三维GIS辅助城市规划综述.doc

三维GIS辅助城市规划的综述 　　[摘要]通过对三维GIS数据获取及可视化的综述，阐明运用三维GIS辅助城市规划将是今后的发展趋势。 　　[关键词]三维GIS 可视化 城市规划 　　中图分类号：TU98 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0920118－01 　　 　　在当前的城市规划设计、管理、编制、审批过程中，设计人员需要借助三维GIS手段，通过将规划方案直观地展现出来，帮助规划设计与规划管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审，并为广大群众的积极参与提供信息平台。 　　 　　一、现代三维空间数据获取的主要特征 　　 　　集成一体化；实时化；动态化；数字化；自动化；智能化。 　　 　　二、空间信息的三维建模 　　 　　（一）LOD模型（层次细节度）。所谓LOD(levels of detail，LOD)模型，是指对同一个场景中的物体采用具有不同细节水平(或称精细程度)的一系列模型。其实现方法如下： 　　1．为物体建造一组详细程度不同的模型。将一组LOD模型根据细节的详细程度从多到少进行排序，并用序列号(1，2，…，n)给以标识(图1)。 　　 　　2．立体模型与视距间的关系约定。通过计算视点与目标点间的距离求出目标的视距，为每一个被观察目标建立一组有关视距的阈值，用阈值把视距划分为不同的视距段。 　　（二）多分辨率建模方法。根据不同细节层次建模需要，可以分别采用以下不同的数据源和建模策略重建三维场景模型。 　　1．根据DEM重建逼真的地形表面形态，通过叠加正射影像数据生成真实感很强的虚拟景观。2．直接使用CAD、3DS、3DMAX等设计数据，逼真表示规划设计成果的精细结构和材质特征；这种方法可以达到较高水平的细节程度，不仅能表示目标外观，而且还能充分展现目标的内部形态。3．利用摄影测量、激光扫描或其他地面测量手段采集的三维编码数据和实际影像纹理逼真表示建筑景观的现状；该方法一般不表示实体内部特征，根据不同分辨率的图像可以达到各种细节水平，广泛用于大范围场景模型的快速重建。 　　 　　三、城市三维景观模型的可视化 　　 　　可视化(Visualization)的概念有着极丰富的含义，所有从不可视信息到可视信息的转化问题都应该属于广义上的可视化问题。 　　（一）纹理的提取与贴合。在3D城市模型上叠加影像数据对于模型的逼真显示具有十分重要的意义，其中正射影像图是影像数据的一个重要来源。根据TIN模型中的三角形或GRID模型中的格网在影像图上的扫描坐标可以得到三角形或格网的最小外接矩形，从而可以取得该矩形内影像的灰度值或RGB值。 　　（二）可见点的判别和保存。显而易见：显示在计算机屏幕上的3D模型上的像点(x，y)和3D模型的大地坐标(X，Y，Z)不是一一对应关系。因此，必须确定鼠标点捕捉到的2D屏幕坐标所对应的唯一可见的3D大地坐标才能进行正确的空间分析和查询操作。可见点的判别方法如下：设I2是欧氏平面上的整数集。R3是3维欧氏空间上的实数集，则子集P(计算机屏幕空间) #8834;I2和T(地面3维空间) #8834;R3 ；若P与T间存在映射关系f，则表示为f：T→P。对于任意元素p∈P#8834;I2及t∈T#8834;R3，若满足f(t→p)下，有t( t1, t2,…，tk)k=2。则P与模型上多个点(X, Y, Z)对应。 　　 若有元素tm,tm∈t,tm=(Xm,Ym,Zm)，使||tm-E||=min，则tm为多个点中唯一的可见点(E为视点的位置)。在显示3D模型时对每一个3D点用此种方法进行判别可以确定屏幕2D(x,y)点对应的3D(X,Y,Z)信息。根据3D点的信息可得到其对应的属性信息(地形点或建筑物点)，从而保存该2D点对应的属性信息(z坐标或建筑物的ID号)。 　　（三）三维可视化原理。现实世界中的事物都处于一个三维空间中，而可视化的表达媒介却是一个二维平面，三维可视化的过程就是把现实世界中的三维对象显示到二维的输出设备上。把现实世界中的三维对象映射到二维的计算机屏幕上需要四个步骤：1. 确定对目标的观察点，如同现实中将相机对准需要拍摄的目标，该过程称为实景变换；2. 确定目标本身的姿态，如同对拍摄对象进行定位，该过程称为模型变换；3. 将三维目标投影到二维平面上，如同选择相机镜头并调整焦距，将景物记录在底片上，该过程称为投影变换；4. 将二维的目标放大，如同冲洗底片，该过程称为视口变换。在上述四种变换中会涉及到多个坐标系统之间的转换。视景变换需要建立观察坐标系，模型本身处于模型坐标系中，最终二维显示要落在屏幕坐标系中，这些坐标系各不相同，每次变换都会产生一个旋转矩阵。该变换过程可形式化描述为：V=M1×M2×V