三維數字城市精選(九篇)
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第1篇：三維數字城市范文
一、人文系統的概念
《辭海》稱:“人文指人類社會的各種文化現象”,人文一詞最早出現在《易經》中賁卦的彖辭:“剛柔交錯,天文也。文明以止,人文也。觀乎天文以察時變;觀乎人文以化成天下。”意為以詩書禮樂之教而化成天下,“詩、書、禮、樂”都是“修身”,核心是“禮”。宋程頤《伊川易傳》卷二釋作:“天文,天之理也;人文,人之道也。天文,謂日月星辰之錯列,寒暑陰陽之代變,觀其運行,以察四時之速改也。人文,人理之倫序,觀人文以教化天下,天下成其禮俗,乃圣人用賁之道也。”
人文這個名詞概念也成為近年來活躍在文壇上的代表,在歐洲人們經常把人文精神作為一個學者的必備精神,而人們通過對文化、藝術的轉變,逐漸形成“人文主義”和“人文學者”,但我們也常說,人文是人們對于知識的一種向往和追求,人們不斷地追尋著自己的人生道路和不斷地感受知識所帶來的作用和魅力。“人文”在上世紀中期就已經被歐洲國家的人們所認可和追求,并且在大學課堂開辟“人文學科”,讓更多的學子都能感受和學習這種文化,對于文人們來說,這也是他們對知識的追求、探索。
我們國家的人文專業開展的比較晚,但也具有一定的代表性和傳承性,人文學科在大學里面逐漸增加課程,現在很多高校都把人文設立為一個獨立的學院,比如南京大學的人文學院等。人文是一種文化,是一種交流,也是人們的一種需求,在人文領域知識里,人文系統指人類社會自己創造出來的各種文化現象和各種傳統屬性之間相互聯系、相互作用、具有特殊結構和特定功能的文化有機整體。在城市的人文系統中包含著建筑形態、商業氛圍、社會習俗、歷史文脈、生活情趣、城市拓展等方面的人文內容。
二、人文系統的藝術性表現
三維數字城市動畫中的人文系統藝術性具體表現在建筑領域、社會領域和城市生活領域,人文藝術是人們對現代社會的一種適應,以及對城市數字化、藝術化的綜合展現。
藝術性是指人們反映社會生活和表達思想感情所體現的美好表現程度。藝術是需要通過社會來表現出來的,藝術的具體表現也通過各個不同的領域去體現出來,比如通過文化系統,將藝術的形態更好地展露出來,通過表達流露出思想感情。人文系統中的藝術性的表現在不同的文化現象里面各不相同。
建筑形態中的表現
藝術性主要表現在建筑形態視覺三要素――造型、色彩、光線的效果,以及建筑室內外環境中實體的形和空間的形在組合上達到藝術家審美意境所要求的程度。在當今社會,建筑行業中大量運用電子數字化來設計和操作,通過人文藝術的轉換,將藝術和文化在建筑形態中展現地淋漓盡致。
商業氛圍中的表現
商業文化元素融合在商業環境中,從而可以達到塑造商業文化的知名度,藝術性主要表現在將商業的精神文化本質揉進商業的空間氛圍中,借助商業的建筑環境載體,在形式上使之具有聽覺、視覺的藝術識別效果,是商業精神文化在商業藝術氛圍中完美體現。
社會習俗中的表現
民俗文化的核心是將人們的集體行為不間斷地執行,通過精神民俗文化和藝術的相互結合表現出來,而對于藝術性主要表現在語言、文學、音樂、舞蹈、游戲、神話、禮儀、習慣、手工藝等方面的自然和質樸,在藝術審美上具有真摯、善良、直率、熱情的特點。
歷史文脈中的表現
一個城市就像一個人,在性格上必定有他獨特的文化底蘊,而社會的精神文化都是和歷史文脈息息相關的。藝術性主要表現在各個不同歷史時期,各階段文化遺跡所留下的痕跡具有永恒美和典雅美。
生活情趣中的表現
生活情趣更多體現出來的是整體文化,從某一方面來說文化是這個社會所必不可少的一種元素,同時也是通俗文化的基礎者,在藝術的整體表現上結合文化的主流性和對應性,將藝術性文化表現在大眾化、生活化上,使普通生活更富有市民趣味。
城市拓展中的表現
未來城市的發展是城市文化的延伸和歷史的延續,但在一定階段上具有相對的穩定性,而藝術性主要表現在地域文化特征的保留和創新上。
三、人文系統的重要性
人文系統是一個城市的文化形態,也是一個城市個性化的表現。在對城市進行三維數字化的時候,我們既不能簡單地停留在城市表象的塑造上,也不能只是城市形態的復制,應該將城市中的生活氣息,從人文系統的角度全方位細致入微地表達出來,使三維數字化的城市具有鮮活的生命力。因此,在三維數字城市動畫中應該從建筑形態、商業氛圍、社會習俗、歷史文脈、生活情趣、城市拓展等方面入手,將人文系統中藝術性的部分揉進去,真正營造出一個鮮活、具有人文性的城市,所以說人文系統的藝術性是三維數字城市動畫的靈魂。
作者_盛 周劍 盧曉天
第2篇：三維數字城市范文
關鍵詞：三維建模；可視化；地理信息系統
中圖分類號： TU984.11+1 文獻標識碼：A文章編號：
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正從二維GIS發展到三維GIS ,城市三維建模與可視化技術是一個研究熱點,也是三維GIS應用的關鍵技術。城市三維可視化系統是指能對城市區域內空間對象進行三維描述和分析的GIS應用系統,是一個可視現實和虛擬現實集成的系統。隨著GIS技術、數據庫技術、網絡技術、計算機圖形顯示技術和硬件的快速發展,三維可視化技術在城市規劃、市政管理、公共交通、電力、水利、旅游等多個領域得到了廣泛應用。三維建模與可視化盡管在理論研究和實際應用中取得了很大進展,但在復雜建筑物建模、紋理提取、信息獲取和衛星遙感圖像矢量化等方面還有一些問題有待研究解決。
1、數字城市三維模型建模方法
可視化與數據建模密不可分,城市實體三維建模是實現城市三維可視化的關鍵,城市實體的三維表達與分析都是重要的研究內容。構成數字城市的各種空間實體在幾何結構、內部屬性等方面都具有不規則性、不確定性和復雜性,整個城市實體就是一個三維、動態的開放系統。表示地理信息空間數據的六大要素包括地貌、居民地、植被、水系、道路和境界,對于城市而言,其中重要的是地貌和居民地。從實體建模的角度看,城市模型主要分為地形模型和地物模型兩個大類,包括地形、地物以及實體空間位置的幾何模型和描述地表覆蓋、地物紋理信息等。
