三维可视化技术在“房地一张图”中的应用研究

唐文刚 孙伟晔

【摘 要】本文介绍了基于Skyline 技术的三维地理信息系统的建立方法。阐述了系统的功能和关键技术，实现了在苏州工业园区“房地一张图”平台中的应用。

【关键词】三维可视化；房地一张图；信息系统

中图分类号：O434文献标识码： A

中图分类号：P208

文献标识码：A

1、引言

随着计算机技术和现代测绘技术的迅猛发展，计算机三维仿真技术和地理信息系统的紧密结合，为城市空间地理信息系统的建设提供了崭新的表现方式。通过计算机再现数字城市，在逼真的三维视觉交互中，对城市空间信息的主要要素，诸如建筑物、道路、水系等进行多方位、多层次的观察、分析，为人们认识和改造城市社会提供了崭新的观察和分析方法[1]。这种三维城市景观技术以其鲜明的技术特点和应用前景，在城市规划、国土资源、房产管理等领域发挥了巨大的作用。

苏州工业园区开发建设以来，通过实践和积累并积极借鉴新加坡先进经验，信息化建设起步较早。随着应用的不断深入，对信息化的要求越来越高，为此园区开发建设了基于政府地理信息云平台的“房地一张图”平台。并在该平台上开发出一个三维可视化系统，以满足三维地籍、三维房产管理的需要。

2、系统架构

三维可视化技术的迅速发展和应用,出现了各种三维仿真技术。例如，国外主要有 ArcGIS，Google Earth，Skyline，Multigen 公司的 Vega 等; 国内高校和科研院所也开展了相关研究并研制出部分产品，如灵图公司 VＲMap、国遥公司 EV－Globe、开源框架的 World Wind 的等[2]。

Skyline TerraSuite平台是一套基于网络的三维空间数据交互式可视化解决方案平台，它是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它的二维或三维信息源，包括地理信息数据集层等创建的一个交互式环境。它能够允许用户快速地融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术。Skyline可以支持网络发布城市三维地理信息的应用，并且对三维模型的属性管理也比较完善[2]。本项目就是基于Skyline进行设计开发的。如图1为整体系统架构：

图1系统架构

3、系统功能

本系统主要包括四大功能模块：场景创建、场景浏览、数据输出、信息查询。

3.1场景创建

可以三维实时编辑物体，对场景中的物体进行位移、旋转、缩放、对齐等等操作。可以直接用鼠标控制，也可以通过调整物体属性数值，精确调整模型。可以导入DEM数据生成地形，可以对矢量地物进行编辑插。可以通过自定义节点制作很多特殊效果和功能，如喷泉、爆炸、火焰、水流、雾等。具有场景文件导入合并功能。

3.2场景浏览

提供键盘或鼠标实现两种最基本的实时、交互式浏览操作，通过步行模式、飞行浏览、全屏幕浏览、建筑物内部漫游等，使任意交互式浏览变得更轻松。

3.3数据输出

系统提供功能非常强大的动画编辑功能，它不仅能编辑对象位置变化的动画，例如设定飞行路线，还可以编辑一切开放属性的动画，如颜色的变化、纹理的变化等等。支持将编辑好的动画以AVI或高分辨率位图文件输出。

3.4数据查询

本模块可以通过激活高亮视窗中的建筑物，并点击目标对象查询其土地登记和房地产产权登记信息。

4、关键技术

4.1多细节层次技术

多细节层次技术指根据物体模型的结点在显示环境中所处的位置和重要度，在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐级简化细节决定物体渲染的资源分配，减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法。它依据场景对象模型和视点的距离，选择合适尺度模型表示来进行绘制。如果模型离视点较远，且在屏幕空间的投影区域覆盖较少像素，则用尺度小的模型来进行表示；相反，模型离视点较近，则采用尺度大(精细)的模型来进行表达[3]。尤其是它的继承框架结构，在描述场景模型间的互动关系以及交互环境时，能提高系统渲染、漫游速度，显得尤为有用，比较符合当前三维地理信息系统的要求。

4.2实时渲染技术

图形生成速度主要取决于系统所采用的图形处理的软硬件体系结构，特别是图形硬件加速器的图形处理能力，以及图形生成所采用的各种加速技术，除此以外还依赖于虚拟场景的复杂程度和真实感程度。目前OpenGL仍然是大多数三维引擎的设计基础，提高系统实时三维渲染性能的有效措施是减少进入OpenGL图形渲染通道的顶点和三角形数量。因此在生成阶段，我们采用一定的技术将一个原始场景的顶点减少对三维场景数据进行预处理。在遍历阶段我们通过执行各种“剔除”技术来控制减少进入OpenGL图形渲染通道的有效数量。通过运用这些技术，可以将场景中的有效数据量大大减收。

4.3三维交互技术

交互性是三维地理信息系统的重要特性之一，根据系统的不同运行模式，交互操作的对象有所不同，主要分为三维模型交互和三维场景交互。在场景漫游模式下，用户操作的对象实际上都可归结为虚拟三维空间中的视点。通常情况下，我们将该模式下的交互操作称为三维场景交互。对应地，另外一种交互过程称为三维模型交互，它一般发生在场景修改（编辑）模式中，其操作对象为三维场景中的各种节点，是一种基于对象选择的交互过程。

4.4三维空间查询技术

与三维空间内的实体对象相关联的信息包括两方面的内容，即实体固有的一些特性，如纹理、材质等，对于这些要素的描述我们统一用表面特征来管理，并集成在场景数据库里；另外对空间对象进行三维表达与管理，将业务审批数据库嵌入GIS中,实现对三维建筑物的三维查询与统计分析。

5、实际应用

作为园区“房地一张图”平台中的一个重要子系统，三维可视化系统在实际应用中取得了显著成效。利用本系统，我们完成了100平方公里的三维景观制作任务，并把三维数据与业务审批（土地登记、房地产产权登记）数据进行了整合，实现了三维数据展示与查询。相关功能如下图所示。

图1 三维展示

图3 建筑物信息查询

图2 三维查询

图4 建筑物套信息查询

6、结束语

三维可视化技术在“房地一张图”平台中的应用，使苏州工业园区的国土资源和房地产产权管理手段从传统技术提升到全新的三维可视化阶段，解决了长期以来对建设项目管理不够直观、不够真实的难题,使政府决策更加科学。其三维数据与政务审批数据库的整合，实现了二三维房地关联和时空信息的无缝衔接，对“智慧城市”等数字化建设具有一定的示范意义。

【参考文献】

[1]苏浩，苗天宝，白建荣.GEODEM组件技术在城市空间地理信息系统开发中的应用研究[J].遥感技术与应用，2002,17(6)：352-356

[2]普杰.基于Skyline的三维地理信息系统设计与应用[J].测绘与空间地理信息，2014,37(2)：153-155.

[3]张训虎，章磊.LOD技术和最短路径算法在交通三维地理信息系统中的应用研究[J].遥感信息，2014,29(2)：121-123.