照片采集数据；

 正射影像数据。

4.2数据制作详细流程

4.2.1地形数据MPT文件制作

将正射影像图和高程数据模型导入TerraBuilder，生成MPT文件。这样生成的场景地形既有正射影像中的各种地物信息，又有高程模型中的地表起伏状态。影像图和高程数据确保是WGS-1984坐标。

4.2.2模型数据制作与导入

1.建筑模型制作。将CAD格式的单个建筑地形图导入3dmax软件，根据建筑轮廓、高度等建立模型。利用PhotoShop软件处理外业采集的照片，对建筑进行纹理映射。贴图分为JPG格式和PNG格式（透明贴图采用PNG格式）两种，大小不能超过512×512像素，。且贴图不能重名。模型做好后制作成XPL文件即可在TE Pro中读取。

2.将建筑模型的中心点坐标批量制作成记事本文件或Excel表格文件，添加属性字段，导入ArcGIS生成shp点坐标文件。属性字段中有一个字段为存储的模型文件路径。将shp文件转换为WGS-1984坐标文件。

3.将模型点坐标shp文件导入TE Pro中，系统会根据shp文件属性字段中文件存放路径自动载入模型。

4.2.3地上附属物完善

正射影像中有些地形地物光谱分辨率不够高，看起来不够清晰、美观，如花坛、网球场、凉亭、池塘、鹅卵石小路等，本项目中为了达到真实再现三维场景的目的，把小路，花坛、池塘等地物的地形数据导入到ArcGIS中制作成面状shp文件，将shp文件导入TE Pro中，再填充相应的纹理；网球场、凉亭等不规则特殊地物在3dmax中建模，然后逐个导入到TE Pro中，用鼠标指定地物的精确位置。

模型导入完毕之后制作fly文件，用三维数据支撑平台打开fly文件，即可浏览三维场景，查询、分析和管理各种模型和数据。

五．数据支撑平台功能

本项目采用的三维数据支撑平台为天元三维基础信息管理系统V1.0。本系统开发平台为Skyline5.1.1，开发工具为Visual Studio2008，开发语言为C#，系统中采用了ArcGISEngine9.3组件库。

通过对Skyline的二次开发，系统支持二维图形浏览，实现了对地表场景、建筑物、地下管线等信息的统一管理。系统界面如下图5-1：

图5-1 天元三维基础信息管理系统界面

系统实现了三维显示、浏览、放大、缩小、查询、飞行、定位、数据管理、数据分析、方案对比、三维量测等功能。可进行水平量测，竖直量测，空间量测，面积量测等等；还可以对数据进行查询定位分析，采用地下模式查看，地面开洞分析，日照分析，断面分析，两点通视分析，视野分析等。

系统可以加载矢量数据，根据二维数据的属性信息自动创建三维模型，如管线、绿地、道路、房屋、河流等。以管线数据为例，加载shp格式数据后，可根据管线的属性信息（埋深、管径、管线类别等）将二维图像自动转换为三维模型。下图5-2中所示三维管线模型即是在平台中通过自动创建管线功能获取的。

图5-2 开洞分析地下三维管线数据（雨水和污水管道，数据均做了位移和修改）

人物、树木等建立模型比较困难，又耗费时间，若想美化场景加入这些元素，本系统支持导入树木、人物等的图片，处理成透明纹理加载到数据库中，系统可根据演示角度自动转换图片方向，在视觉上可达到仿三维的效果。

六．结束语

本文提出了一套三维数字城市建模完整的解决方案。以成熟三维地理信息开发平台skyline为基础进行数据的二次处理和整合，利用数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）建立大范围的三维场景，将建立的管理区域内三维模型导入，并叠加二维矢量图、地下管线图，建立一个包含地表、地上、地下管线的三维数据库，实现城市景观的模拟再现。此数据库可实现对于建筑物的查询、漫游、基本分析、方案规划及效果对比等工作，使之能服务于城市宣传、城市规划建设、房产管理、旅游导航、行政管理、以及警用抓捕等行业领域，同时为领导层宏观决策提供直观服务。

参考文献

[1]王杰，崔世杰，尹志永，蔡建文，深度探讨三维数字城市建模理论与实现思路(J)，科技创新导报，2011(1)：95.