1.1 地形的三維建模
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。利用正射影像加數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)可以生成三維地形的圖形表示。數字高程模型(DEM)是地形表面形態的數字表示。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。DEM是定義在二維區域上地形特征空間分布及關聯信息的一個三維向量(xi,yi,hi)的T次方，其中xi,yi表示地形點的平面位置,hi表示地形點的高程。DEM是以離散分布的平面點上的高程數據來模擬連續分布的地形表面。
目前,獲取DEM數據主要有以下三種方法
1.1.1 野外實地測量
這種方法適用于精度高、采集面積較小的場合。其基本過程是根據測量學原理,利用野外測量儀器和設備測定控制點和采樣點的空間位置,選擇地形特征點、線進行采樣,將測量數據存貯在計算機中。該方法的優點是可以獲取高精度的DEM數據,缺點是勞動強度較大、效率較低,不適用于大范圍面積DEM數據的獲取。
1.1.2 地形圖數字化
通過對地形圖進行掃描,利用R2V和AutoCAD等軟件對掃描得到的柵格圖像進行矢量化,然后添加地形特征線, 最后生成DEM。這種方法所需的原始數據源(地圖)容易獲取,對作業所需的儀器設備和人員的要求不太高,采集速度也比較快。
1.1.3 全數字攝影測量
該方法以航攝立體像對或高分辨率遙感衛星立體像對作為數據源,根據視差模型、自動選配左右影像的同名點,建立DEM。根據攝影測量的基本原理,在解析測圖儀或數字攝影測量系統上經過內定向、相對定向和絕對定向等過程,采用自動或半自動方式,按一定的間距,采樣出DEM數據。該方法要求具備專業的儀器設備。目前,通過航空遙感能夠獲取地面高分辨率影像和地物描述信息,從航空遙感影像中自動提取DEM的技術已經成熟,地物信息的提取也實現了半自動化,數字攝影測量技術已經成為從航空遙感影像中提取地面三維信息的重要手段。航空遙感具有覆蓋面小、更新周期長等不足,而航天遙感的發展可以克服上述不足。隨著傳感器技術的不斷進步,衛星影像的分辨率越來越高,航天遙感已經步入了一個能快速提供多種高分辨率對地觀測海量數據的新階段。
利用DEM對地形進行三維建模有多種方法,常用的有正方形格網(Grid)、不規則三角網(Triangulated Irregular Network,TIN)和混合網(Grid2TIN)等。這些方法都在實際的地形建模中得到了應用 。
正方形格網是一種柵格數據結構,它把數字地面模型覆蓋區劃分成為正方形格網,每個網格的大小和形狀都相同,用相應矩陣元素的行列號來實現網格的二維地理空間定位,第三維為高程信息。正方形格網數據結構、拓撲關系簡單,便于存取和處理,算法容易實現,但數據冗余過大,尤其是在地勢起伏不大的地區更加明顯。不規則三角網是把數字地面模型覆蓋區域劃分為許多相互毗鄰的三角形區塊,劃分的三角形數量越多,越能反映真實的地貌。不規則三角網的點、弧、面拓撲關系簡單,存儲結構緊湊,檢索方便。不規則三角網數字地面模型根據地形的起伏決定數據量的大小,因而能有效地表達地形的結構特征。在同等精度下不規則三角網地面模型比正方形格網存儲效率更高,但其算法實現比較復雜。Grid和TIN二者各有優缺點,適用于不同地形。基于Grid的建模常用于地勢平緩地區,而TIN適應于地形破碎、陡峭等地形變化劇烈的區域。在實際應用中,可以采用Grid與TIN相結合的混合網模型。例如,可以首先建立基礎的Grid網,如果數據中包含結構線,則將Grid網分解成局部TIN網。
1.2 地物的三維建模
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。對于建筑物,人們不只是關心其外形的描述,而且要求知道其幾何結構和屬性信息,以便對其進行空間分析和不同層的屬性查詢。建筑物建模分為幾何形狀建模和紋理映射建模,建筑物的三維幾何形體的表達是三維數字城市建模研究中的重要內容。
目前常用的城市地物三維建模方法可分為三種類型:基于二維GIS的建模方法、基于CAD 的建模方法和基于遙感影像的建模方法。三種方法在城市三維建模和可視化應用中各有優勢和不足。
1.2.1 基于二維GIS的建模方法
GIS數據庫包括空間數據和屬性數據,空間數據表示地理實體的空間位置及相互關系,屬性數據表示地理實體的名稱、類型、數量等。空間數據抽象為點、線、面三類特征。二維城市GIS已包含了大部分建筑物實體建模所需的基礎數據,因此直接從二維城市GIS數據轉換到城市三維模型是一條經濟快捷的有效途徑。城市三維建模需要真三維的空間數據(如位置、高程或高度數據)和真實影像數據(如建筑物紋理信息),而現有二維GIS不具有第三維信息。基于二維GIS構建城市三維模型常采用二維GIS和DEM結合的方式,用DEM作為建筑物的承載體表達地表的起伏,再根據建筑物的相對高度信息構建具有真實地理分布的三維城市景觀。基于二維GIS的建模可以方便地構建大范圍的簡易城市三維模型,但最大缺陷在于這類模型僅能表達相對規則的建筑物,難以重構形狀復雜的城市實體,同時由于缺乏準確的第三維數據和紋理信息,所構建的模型缺乏真實感,且對實體信息表達不足。
1.2.2 基于CAD的建模方法
基于CAD的建模方法是采用AutoCAD、3DSMAX等建模軟件建立三維CAD模型, 一個三維CAD 模型由一個或多個多邊形模型(或者稱為網格模型)構成,它能夠表達建筑物詳細的幾何特征。在CAD系統中,物體三維模型的信息是通過對圖形進行實體拉伸和計算各種設計參數來實現的。CAD技術在圖形處理和真三維建模方面具有獨特的技術優勢,是一種逼真的三維實體建模方法。基于CAD的建模不僅僅表達了對象的外表,而且還可以描述對象內部的復雜結構,但CAD三維模型的建模過程包含復雜的人機交互過程和大量的手工操作,成本很高。
1.2.3 基于遙感影像的建模方法
