基于Alatu earth的城市街景仿真辅助审查应用研究
2011-04-18王芬旗廖佳王苑楠朱秋晔
王芬旗,廖佳,王苑楠,朱秋晔
(宁波市测绘设计研究院,浙江宁波 315041)
基于Alatu earth的城市街景仿真辅助审查应用研究
王芬旗∗,廖佳,王苑楠,朱秋晔
(宁波市测绘设计研究院,浙江宁波 315041)
介绍了城市仿真技术发展应用情况及意义和Alatu earth在城市仿真领域的应用情况。结合Alatu earth平台软件的特点,以宁波“百丈路-联丰路城市街景仿真辅助审查平台”的建设为例,介绍三维仿真技术在设计方案辅助审查方面的应用及平台建设关键技术。
三维仿真;城市街景;辅助审查
1 引 言
虚拟现实(Virtual Reality)是把存在或不存在的事物,运用计算机技术,生成一个集视觉、听觉于一体的虚拟环境的技术。用户通过一定的界面设备融入这个环境,在其中漫游,并和这个环境中的物体以及人物进行交互。虚拟现实技术主要有多感知性、浸没感、交互性、构想性等特征。城市仿真(UrbanSimulation)是虚拟现实技术应用于城市的一种视觉仿真(VisualSimulation VisSim)。
宁波市百丈路-联丰路街景改造,可突出宁波城市精华,挖掘文化内涵,塑造城市特色,提高城市品质和城市综合竞争力,对发展商贸、旅游、文化产业,改善人居环境,提高生活水平,建设和谐社会有重要作用,所以街景改造是一个纷繁复杂且举足轻重的工程。但值得一提的是,传统的街景规划与设计是通过规划设计平面图、效果图、沙盘模型来展示规划设计成果的,这些手段在某种程度上只能算是对设计方案的“包装”技术,其共同点是缺乏对方案的动态模拟、反复推敲、智能分析。通过“城市街景仿真辅助审查系统”能将各种方案定位于虚拟的三维现实环境中,用动态交互的方式对其进行全方位的审视,评价其对现实环境的影响,并可在虚拟的设计环境中感知空间设计的合理性,降低设计成本并缩短设计时间。
三维仿真辅助审查是建设单位通过城市仿真平台,将拟建的建(构)筑物及其他设施的位置、高度、外观、空间形态等要素通过数据处理,建立三维仿真模型,从而直观真实地展示设计方案的一项新的技术成果形式,是推进建设工程设计方案科学审查的有效手段。目前试行三维仿真辅助审查的基础条件已较为完备,城市仿真平台已投入应用,三维数字地图已纳入基础范畴,相关技术规程已发布。
2 国内外应用现状
2.1 国外应用现状
自上世纪80年代末以来,空间信息三维可视化技术一直是业界的研究热点,尤其是近几年,国内外相关技术的研究呈现出了前所未有壮丽情景。国内外科研机构和企业纷纷认准了三维空间技术的良好发展势头,进行了跨学科、跨领域合作研究和三维技术攻关,研发了一批各具特色的优秀产品。美国率先推出了备受认可的 Google Earth、Skyline、Virtual Earth、World Wind、ArcGIS Explorer等软件。
2.2 国外应用成功案例
最为著名的城市仿真项目是虚拟洛杉矶(Virtual Angeles),它是美国加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCIA)始于1994年的一个科研与运用相结合的项目,计划覆盖面积超过1万平方英里(25 900 km2)今城市仿真系统中最成功最为复杂的系统。视景包括从洛杉矶盆地的卫星影像到街道景观,精确到植物、建筑物的窗口、外墙的纹理等。其中洛杉矶大学医院的仿真详细到可以对建筑内部的每一个层面进行漫游,用鼠标点击墙面或天花板就能得到平面设计图及相应的属性数据,实现了在仿真中对GIS、CAD及对象属性的实时查询。该系统作为城市规划和建设的重要手段,在加州Pico Union区地震破坏的重建中得到应用。设计人员通过仿真模型和地理信息数据来确定毁坏的建筑物数量以及需要改造的街道、绿地、房屋等,对重建城区进行规划设计,再将新数据存入该系统,实现了信息系统的良性循环。