第4篇：三维数字城市范文

关键词： 微波；数字化改造；MSTP；特点；意义

中图分类号：TP30 文献标识码：A

一、概述

吉林省微波数字化改造三期工程属于通信工程，新技术扩展应用领域。该项目是在吉林广电微波数字化改造一二期工程基础上的延续，目的是增设市、县广电局及当地网络公司至一期微波站点的数字微波传输电路，构建完整的省内微波传输体系，实现省内各局、站、网络公司间的内部办公、应急电话、指挥调度、广播电视信号备份及地方新闻回传等业务的安全传送。从而能以较为方便的方式实现新闻回传、安全调度、监控监测、语音通信等通信平台的搭建，尤其是能为市、县级网络公司提供安全优质的省内节目备份信号源，具有极大的应用价值。

二、立项背景

随着吉林省微波数字化改造的步步深入，一、二期改造工程的优越性均得到业界和学界的广泛认可，应用中无论是安全传输还是运行维护均发生了质的变化，吉林微波的建设更是呈现出了欣欣向荣的景象。同时也为借助主体工程进一步延伸微波传输电路，延伸到省内各个角落，完整覆盖全省9个市（州）53个县市区，实现微波信号的省内无缝隙覆盖奠定了基础。

三、工程方案的具体设计

1 组建原则

本期工程贯彻“因地制宜”的改造方针，在合理利用一期工程中已建设备和技术资源的基础上新增设43个PasoLink系列小型微波站即43跳PasoLink系列微波电路，双向传送基于IP方式的语音、指挥调度、广播电视信号及综合办公等业务。除东辽到辽源的微波通道采用2+0方式外，其他42跳传输容量拟定为1个STM-1通道，微波波道采用1+0方式。

2 组网及通信方式

本期工程仍采用MSTP设备作为新增微波电路的复接设备，采用MSTP技术建立基于SDH的多业务传送平台的省内支线网。在新增设的43个微波站均配置以太网板卡，上下传送基于IP的语音、指挥调度和广播电视节目等业务。同时，各站再配置E1板卡，传送首站至各站的2M透传业务，MSTP设备交叉连接矩阵的容量设计为64×64（VC-4）、48×48（VC-3）和1008×1008（VC-12）级。本期工程中支线电路（东辽―辽源）一跳为2个业务通道，微波传输容量为2×STM-1，其他均为1个业务信道，微波传输容量为1×STM-1，每个业务通道由63×2Mb/s信道组成。其中5×2Mb/s（双向）组成一个VC-12-5C级联组，上下传送应急电话调度指挥业务；下传21×2Mb/s（单向）组成1个VC-12-21C级联组，下行传送省网络公司打包的省内基本流；预留15×2Mb/s（双向）组成1个VC-12-15C级联组上行传送县（市）的地方应急新闻节目回传；2×2Mb/s（双向）组成1个VC-12-2C级联组上下传送监控监测等业务；10×2Mb/s（双向）组成一个VC-12-10C级联组，上下传送安全调度备份业务。总计占用53×2Mb/s。

3 路由及频率规划

本期工程建成后，新增微波电路250.3公里，最长站距37.3公里最短站距1.5公里，其中传输距离大于等于10公里的8个站点，大于等于3公里，小于10公里的站点有21个，小于3公里站点14个。站点频率和极化安排在符合国家无委要求的前提下，除伊通微波站---伊通广电局、辽源微波站---辽源网络公司，珲春---珲春局、镇赉---镇赉网络公司、白城---洮南瓦房转播台用6（L）GHZ频段外，其余均选用8GHZ频段，极化方式均按单极化配置，在原有站型的基础上类推新增站点高低站的交错配置。

4 设备选型

本期工程是2009年和2010年两期微波改造工程的延续，为了保证施工的连贯性，设备的统一性和电路维护的简便性，微波设备选型为NEC公司STM-1光接口的PasoLink系列小微波，且所有接口均应符合ITU-T建议G.957标准，波道配置为2+0和1+0方式；天线选用NEC公司配套的8G直径0.6米，8G直径1.2米和6G直径0.9米三种类型天线，馈线为NEC公司配套的中频电缆；复接设备建议选用华为公司8光口16网口的OSN1500型MSTP多业务传送平台设备；供电系统建议选型为中兴公司的嵌入式电源作为主用的-48V整流电源，备用电源为理士-48V电池组（单节电压为-12V）；安装柜在NEC公司配套设备中提供。

四、工程方案的主要特点

该项目的技术水平，实用效能，产生的经济效益等均处于国内当代技术前沿，与传统的传输方式、带宽管理、复接模式相比较，大大提高了工作效率，MSTP（多业务传输平台）的潜在功能在微波链路的常规维护、网管统一管理等方面的成功应用，实属一大创新，既打破了传统的观念和模式，又为今后的广电系统微波工程建设开辟了一条科学化的道路。

