增城市绿道三维互动展示系统的设计与实现

李琳琳，曹凯滨，管斌

(1.增城市城乡规划测绘院，广东增城 511300； 2.从化市规划勘察测绘队，广东从化 510900)

增城市绿道三维互动展示系统的设计与实现

李琳琳1∗，曹凯滨1，管斌2

(1.增城市城乡规划测绘院，广东增城 511300； 2.从化市规划勘察测绘队，广东从化 510900)

城市绿道的规划、建设、管理运营都贯穿着三维技术，城市绿道的功能展示也是绿道使用价值提高的重要手段，

三维互动展示系统；3D GIS；三维建模；绿道；3ds Max

1 引 言

三维互动展示系统是利用虚拟现实技术将演示媒体与设计工具巧妙结合，将所有景物构筑成三维立体、功能强大的智能演示界面，使其活现在用户面前，产生身临其境的感觉[1，2]。

增城市结合公园化战略，按照主干道路生态型、乡村郊野型、城区都市型的分类标准，率先规划建设了500 km具有当地特色的三大绿道网络:自驾游绿道、自行车休闲健身绿道、增江画廊水上游绿道，成为广东省绿道建设示范。为了更好地宣传增城的绿道建设，并充分借助绿道的示范效应展示增城市优美的生态环境优势，打造宜居城乡和绿色大珠三角优质生活圈上的一颗璀璨明珠，增城市城乡规划局组织开展了增城绿道三维互动展示系统项目。该系统基础数据基于2008年利用航空摄影测量方式完成的市行政范围内1∶2 000的DOM、DEM、DLG的数据建库，此外，大量的规划设计数据以及现场数据，为三维展示提供了诸多素材。

2 建模技术方法与路线

增城绿道三维建模，综合运用GIS、遥感、多媒体及虚拟仿真等技术建立增城绿道沿线部分景点区域的三维数字模型，模拟真实的地形地物和景观形态；通过亚运龙舟赛场、三忠古庙、白水寨等二十多个单元的建筑和配景三维数字模型的制作，总体上达到绿道整体轮廓准确，重要地段形态清晰，局部重点刻画精细的建模要求，以实现虚拟绿道展示。图1表示了亚运龙舟赛场的三维模型。

2.1 建模工具

绿道三维建模工具包括数据提取、仿真建模、数据转换三个部分，分别采用ArcInfo及AutoCAD、3ds Max和Panda DirectX[3]。

图1 亚运龙舟赛场三维模型

2.2 建模要素和模型精度

建模要素包括绿道沿线的地面(包括道路、水系、地块面)、建筑、桥梁、配景四大类。

本项目采用分精度等级的思路建立绿道三维仿真模型，模型整体位置、体量、形态与地形图基本一致。重点路段道路、地块面、水系以及沿路建筑、桥梁和配景须按实际情况制作，位置准确、外形真实、协调美观，保证步行模式和低空浏览漫游方式下浏览的视觉效果。对于建筑模型，全部景点均采用精细建模，能反映建筑细部(如:屋顶结构，建筑转折面——转折大于2 m，建筑与地面交界的铺地、台阶、柱子、出入口等)和建筑附属元素，模型纹理采用真实的拍摄影像。

2.3 建模技术路线和方法

采用面片结构的三维模型的建模包含几何建模(Geo-Metrical modeling)与纹理贴图(Texture-Map-ping)两部分[4～6]。增城绿道三维建模分为资料收集分析、模型造型与光影烘焙制作、模型转换合成优化三个主要步骤，具体工作流程如图2所示。

图2 绿道三维建模工作流程

资料收集包括从地形图获取道路、水系、建筑等二维矢量数据，航空摄影数据，现场拍摄照片。模型造型以二维矢量数据为制作基础，空间位置、形态、体量应与矢量数据一致，建筑的高度以测高数据与层数属性推算相结合确定，对于明显与地形图不一致的地方，以现状为准。在白模基础上，根据照片特征精化、修改模型，使其与实际相符。使用3ds Max造型，在兼顾效果的情况下，尽可能简化多边形数量，贴图采用实拍照片经PhotoShop处理平正、祛除杂质、调整色差获取。模型明暗阴影关系通过烘培的方式获得。烘焙贴图尺寸为1 024×1 024，贴图有效利用率要尽量高，需要设置拓展边6个～8个像素，背景色为白(R255、G255、B255)。重点建筑要求低点观察，贴图不模糊。光影烘焙后需要回贴到贴图通道中，贴图坐标要正确。重点单元地块面把地块分割为100×100的块面烘焙。

3ds Max模型需导入Skyline环境并与相关属性建立连接关系。

2.4 关键地物的三维建模

三维虚拟场景采用三维驱动平台Skyline系列软件集成完成，利用最新的DOM和DEM数据生成整个测区范围真实的三维地形。关键地物则采用3ds Max软件建模，将建好的模型经过渲染、格式转换之后导入三维场景，该模型质量高、细节表现明显。

(1)建筑三维建模

绿道周围的特色建筑是本项目精细建模的重点。建筑建模关键在于三维几何数据和纹理的获取，其中三维几何数据主要通过传统测绘方法获取，本项目充分利用该地区已有的1∶2 000、1∶500的基本地形图资料，建筑高度数据则通过增城市建设工程竣工验收测量等专题数据库获取，不完善的高度信息和纹理则分别通过外业调绘、拍照的方式取得[5]。