基于遙感影像的建模方法是利用立體影像數據和數字攝影測量技術,根據影像間的相互關系得到地物點坐標,建立數字地表模型,然后通過紋理映射,建立建筑物模型。遙感影像數據能夠提供下列數據:建筑物的三維幾何模型、DEM和數字正射影像。數字攝影測量系統的推出為三維城市數據的獲取提供了經濟、快捷的方法,從遙感影像中提取地物信息實現了半自動化。
三維城市模型的數據源分為近距離獲取的數據和遠距離獲取的數據,不同的數據源適應不同的建模方法。近距離獲取數據的方法包括近景攝影、近距激光掃描和人工測量等;遠距離獲取數據主要采用基于遙感影像的方法,包括航空影像、衛星影像、機載激光掃描等。基于遙感影像的方法適用于大范圍城市地面模型和建筑物模型的獲取,通過利用數字攝影測量系統可以進行有限程度的半自動建模。但是,基于遙感影像建立的三維建筑模型不能詳細描述建筑物表面所有細節和特征,難以滿足用戶近距離觀察和室內漫游的需求。
除了DEM,構建三維城市模型還需要建筑物高度、建筑物幾何模型、建筑物影像紋理以及語義特征等數據。建筑物幾何要素所描述信息包括空間三維坐標信息(包括高度信息)和構成該建筑物的點、線、面信息。各種建筑物的點、線、面的組合方式不相同,可以按功能或形狀對建筑物分類,分別對每一類建筑物的幾何信息進行處理。例如,可以根據建筑物的形態結構特征把建筑物分解為平頂、特殊頂和球頂等。建筑物建模的難點主要是各種特殊頂和一般凹面的表示,由于三角形是最簡單的凸多邊形,因此,對于各種特殊頂部形狀,可以采用將凹多邊形分割為一系列不重疊的三角形的方法。
三維空間構模是目前研究的一個熱點,國內外提出了多種三維空間構模方法,可以將其歸納為基于面模型、基于體模型和基于混合模型等三大類。面模型側重于三維空間表面的表示,它通過表面表示形成三維空間目標,其優點是數據存儲量小,建模速度快,且便于顯示和數據更新,不足之處是空間分析難以進行。體模型是基于三維空間體元分割和真三維實體表達,體元的屬性可以獨立描述和存儲,其優點是適于空間操作和分析,但數據結構復雜,存儲空間占用大,構模速度慢。面- 體混合模型則綜合了面模型和體模型,以及綜合規則體元和非規則體元的優點。
1.3 地物紋理數據的獲取與映射
除了建筑物的幾何模型,重構三維建筑物還需要紋理數據。獲取紋理數據的方法除了利用貼圖素材庫和實地拍攝采樣,最經濟的方法是從遙感影像中提取。生成真實感的三維城市需要在城市地物模型表面粘貼真實的紋理影像,建筑物模型表面紋理影像主要來源于航空影像。由于航空影像是從空中向下投影,因此屋頂紋理可以很方便地在航空影像上提取。而墻面有的是在空中可見的,紋理可在航空影像上直接提取,有的則被遮擋,此時則需要采用實地近景拍攝的影像。
紋理數據獲取后,就需要考慮如何將紋理映射到相關的建筑物上。紋理映射是用圖像來替代物體模型中的可模擬或不可模擬細節,從而提高顯示的逼真度和速度。紋理映射技術是一個簡化復雜幾何模型的有效辦法,它通過指定方式將各多邊形頂點的三維空間坐標與其二維紋理坐標相對應,可以方便地生成復雜的視覺效果。
紋理映射的關鍵是控制紋理坐標,它通過將紋理圖像直接投影到三維模型的幾何表面來獲取模型表面的紋理坐標。每一幅參與映射的紋理圖像都有一個映射的坐標,并以文件的形式保存起來。程序運行時,只要找到紋理的映射坐標就可以準確地把相應的紋理映射到地物上。由于絕大多數建筑物的側面為矩形,因此在紋理映射時可直接運用OpenGL的填充凸多邊形繪圖模式下的紋理映射方法。
2、可視化應用系統框架
城市三維可視化是指通過研究三維地形、地物的構成,建立分析應用模型,運用計算機圖形學和圖像處理技術,將城市實體以三維圖形的方式在屏幕上顯示出來。三維可視化以直觀、逼真的方式表達地理要素,實現空間數據可視化。三維可視化的實現是建立在三維空間數據基礎之上的。
利用全數字化攝影測量軟件VirtuoZo和三維可視化地理信息系統平臺IMAGIS設計完成了一個三維可視化應用系統框架,該系統包括數據提取與數據處理、三維景觀生成和三維景觀瀏覽三大模塊,
系統首先獲取相關的DEM、正射影像(DOM)和矢量線,然后將這些數據引入三維GIS,在GIS中進行三維模型的建立。建立模型的同時輸入模型的相關屬性數據,為模型建立屬性數據庫。建立建筑物模型后再進行建筑物表面的紋理映射。在建筑物處理完后繼續進行其他地物(如道路、橋梁和樹木等)建模、屬性數據輸入和紋理處理。
在建立好三維景觀后就可進行三維景觀的漫游瀏覽,包括三維景觀的俯仰、縮放和旋轉等多視角觀察,也可以進行指定路線的漫游。在配備立體觀測設備的情況下系統還可進行真三維景觀漫游。還可以將漫游過程錄制為動畫電影文件,并在網絡上播放。
當對整個城市進行三維可視化處理時,由于城市占地面積很大且地形復雜,考慮計算機的處理能力及網絡環境下的實時數據傳輸,必須對整個城市進行分塊,將整個城市區域劃分為若干個子塊。
3、總結
三維建模與可視化技術集成了計算機、GIS、CAD、遙感和測繪等多個領域的研究成果,在城市規劃、水利資源管理、軍事模擬、地質等多種領域得到了廣泛應用。將三維可視化技術應用到與人類生活密切相關的城市環境中,對城市規劃、人居環境的改善具有重大現實意義。對城市三維建模與可視化技術進行了深入研究,采用基于圖像的方法與傳統方法相結合,設計了一個城市三維可視化應用系統框架,較好地實現了GIS與城市實體模型數據的結合。三維數字城市模型的構建是一項十分復雜的工程,隨著城市三維可視化技術應用的深入,在大規模城市三維景觀瀏覽、高效的城市實體數據模型構建和實時動態顯示等方面還有許多問題需要進行深入的研究。
參考文獻：
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第3篇：三維數字城市范文
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建模總體架構
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。可進行水平量測，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.