五、项目产生的重大意义

该项目自2011年建设完工投入使用后，效果明显，设备运行良好。微波信号实现了省内各地完整覆盖，通道配置合理，业务划分清晰，信号传送安全稳定，部分局站信号已为主用。吉林省微波数字化改造三期工程的完成，实现了省微波传输网络的大面积覆盖，只要带宽要求在微波传输网的承受范围之内， 吉林微波传输网络将覆盖全省9个市（州）53个县市区，预计能达到微波传输覆盖全省无死角的程度。MSTP（多业务传输平台）在本次微波改造工程中的引入，使得微波传输网的通道配置极其灵活方便，通道容量可以很合理的规划和使用，同时也使得微波为县、市新闻回传、安调、监测等平台的搭建变得简便易行。

第5篇：三维数字城市范文

关键词：数字城市， 3D-GIS， 三维城市模型， 层次细节模型

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

中图分类号：TN711.5文献标识码：A 文章编号：

前言

数字城市是城市信息化发展的方向，是数字地球的一部分。它是物质城市在数字网络空

间的再现和反映，是以空间信息为核心的城市信息系统体系。它将地理信息技术、数字化技

术和网络技术渗透到城市经济和社会生活的各个方面，为政府部门、企业、社区、公众提供

多层次、高质量、高效率的信息服务及决策支持，以提高城市和社区建设与管理的现代化水

平和效率，提高人们的生活质量。目前，我国以“数字城市”为目标，面向城市可持续发展的

全数字化信息系统建设正在探索中，全国已有100 多个城市陆续展开各自的数字城市建设计

划。

三维地理信息是数字城市的重要基础空间信息。三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，构建出一个真实、直观的虚拟城市环境，

为城市管理者面对复杂的城市，实施科学的、人文的、生态的规划，提供有力的决策手段[1]。

由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是三维可视化技术应用的主要领

域，建立基于影像的城市三维系统，构建真实、准确的虚拟城市场景，实时互动地评估与分

析规划方案，为城市规划的决策提供更加直观与科学的依据，这是传统手段如平面图、效果

图、沙盘乃至动画等所不能达到的，是当今城市规划信息化发展的重要方向。

2 数字城市建设的基本框架

数字城市有一个基本的框架，主要由三大部分组成：

1）数字城市建设的信息支撑技术。主要有遥感技术、全球定位系统(GPS)、地理信息系统技术、城市综合功能GIS 技术、数字城市的管理信息技术、虚拟技术、数据库建设技术、元数据和宽带网络等，应用这些技术可以实现城市空间数据的获取、分析、归纳与整合。

2）数字城市建设的基本内容。首先，建立由城市空间基础信息平台、城市综合信息平

台和城市电信基础平台组成的核心系统，达到共享和支持。其次，建立应用系统，它们是数

字城市发挥作用的根本。第三，网络与信息接入设备，它们是数字城市应用的前端，直接面

向最终用户。第四，政策法规与保障体系，它数字城市建设及运行提供法律、经济、标准、

组织和管理等方面的保障。

3）数字城市的服务对象。包括政府、企业、社会和公众四大类。

3 3D-GIS 简介

通常的GIS 技术提供给我们的是一个2 维视图，称为2D GIS。2D GIS 始于20 世纪60

年代，现已应用到各行各业，产生巨大的经济效应。世界本来就是处于3 维空间中的，而发

展日渐成熟的2D GIS 是将现实世界简化为平面上2 维投影进行操作的，本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本质感受。这主要是由于当初计算机处理能力有限造成的。

随着计算机图形图像学、计算机可视化技术以及相关学科的发展，使得生成、显示和操纵完

全描述目标3D 几何特征和属性特征的数据成为可能，人们开始对3D GIS 理论和实际应用

方面进行了有益的探索和实践。随着应用的深入，人们越来越多地要求从真3 维空间来处理

问题。

3D GIS 是将3D 空间坐标( x，y，z)作为独立参数来进行空间实体对象的几何建模，其数学表达式为F=f ( x，y，z)。三维GIS 不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理空间现象，给人以更真实的感受。

