基于OSG的城市三维信息服务平台的设计

白 冰，陈绍茹

(兴天通讯技术有限公司，天津 301700)

基于OSG的城市三维信息服务平台的设计

白 冰，陈绍茹

(兴天通讯技术有限公司，天津 301700)

针对城市地形地貌以及建筑建设复杂化的发展，广泛应用的二维平面图形化建模已无法为用户提供更为真实化的虚拟城市环境的问题，提出了基于OSG的城市三维信息服务平台的设计。该系统在基于OSG引擎下，运用城市三维GIS 技术，将现实中的城市真实地形进行数字化三维模拟，使用户能身临其境的对真实化的城市景观有更加直观的感触，为城市现代化的建设提供了较好的信息，在未来的发展中有较强的实用价值。

OSG引擎；三维GIS；服务平台

随着城市规划以及环境绿化趋向大规模化，由此给城市规划者带来了较大的压力。为了解决这一难题，研究者都在突破原有的二维城市平面图形设计，研究能够带来城市立体直观感受的三维可视化[1]信息服务平台。将现实城市虚拟化和数字化[2]称为城市三维可视化技术，该技术在狭义上指的是，将原有城市的位置信息和相互关系展现在三维信息系统中；广义上讲的是综合运用信息处理技术和城市规划理念，充分利用各种资源来设计城市的三维信息服务平台系统。

该系统的设计，可在信息服务平台上直观的展示城市景观和周围的环境，从而在虚拟化的系统平台中可真实地观察城市模型。在城市的三维信息服务平台系统的设计中，有导航功能的设置，点击导航[3]，输入需要查看的地点，就能在该三维虚拟化图形中获取身临其境的场景感。城市三维虚拟图形化系统的研究为城市的整体规划做出了宣传，提高了人们对城市整体的认知度，同时为城市规划者在进行城市整体规划时提供了一个强有力的工具。

1 城市三维信息服务平台的设计

城市三维信息服务平台的设计目标是创建一个实时仿真环境，在该信息服务平台中能将现实城市化环境虚拟再现，通过该系统平台的设计使得用户能方便的获取城市各方位场景，从而给使用者造成身临其境的感觉。

1.1 系统设计目标

本文对城市三维信息服务平台的设计应达到对现实城市中的建筑，花草等物均可在经过抽象的三维建模之后，运用色彩、形态、纹理等技术逼真化处理[4]，其设计目标如下：(1)该系统服务平台的界面设计要以简单化为主，由此在显示城市建筑及环境时对比才会更加清晰明了；(2)为了达到虚拟物体真实化的要求，物体的表面纹理以及色彩均要具有良好的真实感；(3)为了满足用户强烈的真实感，系统服务平台在设计系统的立体感时必须强烈；(4)为了满足用户能在系统中较好地进行漫游，必须要具有人机交互设置；(5)为了能够清楚的定位到具体目的地的设计，系统平台中需要有导航模块的设置。

1.2 基本开发方案

城市三维信息服务平台可视化的设计方案如图1所示，该系统的设计主要有建立模型、导入模型、场景渲染和浏览场景4部分组成。首先要建立一个包括城市建筑，花草树木等的虚拟化环境，然后将设计好的虚拟环境导入到开发工具，最后按照目标进行虚拟化场景的可视化。

图1 系统结构图

1.3 系统平台开发环境

1.3.1 三维建模软件 3ds Max

3ds Max[5]三维建模软件是目前使用最多的三维图形设计软件，该软件主要被用于三维动画和VR建模中，在本文中城市建筑物及周围各种环境的虚拟化模型的建立均需要依赖于该软件。其具有高效方便的特点，被作为三维建模工具的首选软件。如图2所示为3ds Max工作界面图。

图2 3ds Max工作界面

1.3.2 OSG开发工具

OpenSceneGraph(OSG)被用在高层次图形开发API[6]接口中，能够达到三维渲染的目的。OSG的使用能更加快速便捷的实现交互式图形程序。作为一款功能强大，应用性强的虚拟仿真软件，已被广泛应用在计算机，科学以及工程中的各个领域。文中，对于场景的生成和控制技术的实现便需要通过OSG开发工具来生成。

1.3.3 Visual C++开发环境

Visual C++开发环境[7]集众多工具与一体，这些工具依赖于Windows而运行，本文应用该开发工具的目的在于开发自身在系统设计中拥有的特殊功能，这些功能的搭建和实现均可运用Visual C++开发工具轻易的实现。