第4篇：三維數字城市范文
關鍵詞： 微波；數字化改造；MSTP；特點；意義
中圖分類號：TP30 文獻標識碼：A
一、概述
吉林省微波數字化改造三期工程屬于通信工程，新技術擴展應用領域。該項目是在吉林廣電微波數字化改造一二期工程基礎上的延續，目的是增設市、縣廣電局及當地網絡公司至一期微波站點的數字微波傳輸電路，構建完整的省內微波傳輸體系，實現省內各局、站、網絡公司間的內部辦公、應急電話、指揮調度、廣播電視信號備份及地方新聞回傳等業務的安全傳送。從而能以較為方便的方式實現新聞回傳、安全調度、監控監測、語音通信等通信平臺的搭建，尤其是能為市、縣級網絡公司提供安全優質的省內節目備份信號源，具有極大的應用價值。
二、立項背景
隨著吉林省微波數字化改造的步步深入，一、二期改造工程的優越性均得到業界和學界的廣泛認可，應用中無論是安全傳輸還是運行維護均發生了質的變化，吉林微波的建設更是呈現出了欣欣向榮的景象。同時也為借助主體工程進一步延伸微波傳輸電路，延伸到省內各個角落，完整覆蓋全省9個市（州）53個縣市區，實現微波信號的省內無縫隙覆蓋奠定了基礎。
三、工程方案的具體設計
1 組建原則
本期工程貫徹“因地制宜”的改造方針，在合理利用一期工程中已建設備和技術資源的基礎上新增設43個PasoLink系列小型微波站即43跳PasoLink系列微波電路，雙向傳送基于IP方式的語音、指揮調度、廣播電視信號及綜合辦公等業務。除東遼到遼源的微波通道采用2+0方式外，其他42跳傳輸容量擬定為1個STM-1通道，微波波道采用1+0方式。
2 組網及通信方式
本期工程仍采用MSTP設備作為新增微波電路的復接設備，采用MSTP技術建立基于SDH的多業務傳送平臺的省內支線網。在新增設的43個微波站均配置以太網板卡，上下傳送基于IP的語音、指揮調度和廣播電視節目等業務。同時，各站再配置E1板卡，傳送首站至各站的2M透傳業務，MSTP設備交叉連接矩陣的容量設計為64×64（VC-4）、48×48（VC-3）和1008×1008（VC-12）級。本期工程中支線電路（東遼―遼源）一跳為2個業務通道，微波傳輸容量為2×STM-1，其他均為1個業務信道，微波傳輸容量為1×STM-1，每個業務通道由63×2Mb/s信道組成。其中5×2Mb/s（雙向）組成一個VC-12-5C級聯組，上下傳送應急電話調度指揮業務；下傳21×2Mb/s（單向）組成1個VC-12-21C級聯組，下行傳送省網絡公司打包的省內基本流；預留15×2Mb/s（雙向）組成1個VC-12-15C級聯組上行傳送縣（市）的地方應急新聞節目回傳；2×2Mb/s（雙向）組成1個VC-12-2C級聯組上下傳送監控監測等業務；10×2Mb/s（雙向）組成一個VC-12-10C級聯組，上下傳送安全調度備份業務。總計占用53×2Mb/s。
3 路由及頻率規劃
本期工程建成后，新增微波電路250.3公里，最長站距37.3公里最短站距1.5公里，其中傳輸距離大于等于10公里的8個站點，大于等于3公里，小于10公里的站點有21個，小于3公里站點14個。站點頻率和極化安排在符合國家無委要求的前提下，除伊通微波站---伊通廣電局、遼源微波站---遼源網絡公司，琿春---琿春局、鎮賚---鎮賚網絡公司、白城---洮南瓦房轉播臺用6（L）GHZ頻段外，其余均選用8GHZ頻段，極化方式均按單極化配置，在原有站型的基礎上類推新增站點高低站的交錯配置。
4 設備選型
本期工程是2009年和2010年兩期微波改造工程的延續，為了保證施工的連貫性，設備的統一性和電路維護的簡便性，微波設備選型為NEC公司STM-1光接口的PasoLink系列小微波，且所有接口均應符合ITU-T建議G.957標準，波道配置為2+0和1+0方式；天線選用NEC公司配套的8G直徑0.6米，8G直徑1.2米和6G直徑0.9米三種類型天線，饋線為NEC公司配套的中頻電纜；復接設備建議選用華為公司8光口16網口的OSN1500型MSTP多業務傳送平臺設備；供電系統建議選型為中興公司的嵌入式電源作為主用的-48V整流電源，備用電源為理士-48V電池組（單節電壓為-12V）；安裝柜在NEC公司配套設備中提供。
四、工程方案的主要特點
該項目的技術水平，實用效能，產生的經濟效益等均處于國內當代技術前沿，與傳統的傳輸方式、帶寬管理、復接模式相比較，大大提高了工作效率，MSTP（多業務傳輸平臺）的潛在功能在微波鏈路的常規維護、網管統一管理等方面的成功應用，實屬一大創新，既打破了傳統的觀念和模式，又為今后的廣電系統微波工程建設開辟了一條科學化的道路。
五、項目產生的重大意義
該項目自2011年建設完工投入使用后，效果明顯，設備運行良好。微波信號實現了省內各地完整覆蓋，通道配置合理，業務劃分清晰，信號傳送安全穩定，部分局站信號已為主用。吉林省微波數字化改造三期工程的完成，實現了省微波傳輸網絡的大面積覆蓋，只要帶寬要求在微波傳輸網的承受范圍之內， 吉林微波傳輸網絡將覆蓋全省9個市（州）53個縣市區，預計能達到微波傳輸覆蓋全省無死角的程度。MSTP（多業務傳輸平臺）在本次微波改造工程中的引入，使得微波傳輸網的通道配置極其靈活方便，通道容量可以很合理的規劃和使用，同時也使得微波為縣、市新聞回傳、安調、監測等平臺的搭建變得簡便易行。
第5篇：三維數字城市范文
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
第6篇：三維數字城市范文