4 三维数字城市基本模型

4.1 模型的基本构成

三维“数字城市”模型主要由基础数据、三维模型、运行环境(包括硬件环境和软件环境)以及三维投影设备等几部分组成。

基础数据：包括数字线划数据、影像与纹理数据、数字地面模型和对象属性数据等。

三维模型：包括地形建模、比较规则的实体建模、树木草地建模、小品建模和特效的绘制(如火、烟雾等特效)。

运行环境：包括服务器等硬件环境与三维基础平台(如灵图公司的VRMAP，MultiGen-Paradigm公司的Vega等)等软件环境。

三维投影设备：如Barco公司的三通道弧形投影系统。

4.2 模型的总体框架

根据系统的设计目标，城市3维地理信息服务系统应采用B/S模式，通过引入Web服务器

完成终端与数据服务器的无缝链接，在浏览器环境下给用户提供数据浏览、查询服务，

系统总体框架。城市3维地理信息服务系统整个应用体系应由数据层、功能展示层、应用服务层3层结构组成。

1) 数据层

利用地形数据融合软件将遥感影像数据和高程数据融合成3维的场景，以数据流的方式

读取经过高效压缩处理的地形文件(MPT)，空间数据以OpenGIS数据服务接口规范WFS(WebFeature Service)和WMS(Web Map Service)提供2维数据服务。

2) 功能展示层

提供用户界面，完成3维地理信息的浏览、查询、分析以及展示等功能，并为其他增值

业务提供良好的扩展接口，可以满足未来业务扩展的需要。

3)应用服务层

通过空间数据网络提供3维数据服务接口，支撑各种行业应用，如公共安全、交通

第6篇：三维数字城市范文

关键词 LIDAR 数字高程模型测绘

1 前言

激光雷达技术简称为 LIDA R ：该技术可以实现空间三维坐标的同少、决速、情确地获取，并根据实时摄影的数码像片，通过计算机重构来实现大型实体或场景目标的 3D 数据模型，再现客观事物的实时的、真实的形态特性，为快速获取空间信息提供了简单有效手段。

根据载体的不同， LIDAR 技术主要分地面三维激光扫描技术和机载激光雷达扫描技术两大类，顾名思义，地面二维激光扫描系统的空间载体是地面，类似于传统的地面近景摄影测量。它将激光扫描仪直接与数码相机、 GPS 相结合，对目标物进行扫描成像，获取激光反射回波数据和目标表面影像，并在软件支持下构建三维数字模型和纹理的精确贴加，从而达到目标物快速、有效、精确的三维立体建模。经过改装，地面三维激光扫描系统不但可以安置在固定设备上，也可以装载在运动的汽车上，进行连续的二维场景和目标形态的空间数据采集。

机载激光雷达系统则是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统！ 11 激光测高仪、 GPS 定位装置、 IMU （惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实现对目标物的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度的三维激光点石数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。

2 激光雷达时测易的原理

与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离量测可大大提高了数据采集的可靠性和抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时，只要不存在力一向反射（包括镜面反射、，总有一邪分光会反射回去，成为回浪信号．被系统的接收器所接收，当仪器计算出光由激光器射出到返回到接收器的时间为 2t 后，那么：激光器到反射物体的距离（ d ）=光速（c） X 时间 ( t ) / 2

在 LIDAR 系统中，结合 GPS 得到的激光器位置坐标信息，工 NS 得到的激光方向信息，就可以准确地计算出每一个激光点的大地坐标 X 、 Y 、 Z ，大量的激光点聚集成激光点云，组成点云图像。这就是机载激光雷达的测高原理。激光束发射的频率可以从每秒几个脉冲到每秒几万个脉冲，拿频率为每秒一万次脉冲的系统来说，接收器将会在一分钟内记录六十万个点，数口相当可观。很多 LADAR 系统还能记录同一脉冲的多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端，其中的一部继续向下打在更多的树叶或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，这样就会有一组多次返回的具有 X 、 Y 、 Z 坐标的点记录，并分层表示。利用这个特点，我们可以通过分类和滤波处理，获取地面高程，以及树高及建筑物的高度等信息。利用机载工 ADAR 系统进行测高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到。． 15 至 lm ，高程精度可达到 10 cm 至 30 Cm ，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载 LIDAR 系统是为综合航摄影像和空中数据定位而设计的新技术手段，它能为测绘工程、数字地图和 GIS 应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

3激光雷达技术在测绘中的应用

3 . 1 快速获取数字高程模型

LIDAR 技术最主要的数据产品是高密度、高精度的激光点云数据，该数据直接反映点位的三维坐标。通过自动或人工交互处理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目标上的点云进行分类、滤波或去除，然后构建不规则二角网 TIN ，就可以快速提取 DEM 。由于激光点密度大，数目多，使得生产高精度、高分辨率的 DEM 也成为可能，因此它是解决快速进行 DEM 数据采集的最有效方法，其产品精度甚至可以满足多行业对高程的需求。 3 . 2 基础测绘的实施

除了数字高程模型，基础测绘的“ 4D ”产品还包括数字正射影像（ DOM ）、数字线划地图（ DLG ）和数字栅格地图（ DRG ）。对于 DOM 和 DLG 两种产品，其生产也不能缺乏高精度三维信息的支持。