2 系统总体设计及三维建模

2.1 系统架构设计

如图3所示为三维服务系统的平台架构设计图，从上到下分别为数据层设计、服务层设计、客服层设计等三层架构。数据层中包括了地形数据，模型数据和其他数据类型，该数据的存储方式决定了本文要采用PostgreSQL( POSTGIS)[8]数据库进行存储。服务层中主要包括了地形服务器、模型服务器以及其他服务器。该服务器的主要功能是发布来自数据层的数据资源，本文基于数据的存储形式决定采用City3D 的服务器 Cit-y3D Server来搭建三维服务信息平台的设计。客户层既是客户端，该客户端主要功能是为用户展现三维信息，三维信息的建模工具以及海量地形的展现。

图3 City3D 三层架构

2.2 地形及景观的三维建模

2.2.1 三维地形

本文运用VPB[9]工具进行三维地形的建模，在VPB中有DOM和DEM功能，该功能可将三维地形快速分解成块和层的结构，并经过VPB的分解会生成IVE格式的三维地形模型，该模型的建立是为能够在OSG场景中进行预览和漫游打下基础，VPB还能支持多线程功能，在CPU中合理支配资源，从而大幅提高了三维地形建模的效率。

2.2.2 建筑模型和部件模型

建筑模型和部件模型的建立[10]依赖于人工完成，将人工处理好的建筑模型和部件模型导入到3dsMax中，然后逐个调整每个部件和建筑模型的位置及方向，使得模型的处理结果能真实反映现实中物体的方位，给用户营造一个真实的虚拟环境。

2.2.3 地下管网模型

通常在进行官网模型的建立时采用3ds Max SDK[12]技术，该技术能开发自动建模插件，该插件能提取网管的材质、尺寸及埋设方式等信息，如图4所示为地下网管自动建模插件图。

图4 地下管网自动建模插件

3 系统实现

本文设计的三维信息服务平台的主要功能是为了实现三维浏览、场景漫游和信息查询等。如图5所示为GIS系统的界面图[13]，在该功能界面中可对建筑物模型进行放大，缩小图层观察等操作。

图5 城市三维 GIS 系统的界面

图6所示为场景漫游中的飞行漫游方式，在该模型中用户可自行设置飞行高度、飞行场地等条件，从而可以在虚拟环境中游览整个城市面貌。

图6 飞行漫游

图7为管线的查询及定位图，在该图中根据参数可查询到管线的具体位置，便于在实践中对管线进行操作。

图7 管线查询及定位

4 结束语

本文采用OSG技术进行三维服务信息平台的设计，从系统架构的设计到模型及位置的建立，为三维信息服务平台的设计提供了一整套完整的思路。该系统的设计突破了传统二维信息服务平台的设计，能够为城市规划者带来城市立体直观感受的三维可视化信息服务平台，从而为城市生态化和城市信息化的发展提供方向。

[1] 朱庆,林珲.数码城市地理信息系统:虚拟城市环境中的三维城市模型初探[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

[2] Zlatanov,Rahman.Topological models and frameworksfor 3D spatial objects[J].Computers & Geosciences,2003,30(4):419-428.

[3] 赵驼.基于Skyline的三维景观系统的构建[D].哈尔滨:东北林业大学,2013.

[4] 黄汉亲.基于OSG的虚拟校园漫游系统设计与实现[D].桂林:广西师范大学,2014.

[5] 李新放,刘海行,周林,等.基于openSceneGraph的海洋环境三维可视化系统研究[J].海洋科学,2012,36(1):54-58.

[6] 廉光伟.基于OSG的三维地籍信息系统设计与实现[J].城市勘测,2011(5):32-34.

[7] 李玮.基于OSG的战场态势三维可视化研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2014.

[8] 杨炳祥.实时三维漫游系统中关键技术研究与实现[D].西安:西安电子科技大学,2009.

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Design of City 3D Information Service Platform Based on OSG

BAI Bing，CHEN Shaoru

(Xingtian Communication Technology Co., Ltd., Tianjin 301700, China)

Due to the complexity of the development of city landform and building construction, the two-dimensional graphical modeling application fails to provide a more realistic virtual city environment problems for users. We put forward a 3D city information service platform based on the OSG engine to achieve the 3D digital simulation of the city real terrain, offering the user real feeling of the landscape and providing intuitive information for the construction of the modernization of the city.

OSG engine; 3D GIS; service platform

2016- 11- 03

白冰(1982-)，男，本科。研究方向：信息通信。陈绍茹(1988-)，女，硕士。研究方向：控制科学。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.05.046

TP391

A

1007-7820(2017)05-169-03