基于CityEngine的城市三维快速建模方法及应用

谢衍忆，黄良平，陈元增，李 芳（.赣州市城乡规划设计研究院，江西 赣州 34000；.江西理工大学 建筑与测绘工程学院，江西 赣州 34000）

基于CityEngine的城市三维快速建模方法及应用

谢衍忆1，黄良平2，陈元增1，李 芳1
（1.赣州市城乡规划设计研究院，江西 赣州 341000；2.江西理工大学 建筑与测绘工程学院，江西 赣州 341000）

基于CityEngine的规则化建模方法，通过程序编写规则，对构成城市的重要组成部分建筑物、道路、绿化带、地面、水面进行程序化快速三维重建。以赣州市部分地区为例，实现了该地区的快速三维重建。

数字城市；三维模型 ；CityEngine ；规则化建模

三维建模技术是运用计算机技术，将地理空间数据从传统的以二维平面图为主的表现方式转换为以三维立体模型的方式显示出来，能更真实、形象地展示现实世界，广泛应用于数字城市、城市规划、建筑设计、安全应急等领域。传统的三维建模方法主要采用人工建立精细的三维模型，虽然展示效果好，但建模周期长、建模成本高，且共享性不高。甚至建好的数字城市模型由于其庞大的数据量根本无法在一般设备上运行。因此，如何快速、高效地生成最优化模型数据库，是目前大范围三维建模的关键问题[1]。

1 基于CityEngine的三维建模设计与实现

1.1 数据准备与处理

1）建筑物。构建建筑物的三维模型，首先要获得建筑物的外部轮廓线。若有测绘地形图，可以直接从地形图里提取建筑物平面轮廓的CAD数据，并使用ArcGIS工具，将CAD数据转化为Shapefile文件，并为其增加代表建筑物高度的楼层属性列[floors]、屋顶的属性列[RoofType]、代表建筑名称的属性列[BuildingName]和代表住户信息的属性列[ZhuHu]。若没有CAD数据，也可在ArcGIS中通过高分辨率的遥感图像或者Google Earth地图矢量化得到建筑物轮廓图。

2）道路中心线。在CityEngine中，根据道路建模需求，首先需要准备道路中心线数据，道路中心线属性表中包括道路的宽度、车道数等基本属性信息。

3）纹理数据采集。①一般性建筑贴图。为了实现更好的三维显示效果，让纹理更加真实，本文将所有建筑按照楼层数（floors）分为3大类：低层 、中层和高层。其中，低层建筑的表面纹理主要是砖石结构；中层建筑表面纹理主要以砖、混凝土为主；高层建筑表面主要以混凝土和玻璃为主，反映到贴图上它们就会贴上不同材质的纹理。②道路贴图。道路的设计具有严格的标准与规范，因而其贴图的规范性也较强，可以根据道路的标准收集相应的贴图[4]。

1.2 建筑物三维建模

1）规则创建。在数据处理后，对建筑物平面轮廓进行相关参数的增加及其属性赋值。基于该地块实际的建筑样式，应用上文提出的建模方法,通过编写详细参数规则（CGA），读取建筑物的所有属性信息，并根据楼层数（floors）字段对建筑进行拉伸、细化和贴纹理，根据属性值[RoofType]重建建筑物顶部的形状[5]。

2）规则应用与建模。规则创建时可以根据每种建筑类型创建一种代码，选择需要生成的某一个或者某一类模型的建筑平面轮廓，选择Rule File,选择它对应的规则，设置其Start Rule（一般建筑均为LOT），生成模型，如图1所示。

图1 同一个建筑物应用不同的规则后的效果

本文中编写的参数规则 （CGA）根据层高和屋顶形状自动赋予建筑样式和纹理，选择建筑物所在的图层，右键选择Select/Select Objects In Same layer,选中所有的建筑图层，直接将规则拖到区域中即可快速生成三维建筑模型，如图2所示。

1.3 道路及附属物三维建模

实验区内主要道路包括客家大道、长征大道、翠微路、章江南大道、赞贤路。区内主要道路断面设置情况如表1所示。

图2 应用规则后快速生成的建筑物模型

表1 实验区内主要道路的路面设置情况

将道路规则应用于区域内的章江南大道、赞贤路，生成的模型如图3所示。

图3 基于规则建立的道路模型

1.4 绿化带及水面建模

1）绿化区散点树的创建[6]。绿化区散点树的生成涉及2个方面：散点树的生成及模型树替换。

2）水面的建模。水面的建模比较简单，直接将水面贴图贴到水面的轮廓线内即可。本文使用了CityEngine 2012版本，最新的CityEngine 2013、2014版本能够支持动态水的生成，本文没有研究。

2 生成三维效果及功能

分别将区域内的建筑、道路、绿化带及水面应用对应的规则后，生成的总体效果如图4所示。

图4 总体效果图

3 在CityEngine中实现的功能

1）建筑物单体信息查询。单击三维场景中的建筑物，可以通过Inspector属性窗体形式显示所点击建筑物单体的属性信息，如建筑物的名字、建筑物的层数、建筑物高度、建筑里的住户等。建筑物属性信息主要来源于地理空间数据库中建筑物图层的属性数据[7]，如图5所示。

图5 CityEngine中建筑物单体信息查询

2）三维模型的属性调整。在CityEngine中，可以根据需要实时调整模型的规则、模型的属性，如建筑高度、层高和首层高度、建筑物屋顶类型、建筑物的纹理等[8]。

3）规划指标的分析。系统提供了规划指标分析功能，可以选择一块区域，通过空间分析得到区域内的现状建筑物，从而统计出该区域的总面积、总建筑面积，同时可以分析得到建筑密度和容积率指标信息。

4 结 语

在Esri CityEngine平台下，基于规则(CGA)的三维快速建模方法，通过规则能调用GIS数据中属性数据，进行程序批量快速建模，很好地利用了现有的二维GIS数据，同时提高了大范围城市三维建模的效率，为大场景三维快速建模提供了一种新的方法。

[1] 曹晶,邵远征,张煜,等．大范围地形及城市三维快速建模与漫游[J]．长江科学院院报,2008(4):40-43

[2] 贾建华,张艮龙．巷道三维显示自动建模新方法[J]．西安科技大学学报,2010(6):716-719

[3] 郭烨旻．应用粒子系统构建云雾模型[J]．长春师范学院学报,2012(12):26-28

[4] 徐汝坤,甘鑫平．CityEngine精英培训班扩展学习参考手册[EB/OL]． http://wenku．baidu．com/link?url=v2XfFaRwoa3bmLHtz_qg5PJ2Bk0UuE9oxgIRbAEGAr33xdrN2ZvcP8gURwfrqv xn5qUGFnTmXDYBQQo7ZqFcohnqs25hEMAsZLjQvzAc My,2014-09-20

[5] 喻铮铮,胡圣武．河南理工大学新校区的数字校园建设[J]．测绘与空间地理信息,2006(2):99-102

[6] 孙琳．合肥市包河区道路绿化现状及发展对策研究[D]．合肥:安徽农业大学,2013

[7] 王亮．基于SkyLine城市三维景观重建与应用研究[D]．赣州:江西理工大学,2012

[8] 陈引川,王青山．基于CityGML的城市建筑物三维建模研究[J]．北京测绘,2011(3):8-10

P208

B

1672-4623（2016）02-0039-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.014

谢衍忆，正高职高级工程师，国家特许注册测绘师，研究方向为测绘工程、城市规划。

2014-10-29。

项目来源：江西省科学技术厅重点资助项目（2014BBA10015）。