基于Alatu earth的城市街景仿真輔助審查應用研究

王芬旗，廖佳，王苑楠，朱秋曄

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315041)

基于Alatu earth的城市街景仿真輔助審查應用研究

王芬旗?，廖佳，王苑楠，朱秋曄

(寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315041)

介紹了城市仿真技術發展應用情況及意義和Alatu earth在城市仿真領域的應用情況。結合Alatu earth平臺軟件的特點，以寧波“百丈路－聯豐路城市街景仿真輔助審查平臺”的建設為例，介紹三維仿真技術在設計方案輔助審查方面的應用及平臺建設關鍵技術。

三維仿真；城市街景；輔助審查

1 引 言

虛擬現實(Virtual Reality)是把存在或不存在的事物，運用計算機技術，生成一個集視覺、聽覺于一體的虛擬環境的技術。用戶通過一定的界面設備融入這個環境，在其中漫游，并和這個環境中的物體以及人物進行交互。虛擬現實技術主要有多感知性、浸沒感、交互性、構想性等特征。城市仿真(UrbanSimulation)是虛擬現實技術應用于城市的一種視覺仿真(VisualSimulation VisSim)。

寧波市百丈路－聯豐路街景改造，可突出寧波城市精華，挖掘文化內涵，塑造城市特色，提高城市品質和城市綜合競爭力，對發展商貿、旅游、文化產業，改善人居環境，提高生活水平，建設和諧社會有重要作用，所以街景改造是一個紛繁復雜且舉足輕重的工程。但值得一提的是，傳統的街景規劃與設計是通過規劃設計平面圖、效果圖、沙盤模型來展示規劃設計成果的，這些手段在某種程度上只能算是對設計方案的“包裝”技術，其共同點是缺乏對方案的動態模擬、反復推敲、智能分析。通過“城市街景仿真輔助審查系統”能將各種方案定位于虛擬的三維現實環境中，用動態交互的方式對其進行全方位的審視，評價其對現實環境的影響，并可在虛擬的設計環境中感知空間設計的合理性，降低設計成本并縮短設計時間。

三維仿真輔助審查是建設單位通過城市仿真平臺，將擬建的建(構)筑物及其他設施的位置、高度、外觀、空間形態等要素通過數據處理，建立三維仿真模型，從而直觀真實地展示設計方案的一項新的技術成果形式，是推進建設工程設計方案科學審查的有效手段。目前試行三維仿真輔助審查的基礎條件已較為完備，城市仿真平臺已投入應用，三維數字地圖已納入基礎范疇，相關技術規程已發布。

2 國內外應用現狀

2.1 國外應用現狀

自上世紀80年代末以來，空間信息三維可視化技術一直是業界的研究熱點，尤其是近幾年，國內外相關技術的研究呈現出了前所未有壯麗情景。國內外科研機構和企業紛紛認準了三維空間技術的良好發展勢頭，進行了跨學科、跨領域合作研究和三維技術攻關，研發了一批各具特色的優秀產品。美國率先推出了備受認可的 Google Earth、Skyline、Virtual Earth、World Wind、ArcGIS Explorer等軟件。

2.2 國外應用成功案例

最為著名的城市仿真項目是虛擬洛杉磯(Virtual Angeles)，它是美國加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCIA)始于1994年的一個科研與運用相結合的項目，計劃覆蓋面積超過1萬平方英里(25 900 km2)今城市仿真系統中最成功最為復雜的系統。視景包括從洛杉磯盆地的衛星影像到街道景觀，精確到植物、建筑物的窗口、外墻的紋理等。其中洛杉磯大學醫院的仿真詳細到可以對建筑內部的每一個層面進行漫游，用鼠標點擊墻面或天花板就能得到平面設計圖及相應的屬性數據，實現了在仿真中對GIS、CAD及對象屬性的實時查詢。該系統作為城市規劃和建設的重要手段，在加州Pico Union區地震破壞的重建中得到應用。設計人員通過仿真模型和地理信息數據來確定毀壞的建筑物數量以及需要改造的街道、綠地、房屋等，對重建城區進行規劃設計，再將新數據存入該系統，實現了信息系統的良性循環。

2.3 國內應用現狀

近些年，由于政府對空間信息產業的重視，加大投入以及優秀人才的參與，國內空間信息技術取得了長足的進步。國內企業順勢推出的EV－Globe、GeoGlobe等優秀產品，雖然起步較晚，產品結構框架還不太完整，在海量數據處理能力、三維建模、三維分析、跨平臺通信、二次開發支持等方面，相比國外軟件也有一定的差距。但是，國產軟件基于國內客戶需求而研發的先天性，提供的空間信息化解決方案可能更適合國內客戶；再者，國產三維地理信息軟件具有更高的安全性，不僅適合國內大型企業、單位應用，而且能更方便地為各行業的特定需求開發提供底層技術支持，擴展性能更為強大；此外，國產三維軟件在海量數據的快速瀏覽、矢量數據的查詢和分析等功能方面也逐步增強，甚至顯現出優于國外軟件的趨勢。另外，較高的性價比也是國產軟件最為明顯的優勢之一。