關鍵詞 LIDAR 數字高程模型測繪
1 前言
激光雷達技術簡稱為 LIDA R ：該技術可以實現空間三維坐標的同少、決速、情確地獲取，并根據實時攝影的數碼像片，通過計算機重構來實現大型實體或場景目標的 3D 數據模型，再現客觀事物的實時的、真實的形態特性，為快速獲取空間信息提供了簡單有效手段。
根據載體的不同， LIDAR 技術主要分地面三維激光掃描技術和機載激光雷達掃描技術兩大類，顧名思義，地面二維激光掃描系統的空間載體是地面，類似于傳統的地面近景攝影測量。它將激光掃描儀直接與數碼相機、 GPS 相結合，對目標物進行掃描成像，獲取激光反射回波數據和目標表面影像，并在軟件支持下構建三維數字模型和紋理的精確貼加，從而達到目標物快速、有效、精確的三維立體建模。經過改裝，地面三維激光掃描系統不但可以安置在固定設備上，也可以裝載在運動的汽車上，進行連續的二維場景和目標形態的空間數據采集。
機載激光雷達系統則是一款高速度、高性能、長距離的航空測量設備，該系統！ 11 激光測高儀、 GPS 定位裝置、 IMU （慣性制導儀）和高分辨率數碼照相機組成，實現對目標物的同步測量。測量數據通過特定方程解算處理，生成高密度的三維激光點石數值，為地形信息的提取提供精確的數據源。
2 激光雷達時測易的原理
與普通光波相比，激光具有方向性好、單色性好、相干性好等特點，不易受大氣環境和太陽光線的影響。使用激光進行距離量測可大大提高了數據采集的可靠性和抗干擾能力。當來自激光器的激光射到一個物體的表面時，只要不存在力一向反射（包括鏡面反射、，總有一邪分光會反射回去，成為回浪信號．被系統的接收器所接收，當儀器計算出光由激光器射出到返回到接收器的時間為 2t 后，那么：激光器到反射物體的距離（ d ）=光速（c） X 時間 ( t ) / 2
在 LIDAR 系統中，結合 GPS 得到的激光器位置坐標信息，工 NS 得到的激光方向信息，就可以準確地計算出每一個激光點的大地坐標 X 、 Y 、 Z ，大量的激光點聚集成激光點云，組成點云圖像。這就是機載激光雷達的測高原理。激光束發射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖，拿頻率為每秒一萬次脈沖的系統來說，接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點，數口相當可觀。很多 LADAR 系統還能記錄同一脈沖的多次反射，激光束可能先打在樹冠的頂端，其中的一部繼續向下打在更多的樹葉或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，這樣就會有一組多次返回的具有 X 、 Y 、 Z 坐標的點記錄，并分層表示。利用這個特點，我們可以通過分類和濾波處理，獲取地面高程，以及樹高及建筑物的高度等信息。利用機載工 ADAR 系統進行測高作業，根據不同的航高，其平面精度可以達到。． 15 至 lm ，高程精度可達到 10 cm 至 30 Cm ，地面分辨率甚至可達到厘米級。可以說，機載 LIDAR 系統是為綜合航攝影像和空中數據定位而設計的新技術手段，它能為測繪工程、數字地圖和 GIS 應用快速提供精確的空間坐標信息和三維模型信息。
3激光雷達技術在測繪中的應用
3 . 1 快速獲取數字高程模型
LIDAR 技術最主要的數據產品是高密度、高精度的激光點云數據，該數據直接反映點位的三維坐標。通過自動或人工交互處理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目標上的點云進行分類、濾波或去除，然后構建不規則二角網 TIN ，就可以快速提取 DEM 。由于激光點密度大，數目多，使得生產高精度、高分辨率的 DEM 也成為可能，因此它是解決快速進行 DEM 數據采集的最有效方法，其產品精度甚至可以滿足多行業對高程的需求。 3 . 2 基礎測繪的實施
除了數字高程模型，基礎測繪的“ 4D ”產品還包括數字正射影像（ DOM ）、數字線劃地圖（ DLG ）和數字柵格地圖（ DRG ）。對于 DOM 和 DLG 兩種產品，其生產也不能缺乏高精度三維信息的支持。
例如： DOM 是在 DEM 提供精確的地形信息的前提下，進行數字微分糾正得到的。如果沒有可靠的 DEM 資料，傳統生產 DOM 方法是通過數字攝影測量的方法實現的。數字攝影測量作業工序繁瑣，設備要求和技術路線非常嚴烙對生產人員的技能要求比較高而機載 Hl ）胡化技術提取的地面三維坐標，完全滿足高靖度影像微分糾正的需要，使得 DOM 的生產變得相當容易，可以無需使用數字攝影測量這種昂貴的專業平臺，在一般的遙感圖像處理系統中即能實現規模化生產。此外，高精度的激光點云數據還直觀反映植被和地物的三維信息，利用這些資源， DLG 地形地物的判讀和量測更加準確，數據的采集變得更加容易。
3. 3 精密工程測量
很多精密工程測量，都需要采集測量目標的高精度三維坐標信息，甚至需要建立精確的三維物體模型，比如：電力選線、礦山和隧道測量、水文測量、沉降測量、建筑測量、變形測量、文物考古等等行業。地面和機載 LIDAR 就是解決這種實際問題的最有效手段。通過數碼像片獲取的紋理信息與構筑物模型進行疊加構建三維模型，是進行景觀分析、規劃決策、形變量測、物體保護的重要依據。