2.3 国内应用现状
近些年,由于政府对空间信息产业的重视,加大投入以及优秀人才的参与,国内空间信息技术取得了长足的进步。国内企业顺势推出的EV-Globe、GeoGlobe等优秀产品,虽然起步较晚,产品结构框架还不太完整,在海量数据处理能力、三维建模、三维分析、跨平台通信、二次开发支持等方面,相比国外软件也有一定的差距。但是,国产软件基于国内客户需求而研发的先天性,提供的空间信息化解决方案可能更适合国内客户;再者,国产三维地理信息软件具有更高的安全性,不仅适合国内大型企业、单位应用,而且能更方便地为各行业的特定需求开发提供底层技术支持,扩展性能更为强大;此外,国产三维软件在海量数据的快速浏览、矢量数据的查询和分析等功能方面也逐步增强,甚至显现出优于国外软件的趋势。另外,较高的性价比也是国产软件最为明显的优势之一。
3 三维仿真技术辅助审查应用分析
3.1 Alatu earth平台功能简介及应用情况
(1)Alatu earth平台功能简介
Alatu earth提供海量三维数据的浏览和管理,在全球、城市、街区、室内进行连续、实时和平滑浏览,支持运动物体,模拟飞机、汽车、轮船等多种方式进行场景浏览,模拟真人在场景中走、跑、跳等,模拟真实视角直观分析。
图1 同视角联动观察
Alatu earth还提供图层、场景控制、同视角关联功能,目前可将IE浏览器拆分为两个窗口,可用于两方案的联动观察。在虚拟环境中同视角关联,通过人视、顶视等各个角度和高度对设计方案模型与现状模型进行同步观察,可以方便设计者发现方案的缺陷。同时更加关注设计方案的形态、色彩、空间关系等要素,可以帮助决策者选择最适合的方案。通过三维仿真,将规划设想与现状建设情况加以糅合,形成虚拟现实的直观判断,通过多方案比较最终选取了与现状情况结合最好,各方综合效益能达成综合平衡的方案加以深化。设计方案模型与现状模型的同视角联动观察实例如图1所示。
(2)Alatu earth平台应用情况
宁波市测绘设计研究院已将Alatu earth平台应用于温州滨海区、慈溪市、宁海县、鄞州区中心城区等地的三维数字地图建设;同时已将Alatu earth平台应用于城市仿真辅助审查系统的建设,如百丈路-联丰路城市街景辅助审查系统的建设。
3.2 城市街景仿真辅助审查的意义
虚拟现实技术能为创建和体验城市街景提供强有力的支持。通过在计算机上建立的虚拟城市街景系统,设计者可以构建多种视角身临其境地感受设计方案:在虚拟街景上漫步,步移景异;或驱车在街道上飞驰,感受城市的轮廓线;甚至飞过城市的上空,俯瞰全城,还可观察城市的天际线。
街景是以建筑为硬环境,绿化为软环境,道路为景观网络,小品为景观节点,需多方考虑、各专业人员协同设计。街景改造的进行要以人为本,注重布局,强调细节,因地制宜。“城市街景仿真辅助审查系统”的信息高度集成,将不同的建筑手法、绿化立意、道路景观、材质肌理、小品特色等有机的整合在一起。决策者在系统中,可以真实的看到街景设计方案的效果,把握街景改造对整个城市形态的改变。在漫游过程中对建筑、环境、道路、广场等设计要素进行推敲和方案调整。这一切都是在人们习惯的三维空间中实时实现的,沉浸在创作中的设计者其思维将不再被长时间的等待所打断,创造力和灵感也将被激发。三维仿真技术形象直观,为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道,公众也可以查询方案设计成果,本着公众参与的原则,他们甚至可以就方案设计提出建议,在街景整治中形成一个反馈机制,有效地帮助有关部门进行决策。
4 三维仿真辅助审查平台建设关键技术
4.1 城市地理模型
城市地理模型指城市建筑、道路、水系、桥梁、植被、小品等精细模型。大量城市地理模型的实景模型真实的反应了街道两边的建筑景观。三维模型基底位置与1∶500数字线划图平面位置保持同精度,即一类地物点平面中误差不大于±5 cm,模型上其他特征点利用全数字摄影测量系统采集的矢量数据制作,其平面定位精度点位中误差不大于±25 cm,高程精度以原始立体像对采集的矢量线精度为准,高程中误差不大于±30 cm。建成实例如图2所示。