例如： DOM 是在 DEM 提供精确的地形信息的前提下，进行数字微分纠正得到的。如果没有可靠的 DEM 资料，传统生产 DOM 方法是通过数字摄影测量的方法实现的。数字摄影测量作业工序繁琐，设备要求和技术路线非常严烙对生产人员的技能要求比较高而机载 Hl ）胡化技术提取的地面三维坐标，完全满足高靖度影像微分纠正的需要，使得 DOM 的生产变得相当容易，可以无需使用数字摄影测量这种昂贵的专业平台，在一般的遥感图像处理系统中即能实现规模化生产。此外，高精度的激光点云数据还直观反映植被和地物的三维信息，利用这些资源， DLG 地形地物的判读和量测更加准确，数据的采集变得更加容易。

3. 3 精密工程测量

很多精密工程测量，都需要采集测量目标的高精度三维坐标信息，甚至需要建立精确的三维物体模型，比如：电力选线、矿山和隧道测量、水文测量、沉降测量、建筑测量、变形测量、文物考古等等行业。地面和机载 LIDAR 就是解决这种实际问题的最有效手段。通过数码像片获取的纹理信息与构筑物模型进行叠加构建三维模型，是进行景观分析、规划决策、形变量测、物体保护的重要依据。

例如： LIDAR 技术为公路、铁路设计提供高精度的地面高程模型 DEM ，以方便线路设计和施工土方量的精确计算。在进行电力线路设计时，通过LIDAR 的成果数据可以了解整个线路设公｝区域内的地形和地物要素情况。在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力线抢修和维护时，根据电力线路上的 IIDAR 数据点和相应的地面点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度，这样就可以便于抢修和维护。

3．4数字城市建设

数字城市是 21 世纪以来，很多地方正在力争构建的信息化目标。空间信息作为数字城市的基础框架和平台，是构建数字城市的重要研究课题。 IJ DAR 系统可以获取高分辨率、高精度的数字地面模型和数字止射影像，提供了构建数字城市最宝贵的空间信息资源，因此是数字城市建设的重要技术力量。

数字城市还需要构建高精度、真三维、可量测，具有真实感的城市三维模型作为管理城市的虚拟平台。但是采用传统技术，进行城市三维建模是精雕细琢的工艺，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影响了数字城市服务面的宽度和深度。利用 LIDAR 技术对地面建筑物进行空中激光扫描或地面多角度激光扫描，可以快速获取目标高密度高精度的三维点坐标，在软件支持卜对点‘数据进行模型构建和纹理映射，很方面地构建大面积的城市三维模型。并可以实施快速动态史新，为数字城市建设基础数据源的持续性、历史性提供了确实的保障

第7篇：三维数字城市范文

关键词：地下管网 三维系统 功能 设计

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0033-02

随着数字城市、智慧城市的发展，基础地理信息对城市发展的基础性支撑作用日益被各级政府重视，GIS技术已经从传统的相对成熟二维平面系统逐渐向三维系统过渡。时下地下管网系统建设，无论从设计要求还是应用需求角度，基于网络三维地理信息系统平台是管网系统首选平台。尤其是实现地上地下空间基于三维数据的规划审批业务，已经成为行业不可动摇的发展趋势，因此，基于数字城市地理空间框架支撑的地下管网三维管理系统是每个城市必须面对的课题。

1 建设目标

系统基于网络三维地理信息系统平台，集成海量三维模型数据、遥感影像数据、数字高程模型数据，全面展现城市建筑、桥梁路面与地下管网的立体关系，支持全视角的地上、地下及地面透明式的管网浏览，提供管网爆管、连通检测、剖面分析等专业功能。

2 设计思路

系统建设首先确定系统架构，根据目前的技术状况设计的系统架构，如图1所示。

3 功能矩阵

在系统架构已经确定的情况下，对系统功能矩阵进行设计，表1为某市的地下三维管网系统的功能矩阵设计。

4 应用支撑系统设计

4.1 GIS空间数据管理软件

GIS空间数据管理软件推荐采用ESRI公司的ArcEditor产品，版本为10。ArcEditor是一个用来编辑和管理地理数据的完整的GIS桌面软件系统。它是GIS软件ArcGIS家族的一员，包含ArcView的全部功能及全面的GIS编辑工具。ArcEditor支持单用户编辑和多用户协作编辑功能。