例如： LIDAR 技術為公路、鐵路設計提供高精度的地面高程模型 DEM ，以方便線路設計和施工土方量的精確計算。在進行電力線路設計時，通過LIDAR 的成果數據可以了解整個線路設公｝區域內的地形和地物要素情況。在樹木密集處，可以估算出需要砍伐樹木的面積和木材量。在進行電力線搶修和維護時，根據電力線路上的 IIDAR 數據點和相應的地面點的高程可以測算出任意一處線路距離地面的高度，這樣就可以便于搶修和維護。
3．4數字城市建設
數字城市是 21 世紀以來，很多地方正在力爭構建的信息化目標。空間信息作為數字城市的基礎框架和平臺，是構建數字城市的重要研究課題。 IJ DAR 系統可以獲取高分辨率、高精度的數字地面模型和數字止射影像，提供了構建數字城市最寶貴的空間信息資源，因此是數字城市建設的重要技術力量。
數字城市還需要構建高精度、真三維、可量測，具有真實感的城市三維模型作為管理城市的虛擬平臺。但是采用傳統技術，進行城市三維建模是精雕細琢的工藝，工作量很大，效率非常低，而且效果并不好，影響了數字城市服務面的寬度和深度。利用 LIDAR 技術對地面建筑物進行空中激光掃描或地面多角度激光掃描，可以快速獲取目標高密度高精度的三維點坐標，在軟件支持卜對點‘數據進行模型構建和紋理映射，很方面地構建大面積的城市三維模型。并可以實施快速動態史新，為數字城市建設基礎數據源的持續性、歷史性提供了確實的保障
第7篇：三維數字城市范文
關鍵詞：地下管網 三維系統 功能 設計
中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0033-02
隨著數字城市、智慧城市的發展，基礎地理信息對城市發展的基礎性支撐作用日益被各級政府重視，GIS技術已經從傳統的相對成熟二維平面系統逐漸向三維系統過渡。時下地下管網系統建設，無論從設計要求還是應用需求角度，基于網絡三維地理信息系統平臺是管網系統首選平臺。尤其是實現地上地下空間基于三維數據的規劃審批業務，已經成為行業不可動搖的發展趨勢，因此，基于數字城市地理空間框架支撐的地下管網三維管理系統是每個城市必須面對的課題。
1 建設目標
系統基于網絡三維地理信息系統平臺，集成海量三維模型數據、遙感影像數據、數字高程模型數據，全面展現城市建筑、橋梁路面與地下管網的立體關系，支持全視角的地上、地下及地面透明式的管網瀏覽，提供管網爆管、連通檢測、剖面分析等專業功能。
2 設計思路
系統建設首先確定系統架構，根據目前的技術狀況設計的系統架構，如圖1所示。
3 功能矩陣
在系統架構已經確定的情況下，對系統功能矩陣進行設計，表1為某市的地下三維管網系統的功能矩陣設計。
4 應用支撐系統設計
4.1 GIS空間數據管理軟件
GIS空間數據管理軟件推薦采用ESRI公司的ArcEditor產品，版本為10。ArcEditor是一個用來編輯和管理地理數據的完整的GIS桌面軟件系統。它是GIS軟件ArcGIS家族的一員，包含ArcView的全部功能及全面的GIS編輯工具。ArcEditor支持單用戶編輯和多用戶協作編輯功能。
4.2 GIS空間數據服務器軟件
GIS空間數據服務器軟件推薦采用美國ESRI公司的ArcGIS Basic Server，版本為10。ArcGIS Basic Server是ArcGIS與關系數據庫之間的GIS通道。它允許用戶在多種數據管理系統中管理地理信息，并使所有的ArcGIS應用程序都能夠使用這些數據。ArcGIS Basic Server是多用戶ArcGIS系統的一個關鍵部件。它為DBMS提供了一個開放的接口，允許ArcGIS在多種數據庫平臺上管理地理信息。這些平臺包括Oracle，Oracle with Spatial/Locator，Microsoft SQL Server，IBM DB2，和Informix。
第8篇：三維數字城市范文
關鍵詞航拍地理信息三維可視化地鐵線路設計展示
中圖分類號U231+.2 文獻標志碼 A
1引言
隨著21世紀科學技術的迅速發展，出現了許多高新技術，如高清影像航拍技術、地理信息技術、三維可視化技術、多媒體技術等。這些技術能處理并提供豐富的數字化信息，具備生動形象的表現力及可視化效果，應用優勢越來越明顯，需求也日益增大，已逐步應用于軍事、醫學、城市規劃、能源、工程等各個領域[1]。因此，對這些高新技術的研究并應用于地鐵線路設計展示領域，將具有開拓創新，與時俱進的重要意義。
2研究現狀
目前國內地鐵線路設計的展示主要基于二維效果的應用，如應用cad進行線路設計繪圖，然后打印成圖紙或圖片，再應用word或ppt進行表達說明等，雖然比20世紀傳統的依賴繪圖工具， 手工繪圖的設計表達方式邁進了一大步，但是仍然是停留在二維效果的展示，可視化效果不強烈，表現力不夠生動形象。
Skyline系列軟件是目前一套優秀的三維數字地球平臺軟件，憑借其國際領先的三維數字化顯示技術，它可以利用海量的遙感航測影像數據、數字高程數據以及其他二三維數據搭建出一個對真實世界進行模擬的三維場景。目前在國內，它是制作大型真實三維數字場景的首選軟件，已經在城市規劃、房產、能源、勘探、環保等領域得到廣泛應用，但國內尚未看到相關論文對其在地鐵線路設計中的應用研究，因此將該技術研究并應用于地鐵線路設計展示領域，開發出一套地鐵線路設計展示系統，將填補該領域的研究空白，創新豐富地鐵線路設計展示的表達手法。
3系統組成與功能
3.1總體設計
系統應用高清航拍技術獲取高清影像數據，結合地理信息技術構建數字高程數據，運用圖形處理技術將地鐵線路設計文件及沿線規劃資料處理成二維GIS數據，再借助三維可視化技術，以Skyline系列軟件為平臺，開發了地鐵線路設計展示系統，該系統能實現全線場景漫游、沿線站位展示、節點定位切換、地理信息查詢等功能，如圖2所示。