图2 城市地理模型
4.2 建筑体块模型
建筑体块模型利用1∶500和1∶1 000两种比例尺数字地形图建成,地形图数据的平面坐标采用宁波市独立坐标系,高程采用1985国家高程基准,1∶500和1∶1 000数字地形图中的建筑位置平面中误差分别不超过7.5 cm和12 cm,建筑体块模型数据库平面精度保持与源数据库一致。建筑体块模型的高度取建筑层数与固定层高3m的乘积,能大体反映建筑的体量,并且可总体反映百丈路-联丰路街道两侧建筑分布情况。建成实例如图3所示。
图3 建筑体块模型
4.3 地形地貌模型
主要利用数字高程模型和数字正射影像生成,采用1∶50 000、1∶10 000、1∶2 000三种比例尺 DEM和DOM数据,平面坐标系采用宁波市独立坐标系,高程系统采用1985国家高程基准,其具体指标如表1所示。
不同尺度三维地形地貌模型的数据指标 表1
地形地貌数据库可以展现真实的三维地理环境,建成实例如图4所示。
图4 地形地貌模型
4.4 设计方案模型
设计方案模型包括了建筑、植被、小品等设计方案的精细模型。笔者在街景改造方案CAD平面图的基础上,运用3ds Max建立起三维街景模型,主要包括道路、桥梁、公交综合体、城市小品、行树、路灯、路牌、指示牌、公共设施等精细模型,根据方案图和设计要求设计出贴图纹理,对方案模型进行贴图,然后再进行模型的光影烘焙,以达到逼真的效果。城市街景仿真展示如图5所示。
图5 设计方案模型
5 结 语
虚拟现实技术作为城市规划和设计的新方法,在国内已得到一定的应用。虽与国外某些发达国家相比还有一定的差距,但已引起我国政府有关部门的高度重视。未来的城市仿真技术主要的发展动向是城市规划、建筑设计、城市景观设计等。故在吸取国外先进经验的同时,结合中国具体国情和政策,做出更多精品三维仿真辅助审查系统。
[1] 周洪玉,王慧英,周岩.虚拟现实及应用的研究[J].哈尔滨理工大学报,2004,8:49~51
[2] 杨艳玲,王浩涌.虚拟现实(VR)技术在虚拟城市中的应用[J].辽东学院学报(自然科学版),2006,13(4):32~36
[3] 卢良.城市仿真设计及其应用[J].时代建筑,1995,3:16~17
[4] 张耀胜.基于VR和GIS的城市仿真技术的研究[J].计算机技术与应用,2006,1:122~123
[5] 周克平,胡庆夕,方明伦.虚拟现实技术及其城市漫游系统[J].机电一体,2004,1:11~13
[6] 郑丽萍,李光耀,沙静.城市仿真技术概述[J].系统仿真学报,2007,19(12):2860~2863
[7] 张占龙,罗辞勇,何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真,2005,3:1~3
Esri中国用户大会召开 理解世界 分享价值
(本刊讯)2011年3月,地理信息产业写入政府报告,半年后国家测绘局更名为国家测绘地理信息局,中国地理信息产业进入飞跃期,预计未来10年,地理信息产业总产值将保持25%以上的年均增长率,到2020年形成一万亿元的年产值,是2010年产业总产值1000亿的10倍。
2011年9月27日,主题为“GIS——Understanding Our World”(GIS,理解我们的世界)的第九届Esri中国用户大会在北京国际会议中心召开。这是Esri规模仅次于全球用户大会的盛会。国家测绘地理信息局副局长李朋德、国家基础地理信息中心主任李志刚、国际欧亚科学院院士何建邦等领导和专家以及近6000名国内地理信息产业管理、科研、开发、应用工作者汇聚一堂,共同探讨GIS技术发展方向,分享GIS应用经验。