4.2 GIS空间数据服务器软件

GIS空间数据服务器软件推荐采用美国ESRI公司的ArcGIS Basic Server，版本为10。ArcGIS Basic Server是ArcGIS与关系数据库之间的GIS通道。它允许用户在多种数据管理系统中管理地理信息，并使所有的ArcGIS应用程序都能够使用这些数据。ArcGIS Basic Server是多用户ArcGIS系统的一个关键部件。它为DBMS提供了一个开放的接口，允许ArcGIS在多种数据库平台上管理地理信息。这些平台包括Oracle，Oracle with Spatial/Locator，Microsoft SQL Server，IBM DB2，和Informix。

第8篇：三维数字城市范文

关键词航拍地理信息三维可视化地铁线路设计展示

中图分类号U231+.2 文献标志码 A

1引言

随着21世纪科学技术的迅速发展，出现了许多高新技术，如高清影像航拍技术、地理信息技术、三维可视化技术、多媒体技术等。这些技术能处理并提供丰富的数字化信息，具备生动形象的表现力及可视化效果，应用优势越来越明显，需求也日益增大，已逐步应用于军事、医学、城市规划、能源、工程等各个领域[1]。因此，对这些高新技术的研究并应用于地铁线路设计展示领域，将具有开拓创新，与时俱进的重要意义。

2研究现状

目前国内地铁线路设计的展示主要基于二维效果的应用，如应用cad进行线路设计绘图，然后打印成图纸或图片，再应用word或ppt进行表达说明等，虽然比20世纪传统的依赖绘图工具， 手工绘图的设计表达方式迈进了一大步，但是仍然是停留在二维效果的展示，可视化效果不强烈，表现力不够生动形象。

Skyline系列软件是目前一套优秀的三维数字地球平台软件，凭借其国际领先的三维数字化显示技术，它可以利用海量的遥感航测影像数据、数字高程数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。目前在国内，它是制作大型真实三维数字场景的首选软件，已经在城市规划、房产、能源、勘探、环保等领域得到广泛应用，但国内尚未看到相关论文对其在地铁线路设计中的应用研究，因此将该技术研究并应用于地铁线路设计展示领域，开发出一套地铁线路设计展示系统，将填补该领域的研究空白，创新丰富地铁线路设计展示的表达手法。

3系统组成与功能

3.1总体设计

系统应用高清航拍技术获取高清影像数据，结合地理信息技术构建数字高程数据，运用图形处理技术将地铁线路设计文件及沿线规划资料处理成二维GIS数据，再借助三维可视化技术，以Skyline系列软件为平台，开发了地铁线路设计展示系统，该系统能实现全线场景漫游、沿线站位展示、节点定位切换、地理信息查询等功能，如图2所示。

3.2场景构建

本系统基于Skyline系列软件构建地铁线路全线三维地理信息场景。Skyline软件包括TerraBuilder，TerraExplorer Pro等主要软件，其中TerraBuilder用于建立地铁线路全线三维地形数据库平台，TerraExplorer Pro[2]用于添加或者导入地铁线路设计及沿线规划信息，构建地铁线路全线场景模型。

TerraBuilder 是用于融合海量的影像、高程数据，能迅速创建精确三维地形模型，编辑和维护三维地形数据库的3D平台构造器。在TerraBuilder下建立地铁线路全线三维地形数据库的步骤如下：①通过航拍技术获取地铁线路全线范围的高清影像数据；②通过地理信息技术获取地铁线路全线范围的数字高程数据；③将高清影像数据和数字高程数据添加到TerraBuilder中，裁剪、调色等处理后，进行融合，最后生成地铁线路全线三维地形数据库（*.mpt）。

构建地铁线路全线三维地形数据（*mpt）成功后，应用TerraExplorer Pro加载，并融入地铁线路全线的三维景观数据及二维GIS数据，创建*.fly文件，打包后形成地铁线路全线三维场景图。至此，基于TerraExplorer Pro的地铁线路全线三维场景就搭建完成了，接下来利用TerraExplorer Pro提供的工具进行二次开发，在实现基本功能（如显示控制，空间量算）的基础上加入高级分析功能，从而最终实现地铁线路设计展示系统的开发。

3.3功能实现

本系统采用VSNET2012作为基础开发平台，结合TerraExplorer Pro提供的com组件完成了对系统所有功能的定制，展示效果如图3所示。

3.3.1全线场景漫游

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景漫游工具，该功能以地铁线路为漫游路径，可以实现在三维场景中从线路小里程往大里程方向，或者大里程往小里程方向飞行漫游，并能设置漫游速度，从不同角度展示地铁线路沿线的现状道路、规划道路、建构筑物、车站站位及出入口设置、区间走向及联络通道位置等情况，给人一种身临其境的感觉。