3.2場景構建
本系統基于Skyline系列軟件構建地鐵線路全線三維地理信息場景。Skyline軟件包括TerraBuilder，TerraExplorer Pro等主要軟件，其中TerraBuilder用于建立地鐵線路全線三維地形數據庫平臺，TerraExplorer Pro[2]用于添加或者導入地鐵線路設計及沿線規劃信息，構建地鐵線路全線場景模型。
TerraBuilder 是用于融合海量的影像、高程數據，能迅速創建精確三維地形模型，編輯和維護三維地形數據庫的3D平臺構造器。在TerraBuilder下建立地鐵線路全線三維地形數據庫的步驟如下：①通過航拍技術獲取地鐵線路全線范圍的高清影像數據；②通過地理信息技術獲取地鐵線路全線范圍的數字高程數據；③將高清影像數據和數字高程數據添加到TerraBuilder中，裁剪、調色等處理后，進行融合，最后生成地鐵線路全線三維地形數據庫（*.mpt）。
構建地鐵線路全線三維地形數據（*mpt）成功后，應用TerraExplorer Pro加載，并融入地鐵線路全線的三維景觀數據及二維GIS數據，創建*.fly文件，打包后形成地鐵線路全線三維場景圖。至此，基于TerraExplorer Pro的地鐵線路全線三維場景就搭建完成了，接下來利用TerraExplorer Pro提供的工具進行二次開發，在實現基本功能（如顯示控制，空間量算）的基礎上加入高級分析功能，從而最終實現地鐵線路設計展示系統的開發。
3.3功能實現
本系統采用VSNET2012作為基礎開發平臺，結合TerraExplorer Pro提供的com組件完成了對系統所有功能的定制，展示效果如圖3所示。
3.3.1全線場景漫游
借助TerraExplorer Pro 軟件提供的三維場景漫游工具，該功能以地鐵線路為漫游路徑，可以實現在三維場景中從線路小里程往大里程方向，或者大里程往小里程方向飛行漫游，并能設置漫游速度，從不同角度展示地鐵線路沿線的現狀道路、規劃道路、建構筑物、車站站位及出入口設置、區間走向及聯絡通道位置等情況，給人一種身臨其境的感覺。
3.3.2沿線站位展示
借助TerraExplorer Pro 軟件提供的三維場景旋轉、縮放及空間量算等工具，該功能實現對三維場景中所需站位或區間的360度全方位展示、縮放及距離測量等，通過場景中的高清影像并結合車站站位或區間的分布情況，從而詳細了解車站或區間周邊環境，以及車站出入口或聯絡通道設置的具置，為車站或區間布置方案的討論和匯報提供了生動、形象、逼真的可視化效果。
3.3.3節點定位切換
借助TerraExplorer Pro 軟件提供的三維場景自動定位工具，該功能實現在三維場景中對地鐵線路全線重要節點的快速定位切換，例如，將地鐵線路全線的所有車站及沿線重要控制點作為重要節點，做成信息樹的枝點，每個枝點對應一個ID號，每個ID號綁定一個三維場景的空間位置。信息樹將以樹形結構顯示在系統操作欄中供用戶進行交互式操作，用戶如果需要定位某個節點，只需要鼠標點擊信息樹中相應的枝點，系統便能馬上遍歷到相應的ID號，在三維場景中切換到對應的空間位置，從而實現了與用戶的交互式操作，再應用沿線站位展示功能，可實現對該節點的詳細了解，如想查看下一節點，只需重復上一步操作即可實時切換到下一節點的三維場景位置。
4 結束語
目前該系統已成功應用于福州市軌道交通2號線總體設計及初步設計專家審查匯報會議中，生動形象的展示介紹了福州市軌道交通2號線地鐵線路設計的工程概況，取得了專家及市各單位領導的一致好評。但是，該系統并未真正的達到三維可視化的效果，尚未加載數字城市三維模型[8]，而且高新技術的發展是非常迅速的，因此仍然需要研究并引入更多更好的高新技術，創新、豐富和完善地鐵線路設計展示的表達手法，展望未來地鐵線路設計的展示也許將會加載基于數字城市三維模型的應用，從而實現真正的三維可視化效果。
參考文獻
第9篇：三維數字城市范文
關鍵詞：數字城市；Virtools；三維場景
中圖分類號：F291.1 文章標識碼：A文章編號：
0 引言
城市數字三維模型在各方面具有廣泛的應用前景，目前全國多個城市都在積極推進城市現狀三維模型覆蓋生產工作。我院始終關注三維技術的發展和動態。
城市超精細三維場景是在普通三維場景的基礎上，對模型進行再加工以提升效果，添加樹木、植被、路燈、路牌等小品，增加動態人和車等動畫，實現場景的漫游和互相操作等功能，所構建的逼真再現城市環境的虛擬場景。城市超精細三維場景，是對現有的城市大范圍的三維現狀模型的進一步加工和細化，可以滿足更高層次的應用需求，在城市規劃和管理、景觀方案評審、城市旅游和宣傳、歷史古建筑保護等領域有著非常廣泛的應用。
1 城市三維模型構建
1.1 城市三維模型數據級別
由于應用需求以及建筑復雜程度不同，有必要對城市三維模型進行一定的分類和分級，從而對不同的建筑應采取不同的建模標準，這樣既可以提高模型生產效率，也可有效地控制生產成本。在實際生產中，劃分的級別有如下幾類：
1.1.1 簡單模型，僅描述了建筑物主體的基本輪廓的模型，紋理來自標準紋理庫。
1.1.2 標準模型，描述了構筑物主體的基本輪廓和外結構的模型，紋理來自現場采集照片。
1.1.3 精細模型，精細模型是在標準模型基礎上要表現明顯可見的構筑物細節的模型。
