2022年基于Skyline的城市计划虚拟景观建设方法探讨与应用.docx

精品学习资源基于 Skyline的城市规划虚拟景观建设方法探讨与应用王海鹰，张新长<中山高校 地理科学与规划学院，中国广州，510275 ）摘要： 随着“数字地球”理论与技术的不断进展，利用3DGIS技术帮助城市规划已经成为行业进展的新趋势；提出了一种快捷、有效的城市规划虚拟景观建设路线方法，基于Skyline组件开发了虚拟规划仿真系统，利用该系统对城市规划虚拟景观的应用进行了深化讨论，为城市规划供应了帮助决策手段；关键词： Skyline ，虚拟景观，城市规划，三维 GISDiscuss and application about the method of virtual landscape construction for urban planningbased on SkylineWang Hai-ying, Zhang Xing-chang, Kang Ting-junInstitute of Geography Science and Plan, SunYat-senUniversity, Guangzhou, China, 510275>Abstracts: With the Sustained improvement of the theory and technology aboutEarth” , “it hDaisgibtaelcome theinevitable trend of this industry that using the 3DGIS technology for assisted urban planning. A set of construction methods and technology flowabout virtuallandscape for urban planning based on the Skylinetechnologyare proposed. Based on the TerraExplorer Developer COM technology, the virtual urban planning simulation system is developed to provide the decision-making means for the urban planning.Keywords: Skyline ； virtuallandscape ； urban planning ； 3D GIS1 前言1-3随着数字时代的来临与信息技术的飞速进展，GIS 技术应用已经深化应用到国土、规划、土地治理等各个行业；在城市规划部门，规划人员常常需要对规划方案的三维立体的直观4展现以及比较不同方案成效；由于传统的GIS 系统对于三维空间信息的治理、表示与分析才能的不足，已经不能完全满意规划工作的需要；三维GIS 就是在这样的需求背景下产生了，三维GIS 可以产生一个场景逼真的虚拟三维城市，规划人员可以利用系统强大的三维可视化才能和运算分析才能进行深度专业应用，促进城市合理规划，实现规划人员抱负中的设计蓝图；本文以增城市“广州东部汽车产业基地”虚拟规划仿真作为案例；在Terra Suite技术框架下，通过融合 DEM、DOM数据实现三维地势仿真；讨论了一种有效的三维模型建设方法，完成面对城市规划的虚拟景观建设；开发了虚拟规划仿真系统，利用该系统对区域进行了案例讨论，通过空间漫游、方案对比、规划成果展现与审批、规划信息查询与分析等方式，为解决城市规划问题供应了一种有效的帮助决策手段；2 景观建设的平台挑选与分析2.1 Terra Suite 架构针对讨论区虚拟规划仿真的具体需求，挑选Terra Suite系列软件产品作为三维 GIS 软件平台； Terra Suite具有敏捷、简便的建模工具、稳固的软件功能，以及组件化的软件体系， 是独立于硬件之外、多平台、多功能的一套软件系统；如图 1 所示， Skyline Terrasuite包含以下三类产品 5：TerraBuilder：快速创建、编辑和保护3 维地势数据库合成软件，能够结合影像、数字高程模型、矢量数据，简洁、快速地创建三维地势数据集；TerraExplorer Pro：创建、编辑、注记和发布照片实景成效3 维场景的强大便利软件工具；TerraGate ：基于网络实时传输海量 3 维地理数据的高性能服务器软件；它可以答应用户欢迎下载精品学习资源通过网络来拜访地势数据库；上述软件通过单机或网络应用模式方式形成工作流<图 