3.3.2沿线站位展示

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景旋转、缩放及空间量算等工具，该功能实现对三维场景中所需站位或区间的360度全方位展示、缩放及距离测量等，通过场景中的高清影像并结合车站站位或区间的分布情况，从而详细了解车站或区间周边环境，以及车站出入口或联络通道设置的具置，为车站或区间布置方案的讨论和汇报提供了生动、形象、逼真的可视化效果。

3.3.3节点定位切换

借助TerraExplorer Pro 软件提供的三维场景自动定位工具，该功能实现在三维场景中对地铁线路全线重要节点的快速定位切换，例如，将地铁线路全线的所有车站及沿线重要控制点作为重要节点，做成信息树的枝点，每个枝点对应一个ID号，每个ID号绑定一个三维场景的空间位置。信息树将以树形结构显示在系统操作栏中供用户进行交互式操作，用户如果需要定位某个节点，只需要鼠标点击信息树中相应的枝点，系统便能马上遍历到相应的ID号，在三维场景中切换到对应的空间位置，从而实现了与用户的交互式操作，再应用沿线站位展示功能，可实现对该节点的详细了解，如想查看下一节点，只需重复上一步操作即可实时切换到下一节点的三维场景位置。

4 结束语

目前该系统已成功应用于福州市轨道交通2号线总体设计及初步设计专家审查汇报会议中，生动形象的展示介绍了福州市轨道交通2号线地铁线路设计的工程概况，取得了专家及市各单位领导的一致好评。但是，该系统并未真正的达到三维可视化的效果，尚未加载数字城市三维模型[8]，而且高新技术的发展是非常迅速的，因此仍然需要研究并引入更多更好的高新技术，创新、丰富和完善地铁线路设计展示的表达手法，展望未来地铁线路设计的展示也许将会加载基于数字城市三维模型的应用，从而实现真正的三维可视化效果。

参考文献

第9篇：三维数字城市范文

关键词：数字城市；Virtools；三维场景

中图分类号：F291.1 文章标识码：A文章编号：

0 引言

城市数字三维模型在各方面具有广泛的应用前景，目前全国多个城市都在积极推进城市现状三维模型覆盖生产工作。我院始终关注三维技术的发展和动态。

城市超精细三维场景是在普通三维场景的基础上，对模型进行再加工以提升效果，添加树木、植被、路灯、路牌等小品，增加动态人和车等动画，实现场景的漫游和互相操作等功能，所构建的逼真再现城市环境的虚拟场景。城市超精细三维场景，是对现有的城市大范围的三维现状模型的进一步加工和细化，可以满足更高层次的应用需求，在城市规划和管理、景观方案评审、城市旅游和宣传、历史古建筑保护等领域有着非常广泛的应用。

1 城市三维模型构建

1.1 城市三维模型数据级别

由于应用需求以及建筑复杂程度不同，有必要对城市三维模型进行一定的分类和分级，从而对不同的建筑应采取不同的建模标准，这样既可以提高模型生产效率，也可有效地控制生产成本。在实际生产中，划分的级别有如下几类：

1.1.1 简单模型，仅描述了建筑物主体的基本轮廓的模型，纹理来自标准纹理库。

1.1.2 标准模型，描述了构筑物主体的基本轮廓和外结构的模型，纹理来自现场采集照片。

1.1.3 精细模型，精细模型是在标准模型基础上要表现明显可见的构筑物细节的模型。

1.1.4 超精细小场景，超精细小场景即需要重点加工和处理的局部区域，另外在场景中增加道路、树木、植被、路牌、路灯、护栏等模型要素。

1.2 城市三维建模方法

在三维模型生产过程中，根据采用的建模资料，可以有多种建模方法。具体生产时，可根据模型级别、应用需求、模型精度等要求，采用相应的建模方法或几种方法结合使用。目前常采用的模型生产方法有以下几种：

1.2.1 基础地理数据库自动建模。对于城市郊区的白模型和简单模型，可以根据数据库中的地形图和楼层信息，直接将二维矢量数据自动拉伸为三维白模型，并给予一定的标准纹理。此种建模方法生产快、成本低，但模型精度较低。

1.2.2 航空摄影测量方法建模。此种方法是利用数字摄影测量原理，在数字摄影测量工作站上采集建模所需的三维特征点线面，如屋顶点、地面点等，并在3dsMax中进行一定的后期编辑，结合现场采集照片给予模型纹理。此种方法生产速度快。模型精度也较高。