1.1.4 超精細小場景，超精細小場景即需要重點加工和處理的局部區域，另外在場景中增加道路、樹木、植被、路牌、路燈、護欄等模型要素。
1.2 城市三維建模方法
在三維模型生產過程中，根據采用的建模資料，可以有多種建模方法。具體生產時，可根據模型級別、應用需求、模型精度等要求，采用相應的建模方法或幾種方法結合使用。目前常采用的模型生產方法有以下幾種：
1.2.1 基礎地理數據庫自動建模。對于城市郊區的白模型和簡單模型，可以根據數據庫中的地形圖和樓層信息，直接將二維矢量數據自動拉伸為三維白模型，并給予一定的標準紋理。此種建模方法生產快、成本低，但模型精度較低。
1.2.2 航空攝影測量方法建模。此種方法是利用數字攝影測量原理，在數字攝影測量工作站上采集建模所需的三維特征點線面，如屋頂點、地面點等，并在3dsMax中進行一定的后期編輯，結合現場采集照片給予模型紋理。此種方法生產速度快。模型精度也較高。
1.2.3 三維激光掃描建模。此種方法分為兩部分，一是數據分類和提取；二是模型重建。此種方法速度快、精度高，但數據處理環節較為復雜，成本高。
1.2.4 三維竣工建模。三維竣工建模利用三維竣工的相關資料如CAD平立剖數據、效果圖、實景照片、相關屬性資料等進行的建模，通過三維竣工可同步完成城市三維模型的建立和更新工作。
1.3 模型紋理采集和處理
模型紋理是模型的重要組成部分，直接關系到模型的顯示效果和精度。因此外業采集來的紋理照片不能直接用來貼圖，還需按照以下要求進行處理：貼圖的規格應為2的n次方；材質長寬比不應差異較大，宜采用正方形（如128*128）；采用實景照片作為紋理時，不應存在人、車、植物、空調、衣物等非建筑物體；不清晰的文字標識、Logo等需要用圖像處理軟件進行清晰化處理；完成后的貼圖應反映一個獨立單元（如一個完整的窗戶或樓層），如某張紋理貼圖需要進行平鋪操作，則該貼圖應滿足無縫貼圖標準。
1.4 小品模型庫建立
小品模型是城市超精細三維場景的組成部分，可以增強場景的逼真性，提升場景的顯示效果。對于三維場景中常用到的樹木、植被、路燈、路牌、垃圾箱、護欄、人物、車輛等，都應建立相應的模型庫，該模型庫應該具有完整性、多樣性、擴充性等特點，這樣可以重復利用、從而提高生產效率、節約生產成本。
2 漫游場景的搭建
Virtools本身不能制作三維模型，只能在場景中對模型進行組織和細微的調整。因此建好的模型，可通過插件導出.nmo格式的文件來導入Virtools場景。需注意場景中的環境光、燈光等都會影響模型的顯示效果，因此模型導入后可通過場景中光源的擺放和設置，場景環境光顏色和亮度的調整，來調節場景中模型的顯示效果。對于單個模型，也可單獨調整其某個材質設置（Material Setup），來改變其顯示效果。
2.2 場景漫游實現
場景漫游可以讓用戶在場景中自由地瀏覽，從而增強用戶體驗。場景漫游設計的功能有，通過鼠標鍵盤的控制，用戶可以在場景中前進、后退、旋轉，升高、降低視角，放大，縮小等操作。
2.3 場景動畫實現
2.3.1 人動畫的實現
人的行為動作較為復雜，需要先借助3ds Max建立人的模型，設置好人的行為動作如走路、跑步、交談等，然后導出為角色，最后導入Virtools中，借助Unlimited Controller模塊將動畫綁定到角色上，同時借助Character Curve Follow模塊為人物指定運動路徑，即可實現人物的動畫。
2.3.2 車船動畫的實現
車船的運動比人物運動相對簡單，將車船模型導入Virtools中，使其沿指定路徑運動即可。
2.4 屬性查詢和定位
通過為場景模型添加和編輯屬性表，可以實現模型的屬性查詢和定位功能。屬性查詢支持用戶可以通過鼠標點擊，在窗口顯示所點擊模型的相關屬性信息；定位功能支持用戶輸入關鍵詞，場景搜索將包含關鍵詞將符合條件的對象羅列在列表框中，用戶雙擊其中的一項，場景定位到指定位置并顯示屬性信息。
2.5 場景優化
城市三維超精細場景包含建筑物、小品、動畫等眾多內容，為了利于場景流暢瀏覽，需要對場景進行優化，場景優化的方法有：
2.5.1 模型優化：在不影響場景顯示效果的前提下，減少模型面數，為復雜模型增加LOD屬性等。
2.5.2 貼圖優化：在不影響貼圖清晰度的情況下，盡量縮小貼圖尺寸；減少貼圖數量，盡量共用貼圖；貼圖格式可采用dds等占內存較小的文件格式。
2.5.3 相機優化：將攝影機的遠距離剪切設在一個合理的距離，使其不顯示太遠范圍的物體。
3 場景
場景搭建完成后，就可進行場景。之前，需先為場景指定初始相機，既可通過添加設置活動相機腳本（Set As Active Camera）指定，也可在層級設置（Level Setup）中指定起始相機（Starting Camera）。然后將整個場景以VMO格式導出，并將VMO文件鏈接嵌入網頁中，只要網絡客戶端安裝了Virtools網絡播放軟件（Web Player），即可訪問場景并進行互操作。
4 結束語
文章提出了較為成熟的城市超精細場景構建方法，介紹了場景搭建制作的完整流程，并以陸家嘴區域為例構建了一個具有良好的視覺效果與用戶交互功能的超精細場景。該場景的搭建為進一步探索三維技術的應用提供了有效的技術和平臺支撐，隨著應用的深入和推廣，該場景可與城市規劃和管理、景觀設計、國土、公安等具體應用相結合，形成特定的三維業務平臺，其應用前景非常廣闊。
參考文獻：
[1]丁鵬等，基于Virtools環境的三維建模及應用 J]，計算機與信息技術，2009（9）.