1），最终完成数城市规划的虚拟景观建设，下面具体阐述虚拟规划景观建设的方法与工作流程；欢迎下载精品学习资源2.2 三维建模工具图 1Terra Suite的两种工作流程模式欢迎下载精品学习资源模型的格式标准与质量对于建立一个胜利的三维GIS 系统来说是至关重要的；因此，在三维建模软件挑选上，要考虑到通用性、简洁性等原就；在多方比较的基础上，挑选Google SketchUp6 与 MultiGen Creator7 、8 软件作为建模的基本平台；Google SketchUp 软件能面对设计过程，界面简洁，易学易用，命令少，防止了其他三维设计软件的复杂性，并且生成的模型简洁、精细，便于导出渲染；利用它能够快速、高效、低成本的构建城市三维景观模型；并且，通过这个软件生成的模型具有很好的通用性，可以便利转化Skyline 系统所支持的格式；基于这样的优点，我们选用Google SketchUp 做为主要建模工具对区域重点建筑进行三维精细建模；在Google SketchUp 等三维建模软件中建模和转换过程中，通常会产生大量冗余的点、线、面，这些模型必需在转化的中间阶段进行精简优化；采纳实时仿真建模软件MultiGen Creator 对三维模型进行优化处理； MultiGen Creator不仅具有强大的多边形建模功能，而且有独创的用于描述三维虚拟场景的层次化OpenFlight 数据结构，其模型数据库可以在获得极高渲染效率的同时保证明时交互的敏捷性；为三维模型的精简与优化供应了面合并、点合并、LOD技术、数据结构工具和 Vsimplify工具等，能够使其最大限度的削减数据量； 区域简况与数据预备“广州东部汽车产业基地”北至南香山山脚、南至荔新大路、东至仙宁大路西面、西至东凌公司用地，总规划面积约 38 平方公里，基地以汽车整车及零部件、商贸物流业为主；本讨论区为“广州汽车城产业基地”的重点核心区域，包括广州本田等十几家大型企业，共约8 平方公里，如图 2 所示；讨论需要预备的数据如下：1>DEM数据:38 幅 DEM数据， 5M网格； 2>DOM数据:16 幅高精度航空影像，辨论率 0.2M； 3>DLG地势图 :38 幅 1： 2000DLG地势数据； 4> 测量及详规 DWG数据: 讨论区内的竣工测量验 收数据以及详规数据； 5> 纹理照片 : 讨论区内相关单位建筑及周边环境具体纹理照片；将所需 DLG地势图、竣工测量图、详规图转成矢量文件，采纳西安80 坐标系，高斯投影；欢迎下载精品学习资源图 2 城市规划虚拟景观的建设范畴4 面对城市规划的虚拟景观建设4.1 虚拟景观建设流程设计结合讨论区虚拟规划的需求分析，提出一种行之有效的虚拟规划景观建模方法；欢迎下载精品学习资源DOM、DEM 数据ArcGIS软件DLG数字线划图、掌握性规划DWG数据欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源TerraBuilder处理合成道路系统矢量数据在SketchUp中进行三维建模经SketchUp处理后导出欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源三维地势仿真模型TerraExplorer Pro道路生成程序道路模型数据建筑、地物矢量数据三维模型数据利用DeepExplorer进行格式转换欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源三维虚拟规划景观在Creator中进行三维建模三维模型精简与优化欢迎下载精品学习资源图 3 虚拟规划景观建设流程该方法如图 3 所示，将虚拟规划模型建设主要分为，三维地势模型建设、三维建筑模型建设与城市基础设施建设三个部分；4.2 生成三维地势模型利用Terra Suite的TerraBuilder软件对三维基础空间数据进行处理、建立、更新和保护9 ；需要的原始数据主要是 DEM数据和 DOM数据，其中 DEM除了可以对虚拟城市地表进行描述, 仍可以为虚拟规划城市的三维模型供应地面高程起算基准；DOM数据供应了城市地表的真实颜色 与纹理特点 , 可以对城市进行直观的描述 , 也可以供应城市规划等方面的基本信息；第一, 建立一个新的工程并指定 WGS84坐标系统和椭球信息，将 DOM航拍影像与 DEM高程欢迎下载精品学习资源数据设置配准并设置为同一投影坐标系下<西安 80 坐标系高斯克吕格投影， DEM一般为 TIFF 格式， DOM为 IMG格式）；利用七参数方法将数据转换到WGS84坐标下，将数字高程与影像数据叠合生成基于真实世界的三维数字地势场景；4.3 