国家测绘地理信息局副局长李朋德在开幕式上表示:“地理信息涉及国家安全,涉及产业发展,涉及社会稳定,各行各业都需要地理信息的支撑。国家测绘地理信息局为此也拟定了今后五年甚至更远时间的新战略,即:构建‘数字中国’、监测地理国情、发展壮大产业,建设测绘强国。这新的二十四字方针,指明了今后地理信息产业的发展方向。这期间,期望有更多的优秀企业提供更多、更好的服务。”
Esri中国(北京)有限公司总裁何宁向与会者介绍了ArcGIS在西安世园会、深圳大运会等重大社会活动中的应用,以及地理信息应急快速制图系统、有害生物监测预警GIS系统、长城资源信息系统等数十个国家级和省级重点项目的实施成果。同时,他宣布由战略合作伙伴北京捷泰科技有限公司创建的ArcGISOnline.cn正式上线。这是面向中国用户的一站式GIS应用环境和免费在线地图服务。该服务基于Esri云GIS技术架构搭建而成,依托丰富充实的数据源,向中国GIS用户提供多版本的在线中国地图和多种专业应用服务。同时,全球GIS用户也可以在ArcGIS.com的云环境中调用该地图服务,使用符合中国规范的地理数据。
据Esri中国(北京)有限公司CTO王昊先生介绍,Esri是全球迄今为止唯一一家在Internet上提供真正云GIS服务的公司。在全球范围内,Esri与亚马逊、IBM、微软、思科等建立了战略合作伙伴关系,并进行了深入的技术合作与整合,使得Esri在云GIS技术及其产品化方面,始终引领着世界GIS潮流。当前,Esri已将公有云GIS、私有云GIS以及面向企业和组织机构的云GIS解决方案云+端落地;Esri正在与国家级的多个超级计算中心合作,进行产品级云GIS部署测试,进展顺利。
本届大会还举办了数十场技术讲座,包括云计算、Web和移动端、遥感技术与应用、ArcGIS三维等前沿技术,详细精彩的行业研讨更是覆盖了诸多行业,如:测绘、环保、气象、交通、石油、水利、数字城市等。此外,还有炫彩的动手体验区,用户可以在获悉最新技术热点的同时,与业界同行面对面交流,互相学习,沟通经验,“分享地理价值”。
(Esri中国(北京)有限公司 刘娟供稿)
Research on Aided Censoring Application of Urban Street Scenery Simulation Based on Alatu Earth System
Wang Fenqi,Liao Jia,Wang Yuannan,Zhu Qiuye
(NingBo Design Research Institute of Surveying and Mapping,NingBo 315041,China)
This paper introduces city simulation technology development and significance,and the application of Alatu Earth System in the field of urban simulation.Combined with the characteristics of Alatu earth System,the application of 3d simulation technology in design aided censoring and key technology of platform construction are described to ningbo Baizhang road-Lianfeng road city street scenery simulation as an example.
3d simulation;Urban street scenery;Aided censoring
2011—03—23
王芬旗(1984—),男,助理工程师,主要从事三维仿真的制作及应用工作。
1672-8262(2011)05-24-04
P208.2,TP391.98
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