1.2.3 三维激光扫描建模。此种方法分为两部分，一是数据分类和提取；二是模型重建。此种方法速度快、精度高，但数据处理环节较为复杂，成本高。

1.2.4 三维竣工建模。三维竣工建模利用三维竣工的相关资料如CAD平立剖数据、效果图、实景照片、相关属性资料等进行的建模，通过三维竣工可同步完成城市三维模型的建立和更新工作。

1.3 模型纹理采集和处理

模型纹理是模型的重要组成部分，直接关系到模型的显示效果和精度。因此外业采集来的纹理照片不能直接用来贴图，还需按照以下要求进行处理：贴图的规格应为2的n次方；材质长宽比不应差异较大，宜采用正方形（如128*128）；采用实景照片作为纹理时，不应存在人、车、植物、空调、衣物等非建筑物体；不清晰的文字标识、Logo等需要用图像处理软件进行清晰化处理；完成后的贴图应反映一个独立单元（如一个完整的窗户或楼层），如某张纹理贴图需要进行平铺操作，则该贴图应满足无缝贴图标准。

1.4 小品模型库建立

小品模型是城市超精细三维场景的组成部分，可以增强场景的逼真性，提升场景的显示效果。对于三维场景中常用到的树木、植被、路灯、路牌、垃圾箱、护栏、人物、车辆等，都应建立相应的模型库，该模型库应该具有完整性、多样性、扩充性等特点，这样可以重复利用、从而提高生产效率、节约生产成本。

2 漫游场景的搭建

Virtools本身不能制作三维模型，只能在场景中对模型进行组织和细微的调整。因此建好的模型，可通过插件导出.nmo格式的文件来导入Virtools场景。需注意场景中的环境光、灯光等都会影响模型的显示效果，因此模型导入后可通过场景中光源的摆放和设置，场景环境光颜色和亮度的调整，来调节场景中模型的显示效果。对于单个模型，也可单独调整其某个材质设置（Material Setup），来改变其显示效果。

2.2 场景漫游实现

场景漫游可以让用户在场景中自由地浏览，从而增强用户体验。场景漫游设计的功能有，通过鼠标键盘的控制，用户可以在场景中前进、后退、旋转，升高、降低视角，放大，缩小等操作。

2.3 场景动画实现

2.3.1 人动画的实现

人的行为动作较为复杂，需要先借助3ds Max建立人的模型，设置好人的行为动作如走路、跑步、交谈等，然后导出为角色，最后导入Virtools中，借助Unlimited Controller模块将动画绑定到角色上，同时借助Character Curve Follow模块为人物指定运动路径，即可实现人物的动画。

2.3.2 车船动画的实现

车船的运动比人物运动相对简单，将车船模型导入Virtools中，使其沿指定路径运动即可。

2.4 属性查询和定位

通过为场景模型添加和编辑属性表，可以实现模型的属性查询和定位功能。属性查询支持用户可以通过鼠标点击，在窗口显示所点击模型的相关属性信息；定位功能支持用户输入关键词，场景搜索将包含关键词将符合条件的对象罗列在列表框中，用户双击其中的一项，场景定位到指定位置并显示属性信息。

2.5 场景优化

城市三维超精细场景包含建筑物、小品、动画等众多内容，为了利于场景流畅浏览，需要对场景进行优化，场景优化的方法有：

2.5.1 模型优化：在不影响场景显示效果的前提下，减少模型面数，为复杂模型增加LOD属性等。

2.5.2 贴图优化：在不影响贴图清晰度的情况下，尽量缩小贴图尺寸；减少贴图数量，尽量共用贴图；贴图格式可采用dds等占内存较小的文件格式。

2.5.3 相机优化：将摄影机的远距离剪切设在一个合理的距离，使其不显示太远范围的物体。

3 场景

场景搭建完成后，就可进行场景。之前，需先为场景指定初始相机，既可通过添加设置活动相机脚本（Set As Active Camera）指定，也可在层级设置（Level Setup）中指定起始相机（Starting Camera）。然后将整个场景以VMO格式导出，并将VMO文件链接嵌入网页中，只要网络客户端安装了Virtools网络播放软件（Web Player），即可访问场景并进行互操作。

4 结束语

文章提出了较为成熟的城市超精细场景构建方法，介绍了场景搭建制作的完整流程，并以陆家嘴区域为例构建了一个具有良好的视觉效果与用户交互功能的超精细场景。该场景的搭建为进一步探索三维技术的应用提供了有效的技术和平台支撑，随着应用的深入和推广，该场景可与城市规划和管理、景观设计、国土、公安等具体应用相结合，形成特定的三维业务平台，其应用前景非常广阔。

参考文献：

[1]丁鹏等，基于Virtools环境的三维建模及应用 J]，计算机与信息技术，2009（9）.