制作三维建筑模型12三维建筑模型可分为精细建筑模型与批量建筑模型，对于城市的重点单位要进场拍照具体的纹理照片，进行精细三维几何建模，以满意工程需求，确保三维模型的可视化质量；欢迎下载精品学习资源DWG 数据（竣工测量、地势图、修详规）导入重做在SketucHp 中进行单一模型建设修改在 Creator 中精简优化处理外业调查与纹理采集采纳在PHOTOSHO 中进行纹理处理处理处理采纳欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源模型不合格模型质量检查合格纹理不合格欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源发觉问题模型定位与整合加载模型调试三维 GIS 系统反馈系统开发欢迎下载精品学习资源合格图 4 三维模型建设与检查流程在进行精细模型建模时，要依据三维模型建设与检查流程进行检查，如图4 所示；4.3.1 精细建筑模型进行精细建模时，要将竣工测量图或详规图作为底图，利用SketchUp 或 Creator等建模工具对城市建筑进行建模，之后进行精简、优化及转换, 如图 4 所示；模型质量要重点检查模型大小、纹理命名、大小、尺寸和宽高比等指标；调整优化模型的数据结构，设置模型表面的主颜色、可选颜色、渲染状态等属性；对于规划未建模型，要将模型处理成半透亮化用以表示规划未建的建筑；如图5 所示，调整规划建筑与现实建筑在纹理色调与透亮度方面的对比差异；欢迎下载精品学习资源4.3.2 批量建筑模型图 5 规划建筑 左>与现实建筑 右>欢迎下载精品学习资源对于一般的建筑物模型就不需精细建模，可以利用1：2000 的 DLG 数据猎取建筑的面状图形；由于 CAD 数据中建筑图形没有相关属性，只有建筑物类型标注层；可以利用ArcGIS 软件的最近距离方法给予建筑图形相应的建筑类型及层数、层高等相关属性，建立建筑图形与建筑属性信息的关联；通过TerraExplorerPro导入建筑面状矢量数据生成Building，利用 BScripts函数表达式 <Cdblcs>*height>运算求得每栋楼的高度；再对模型的墙面进行纹 理贴图，生成具有真实感的三维建筑模型, 如图 6 所示；在本讨论中，利用该方法一共批量生成了23382 栋三维建筑模型；以流模式加载后，系统运行流畅 .欢迎下载精品学习资源4.3.3 城市基础设施模型图 6 批量生成的建筑模型欢迎下载精品学习资源要形成虚拟城市景观，需要大量的地物模型，包括天空、桥梁、城市道路、桥梁、路灯、树木、花坛等地物；为使系统运行流畅，不产生迟滞感，通过流模式、模型简化、纹理压缩、纹理共享、 billboard 等技术手段进行优化；不同地物其制作方法有所不同，对于天空、桥梁、花坛等实体模型，采纳图4 的技术路线进行制作；对于路灯、路木模型，采纳billboard及纹理共享技术大批量自动生成；对于道路 系统，通过自主开发的道路生成程序，利用线状SHP数据生成城市道路；4.4 城市规划虚拟景观模型整合与生成如前文所述，面对城市规划虚拟景观是由三维地势模型、三维建筑模型与城市基础设施模型三个部分组成；因此要在 TerraExplorer Pro中将三个部分分别加载 10 ，形成一个完整的城市规划虚拟景观；4.4.1 三维模型定位三维实体建模模型通常是在模型坐标参数系中描述的，被定义在一个模型坐标系中；该坐标系只是一种相对于模型位置的局部坐标系；因此，在将三维实体模型导入城市规划虚拟景观时，需要对三维实体模型进行定位，给予真实的空间地理坐标；利用手工方法可以进行定位， 但是坐标不精确，而且仍需要花费大量的时间，并且在以后的模型更新、编辑、信息读取会显现许多问题；本文对此进行了有益的尝试和讨论，发觉了一种矢量关联方法可以实现大批量的三维实体模型在虚拟景观中的快速、精确定位；简要介绍方法如下：在模型 CAD底图中挑选建筑图形的一边脚点，记录其精确坐标值；并依据其坐标点转换为点状的 SHP数据格式；在 Creator找到实体模型的相应脚点，将其脚点坐 标平移到模型的局部坐标系原点，储存后以.x格式导出；然后，在 TerraExplorer Pro中导入点矢量文件，利用矢量关联方式将全部的.x 格式的实体模型批量导入虚报景观；4.4.2 