(2)绿道三维建模

绿道路面的建模数据来源于绿道的横断面测绘数据；首先是道路路基的建模，道路的路基自动化建模的关键在于相邻横断面上特征点之间自动建模，即如何自动构面。本文是利用三角形作为建模的模型，只在相邻的两个断面形成三角网，速度较快，而且能解决冗余问题[5，6]。当遇到绿道曲线段时，则采用圆曲线的形式代替转折处的三角形的外边，如图3所示。

图3 绿道三角形建模与圆曲线处理示意图

(3)树的三维建模

绿道两边的树木亚热带特色鲜明，因此树的三维建模也是本项目重点。传统的树的实现方式有:仿真树、贴图树(二维图片)、十字树。仿真树非常逼真，但构建过程较为复杂，工作量大，运行占用内存较大，影响漫游速度；贴图树最方便，但视觉效果不能很好满足要求[7][8]。本项目中树的三维实现采用了二维十字交叉图片即十字树，可减少内存的占用、增加浏览的速度，并能满足视觉的需求，如图4所示。

不同树的识别与建模:利用航空正射影像(DOM)图像识别的方法解决树种的问题。通过提取树的面积、周长、重心、树干、轮廓等几何形状特征，根据各自的阈值按二叉分类的方法进行分类，其中轮廓、重心作为判断的主要依据[6]。根据绿道两边树木的现场调研，树木类型分为5类，对这5类树木分别建立图片库供树木三维建模使用，建模方法采用上述十字树的方法。

3 三维互动展示系统的建立

绿道三维互动展示系统利用SkyLine Soft公司的Terra Suite三维GIS系列软件平台，通过其二次开发的应用功能，来满足增城市绿道景观三维展示的实现、共享、管理保存等方面的要求。在Skyline软件平台上，将增城绿道网络路网数据、路边景观、景点数据及其他附属设置三维模型导入三维场景中，添加美化场景的素材信息资料，并集成规划属性信息。

开发应用于面向增城市绿道三维展示，分步骤展现项目范围内规划成果的三维模型(含房屋模型、附属设置模型)，并带有规划属性信息；实现逐层添加项目范围内未来的规划设计数据，用地规划、功能区规划、三维规划场景、绿道网络路网信息、景观景点模型数据等，并带有规划属性信息以及相关模型的属性信息，全面展现增城市绿道的发展规划以及规划效果和后期产生的热点经济效益，图5为三维互动展示场景。

图5 三维互动展示场景

该系统在上下坡的坡顶点、坡底点设置了节点，使得浏览的速度有相应的加速度，模拟自行车的上下坡速度变换的特点，平地上会匀速前进，有较强的体验感。

4 结 语

使用不断发展的三维技术逼真地描述现实世界，可更好地辅助地理空间信息公共服务乃至数字城市的建设。本文从增城市绿道虚拟三维景观建设的需求出发，较为详细地阐述了三维建模和三维GIS系统实现过程中的多个技术要点，给测绘地理信息等相关单位特别是县域城乡规划管理部门提供了技术参考。目前，系统在重点工程视域分析、规划决策、领导视察路线预定等方面得到相应的应用。

[1] 朱小戌.街景与三维模型在数字城市建设中的优劣对比[J].南方测绘，2011，2:2～2.

[2] 刘明辉.三维建模在城市规划管理中的应用[J].山西建筑，2011，37(27):252～253.

[3] 周靖斐，章皖秋，林紫峰等.GIS系统中实现规模化建筑物的三维建模方法[J].地理空间信息，2011，9(1):85～87.

[4] 张敏，李建松.基于Creator、3DSMax和ArcEngine的三维城市建模方法[J].测绘信息与工程，2011，36(1):13～15.

[5] 毛健，苏笛.地理场景三维可视化系统的关键问题研究[J].城市勘测，2012，4:9～11.

[6] 王杰，崔世杰，尹志永等.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，2011，25(1):95～95.

[7] 周伟，王军，田鹏等.城市三维基础地理信息系统设计与实现-徐州市三维基础地理信息系统建设[J].城市勘测，2011，1:20～24.

[8] 许振辉，秦涛，刘士宽等.三维道路建模及可视化方法研究[J].公路，2011，3:161～164.

Design and Implementation on the 3D Interactive Display System of Greenway in Zengcheng City

Li Linlin1，Cao Kaibin1，Guan Bin2
(1.Urban-rural Planning and Surveying Bureau of Zengcheng City，Zengcheng 511300，China；2.Survey Team of Conghua City Construction，Conghua 510900，China)

Planning，construction and management of city green way operations through the 3D technology，the function of urban green road show and is an importantmethod of green use value increase，so the construction of a city green way 3D interactive display system is necessary.In view of the demand for the greenway virtual 3D landscape construction in Zengcheng，this paper design a suitable 3Dmodeling solution for greenway demonstration and propaganda.It has great help on quality of 3D modeling by Stepped-controlling.And it realizes 3D visualization on the greenway and even the whole city scene with 3DGIS.

3D visualization system；3D GIS；3D modeling；greenway；3ds Max

1672-8262(2013)05-26-03

P208

B

2013—03—05

李琳琳(1979—)，女，高级工程师，主要研究方向为工程测量、电子地图和GIS应用。

因此建设一个城市绿道三维互动展示系统很有必要。本文针对增城市绿道三维虚拟景观建设的需求，设计了一种绿道展示宣传的三维建模方案，可较好地控制建模质量，并结合3D GIS技术实现了绿道乃至整个市域场景的三维可视化。