3 三維仿真技術輔助審查應用分析

3.1 Alatu earth平臺功能簡介及應用情況

(1)Alatu earth平臺功能簡介

Alatu earth提供海量三維數據的瀏覽和管理，在全球、城市、街區、室內進行連續、實時和平滑瀏覽，支持運動物體，模擬飛機、汽車、輪船等多種方式進行場景瀏覽，模擬真人在場景中走、跑、跳等，模擬真實視角直觀分析。

圖1 同視角聯動觀察

Alatu earth還提供圖層、場景控制、同視角關聯功能，目前可將IE瀏覽器拆分為兩個窗口，可用于兩方案的聯動觀察。在虛擬環境中同視角關聯，通過人視、頂視等各個角度和高度對設計方案模型與現狀模型進行同步觀察，可以方便設計者發現方案的缺陷。同時更加關注設計方案的形態、色彩、空間關系等要素，可以幫助決策者選擇最適合的方案。通過三維仿真，將規劃設想與現狀建設情況加以糅合，形成虛擬現實的直觀判斷，通過多方案比較最終選取了與現狀情況結合最好，各方綜合效益能達成綜合平衡的方案加以深化。設計方案模型與現狀模型的同視角聯動觀察實例如圖1所示。

(2)Alatu earth平臺應用情況

寧波市測繪設計研究院已將Alatu earth平臺應用于溫州濱海區、慈溪市、寧海縣、鄞州區中心城區等地的三維數字地圖建設；同時已將Alatu earth平臺應用于城市仿真輔助審查系統的建設，如百丈路－聯豐路城市街景輔助審查系統的建設。

3.2 城市街景仿真輔助審查的意義

虛擬現實技術能為創建和體驗城市街景提供強有力的支持。通過在計算機上建立的虛擬城市街景系統，設計者可以構建多種視角身臨其境地感受設計方案:在虛擬街景上漫步，步移景異；或驅車在街道上飛馳，感受城市的輪廓線；甚至飛過城市的上空，俯瞰全城，還可觀察城市的天際線。

街景是以建筑為硬環境，綠化為軟環境，道路為景觀網絡，小品為景觀節點，需多方考慮、各專業人員協同設計。街景改造的進行要以人為本，注重布局，強調細節，因地制宜。“城市街景仿真輔助審查系統”的信息高度集成，將不同的建筑手法、綠化立意、道路景觀、材質肌理、小品特色等有機的整合在一起。決策者在系統中，可以真實的看到街景設計方案的效果，把握街景改造對整個城市形態的改變。在漫游過程中對建筑、環境、道路、廣場等設計要素進行推敲和方案調整。這一切都是在人們習慣的三維空間中實時實現的，沉浸在創作中的設計者其思維將不再被長時間的等待所打斷，創造力和靈感也將被激發。三維仿真技術形象直觀，為專業人士和非專業人士之間提供了溝通的渠道，公眾也可以查詢方案設計成果，本著公眾參與的原則，他們甚至可以就方案設計提出建議，在街景整治中形成一個反饋機制，有效地幫助有關部門進行決策。

4 三維仿真輔助審查平臺建設關鍵技術

4.1 城市地理模型

城市地理模型指城市建筑、道路、水系、橋梁、植被、小品等精細模型。大量城市地理模型的實景模型真實的反應了街道兩邊的建筑景觀。三維模型基底位置與1∶500數字線劃圖平面位置保持同精度，即一類地物點平面中誤差不大于±5 cm，模型上其他特征點利用全數字攝影測量系統采集的矢量數據制作，其平面定位精度點位中誤差不大于±25 cm，高程精度以原始立體像對采集的矢量線精度為準，高程中誤差不大于±30 cm。建成實例如圖2所示。

圖2 城市地理模型

4.2 建筑體塊模型

建筑體塊模型利用1∶500和1∶1 000兩種比例尺數字地形圖建成，地形圖數據的平面坐標采用寧波市獨立坐標系，高程采用1985國家高程基準，1∶500和1∶1 000數字地形圖中的建筑位置平面中誤差分別不超過7.5 cm和12 cm，建筑體塊模型數據庫平面精度保持與源數據庫一致。建筑體塊模型的高度取建筑層數與固定層高3m的乘積，能大體反映建筑的體量，并且可總體反映百丈路－聯豐路街道兩側建筑分布情況。建成實例如圖3所示。

圖3 建筑體塊模型

4.3 地形地貌模型

主要利用數字高程模型和數字正射影像生成，采用1∶50 000、1∶10 000、1∶2 000三種比例尺 DEM和DOM數據，平面坐標系采用寧波市獨立坐標系，高程系統采用1985國家高程基準，其具體指標如表1所示。