三维模型整合在三维实体模型的建设过程中，为达到在虚拟景观中运行流畅清楚、模型读取便利等目的，欢迎下载精品学习资源必需对模型进行整合处理；整合内容通常有：对三维地势的改造处理、对精细模型矢量文件的处理与统一加载、对批量生成建筑的加载与流模型处理、对于地物实体模型的集成与加载、对billboard模型的矢量文件整理与加载、道路模型的转换与地势的叠加整合；最终，要形成虚拟景观的目录体系，通过目录体系可以有效的治理虚拟景观的模型；最终生成的城市规划虚拟景观 , 如图 7 所示：图 7 面对城市规划的虚拟景观5、面对城市规划的虚拟景观应用结合城市规划实际需求 , 设计开发了三维城市规划帮助审批系统；该系统除了实现了三维GIS 系统的三维漫游、路径浏览等基本功能以外，仍为城市规划人员供应了测量、阴影分析、对象查询、方案比较、视域分析等多种三维帮助规划功能；作者利用该系统，结合城市规划虚拟景观，进行了以下城市帮助规划的应用讨论；5.1 规划成果展现与审批在规划设计过程中，一般会有几种不同的设计方案；在虚拟景观空间中，可以真实的展现与查询规划成果，直观表达设计思想，进行经济统计分析，提高规划决策的科学性；规划设计人员可以实时地切换不同的方案, 在同一观看点或同一个观看序列中感受不同的三维景观，比较各方案的合理性以及环境美学成效；仍可以通过模型生成工具，现场生成规划方案，对规划方案进行方位、大小、角度的修改，通过比较后获得正确的成效11 ；下面以“广东市东部汽车产业基地”内的某公司厂区二期建设规划为例分析说明；在系统中打开掌握性具体规划图，可看出控规图所示该公司厂区占用土地属于二类工业用地<棕色）， 北面的土地属于二类居住用地 <黄色）；依据法律及相关规定，土地使用单位必需严格依据控制性具体规划批准的土地用途使用土地，不得擅自转变土地用途，如图8 所示；欢迎下载精品学习资源图 8 规划方案比较由图 8 比较可知，规划方案一的规划建筑是工业厂房，规划规划方案二的规划建筑是居民住宅，不符合相关的土地使用规定；因此，我们挑选方案一作为厂区二期建设依据；5.2 信息查询及分析评估系统供应了三维可视化环境下的信息查询、分析和统计功能，通过综合使用这些功能可以具体讨论规划区域的土地、道路、交通等情形，便利地明白讨论区的现状与规划信息，同时仍可以查阅明白相关经济文化信息 , 更好地制定规划方案；在上例中进行了规划方案的分析比较，挑选出了正确规划方案，仍要连续对厂区相关情形进行查询与分析评估；通过对规划建筑与已建成建筑的透亮度设置，可以很清楚的看到厂区的规划建筑与已建建筑的分布格局；对厂区各建筑进行属性查询，可以得到建筑总面积、建筑编号、耐火等级、所属单位、占地面积、建筑类型等建筑属性信息 , 见图 9；图 9 属性查询进一步我们可以利用面积运算工具得到厂区的用地面积和总建筑面积，进而得到厂区的容12积率，是否符合工业用地规划标准；利用水平、垂直距离工具获得规划建筑的高度、建筑楼距；利用阴影分析工具进而可以得到建筑在某时间段内的日照总时间，仍可以通过视域分析检查规划建筑高度对于相对于周边建筑是否合适；5、终止语本文提出的面对城市规划的虚拟景观建设方法与技术流程，在实践检验中认为是可行有效的；讨论开发的三维城市规划帮助审批系统可作为规划成果展现与评审、规划信息查询和分析评估的应用平台，为城市新区建设、三旧改造、征地拆迁等工程供应帮助规划决策支持；系统以其强大的数据治理、空间分析及三维可视化功能，促进了城市规划帮助设计从二维平面走向三维空间，其规划方案的表现形式从传统成效图、沙盘模型走向三维浸入式互动体验，这在很欢迎下载精品学习资源大程度上转变了城市规划设计与审批的工作方式, 补偿了传统城市规划审批过程中的一些不足；信任在不久的将来，作为城市规划设计中崭新而高效的技术手段，必将为城市规划添上出色的一笔；参考文献 :1 郭宏慧 . 地理信息系统的应用现状和进展趋势分析J.河北农业科学 .2021, 131>:140-142.2 宋小冬 , 钮心毅 . 城市规划中 GIS 应用历程与趋势中美差异及展望J.城市规划 .202110>:23-29.3 毛迎丹，黄作维 . 基于 WebGIS 的土地资源地理信息服务系统讨论J.安徽农业科学 .2021, 366>:2485- 2486.4 王军, 周伟 , 田鹏 , 李娜 . 城市三维基础地理信息系统在城市规划中的应用J.工程勘察 .202111>:56-61.5 东方道迩GIS 事业部 .Skyline软件产品概述 EB/OL. 20060710/20211221.6 徐 昌 荣 , 孙 涛 , 仲 军 华 .ArcGIS结 合 SketchUp辅 助 城 市 规 划 的 综 述 J.安 徽 农 业 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