不同尺度三維地形地貌模型的數據指標 表1

地形地貌數據庫可以展現真實的三維地理環境，建成實例如圖4所示。

圖4 地形地貌模型

4.4 設計方案模型

設計方案模型包括了建筑、植被、小品等設計方案的精細模型。筆者在街景改造方案CAD平面圖的基礎上，運用3ds Max建立起三維街景模型，主要包括道路、橋梁、公交綜合體、城市小品、行樹、路燈、路牌、指示牌、公共設施等精細模型，根據方案圖和設計要求設計出貼圖紋理，對方案模型進行貼圖，然后再進行模型的光影烘焙，以達到逼真的效果。城市街景仿真展示如圖5所示。

圖5 設計方案模型

5 結 語

虛擬現實技術作為城市規劃和設計的新方法，在國內已得到一定的應用。雖與國外某些發達國家相比還有一定的差距，但已引起我國政府有關部門的高度重視。未來的城市仿真技術主要的發展動向是城市規劃、建筑設計、城市景觀設計等。故在吸取國外先進經驗的同時，結合中國具體國情和政策，做出更多精品三維仿真輔助審查系統。

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Esri中國用戶大會召開 理解世界 分享價值

(本刊訊)2011年3月，地理信息產業寫入政府報告，半年后國家測繪局更名為國家測繪地理信息局，中國地理信息產業進入飛躍期，預計未來10年，地理信息產業總產值將保持25%以上的年均增長率，到2020年形成一萬億元的年產值，是2010年產業總產值1000億的10倍。

2011年9月27日，主題為“GIS——Understanding Our World”(GIS，理解我們的世界)的第九屆Esri中國用戶大會在北京國際會議中心召開。這是Esri規模僅次于全球用戶大會的盛會。國家測繪地理信息局副局長李朋德、國家基礎地理信息中心主任李志剛、國際歐亞科學院院士何建邦等領導和專家以及近6000名國內地理信息產業管理、科研、開發、應用工作者匯聚一堂，共同探討GIS技術發展方向，分享GIS應用經驗。

國家測繪地理信息局副局長李朋德在開幕式上表示:“地理信息涉及國家安全，涉及產業發展，涉及社會穩定，各行各業都需要地理信息的支撐。國家測繪地理信息局為此也擬定了今后五年甚至更遠時間的新戰略，即:構建‘數字中國’、監測地理國情、發展壯大產業，建設測繪強國。這新的二十四字方針，指明了今后地理信息產業的發展方向。這期間，期望有更多的優秀企業提供更多、更好的服務。”

Esri中國(北京)有限公司總裁何寧向與會者介紹了ArcGIS在西安世園會、深圳大運會等重大社會活動中的應用，以及地理信息應急快速制圖系統、有害生物監測預警GIS系統、長城資源信息系統等數十個國家級和省級重點項目的實施成果。同時，他宣布由戰略合作伙伴北京捷泰科技有限公司創建的ArcGISOnline.cn正式上線。這是面向中國用戶的一站式GIS應用環境和免費在線地圖服務。該服務基于Esri云GIS技術架構搭建而成，依托豐富充實的數據源，向中國GIS用戶提供多版本的在線中國地圖和多種專業應用服務。同時，全球GIS用戶也可以在ArcGIS.com的云環境中調用該地圖服務，使用符合中國規范的地理數據。

據Esri中國(北京)有限公司CTO王昊先生介紹，Esri是全球迄今為止唯一一家在Internet上提供真正云GIS服務的公司。在全球范圍內，Esri與亞馬遜、IBM、微軟、思科等建立了戰略合作伙伴關系，并進行了深入的技術合作與整合，使得Esri在云GIS技術及其產品化方面，始終引領著世界GIS潮流。當前，Esri已將公有云GIS、私有云GIS以及面向企業和組織機構的云GIS解決方案云＋端落地；Esri正在與國家級的多個超級計算中心合作，進行產品級云GIS部署測試，進展順利。

本屆大會還舉辦了數十場技術講座，包括云計算、Web和移動端、遙感技術與應用、ArcGIS三維等前沿技術，詳細精彩的行業研討更是覆蓋了諸多行業，如:測繪、環保、氣象、交通、石油、水利、數字城市等。此外，還有炫彩的動手體驗區，用戶可以在獲悉最新技術熱點的同時，與業界同行面對面交流，互相學習，溝通經驗，“分享地理價值”。

(Esri中國(北京)有限公司 劉娟供稿)

Research on Aided Censoring Application of Urban Street Scenery Simulation Based on Alatu Earth System

Wang Fenqi，Liao Jia，Wang Yuannan，Zhu Qiuye
(NingBo Design Research Institute of Surveying and Mapping，NingBo 315041，China)

This paper introduces city simulation technology development and significance，and the application of Alatu Earth System in the field of urban simulation.Combined with the characteristics of Alatu earth System，the application of 3d simulation technology in design aided censoring and key technology of platform construction are described to ningbo Baizhang road－Lianfeng road city street scenery simulation as an example.

3d simulation；Urban street scenery；Aided censoring

2011—03—23

王芬旗(1984—)，男，助理工程師，主要從事三維仿真的制作及應用工作。

1672－8262(2011)05－24－04

P208.2，TP391.98

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