探究城市三維信息系統的實現方法

摘 要：隨著科學技術的逐漸發展，我們已經進入到一個全方位的信息化時代。在原來基于二維地理信息系統的基礎上建立城市三維信息系統，不但可以實現之前二維地理信息系統本身所具有的整體性和宏觀性，還可以實現三維信息系統所具有的現實性和直觀性，兩者進行互補，有效的實現了城市實體對象的三維可視化。本文就對城市三維信息系統的實現方法進行簡單分析。

關鍵詞：城市三維信息系統 城市二維地理信息系統 空間信息 空間數據模型

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0003-01

隨著科學技術的逐漸發展，我們已經進入到一個全方位的信息化時代。城市作為作為國民建設的主題，也逐漸向信息化邁進。城市信息化系統已在我國各大、中城市開展，以為城市人文信息和經濟都和城市的地理空間具有密切的聯系，所以城市信息系統的實現也多把城市空間數據基礎設施作為基礎。目前人們已經可以計算機可視化以及虛擬現實技術，來對城市三維空間目標采用三維空間數據進行表達，并實現可視化表達。

1 城市三維信息系統出現的必然性

一開始人們對空間的再現是基于二維平面—— 地圖的方式進行的，經過歷史的不斷發展，地圖功能也得到了不斷的完善，在人們改造世界的過程中也發揮了巨大的作用，但是隨著計算機的出現，人們逐漸認識到，把三維空間信息轉變成為地圖這一二維平面信息，致使了大量信息的丟失，基于二維的表現方法本身就具有一定的局限性。為了能夠更好的表達空間，城市三維信息系統也就應運而生了。三維信息系統可以把地理空間現象利用立體造型技術進行再現，不但可以準確的表達出空間對象之間的平面關系，還可以把他們之間的立體關系表現出來，給人們一個更為真實的感受。另外三維虛擬信息系統對于空間對象的再現，也為一些非專業的地圖、地理研究人員提供了一個對現實世界進行再現的方式[1]。

2 城市三維數據模型

城市空間數據主要有三種類型：一種是地上的三維對象，有房屋、樹木、橋梁、電線等；第二種是地面上的三維目標，有花園、水體、草地以及道路等；第三種是地下的三維空間對象，有隧道、地鐵以及管網等。三維數據模型對于地上三維點對象是采用三維符號進行表達的；三維線對象是采用的是線狀符號或者實測形狀和紋理進行表達的；三維面對象采用的是紋理表達；三維體對象一般采用的是表面結構表達法。地面上的三維對象可以說都是立體的，只不過他們和地面緊密的連接在一起，目前三維數模模型主要采用的表達方式是利用地面高程模型來表達出地面的起伏，利用數字正射影像來表達地面的紋理。地下的三維空間目標和地面上的沒有特別大的區別，表達方式也相同。綜上所述，為了能夠在空間數據庫中對以上三維目標進行有效管理，可以將以上幾類三維目標建立一個統一的數據模型。圖1即為一個城市的空間數據模型。三維空間數據模型主要有線框模型、實體模型以及表面模型，其中表面模型可以把物體的各個面之間的位置關系都表達出來，以此進行消隱操作，另外還可以加上各面的指定材質，經過一定的渲染，其表達物體的實際效果會更加真實[2]。

3 城市三維信息的可視化表達

城市三維目標的不同，可視化表達方式也不同，例如關于城市建筑的可視化表達的重要地方是三維空間對象的數據結構，三維點對象的構成是一對三維坐標{X，Y，Z}；三維線對象的構成是一組三維坐標{X1，Y1，Z1}，{X2，Y2，Z2}……{Xn，Yn，Zn}；三維面對像的構成是兩個集合：邊界點集合和內部點集合；三維體對象的構成是三維坐標空間里的一個簡單幾何物體，比如一個房屋也就是有若干個底面和墻面共同構成的；三維體對象的構成也就是N個具有相同特性幾何對象的幾何。城市地下管網的可視化表達方法是：把其作為一個三維線狀目標，對每一條管線的三維坐標和屬性進行記錄；然后在數據庫中對每一條管線的信息進行可視化表達，其中管線肯定會出現一些彎曲地方，所以可以把管線分成兩部分進行細化處理：直管和連接直管的接口；利用相應函數對管線位置以及走向進行表示，利用管徑和空間內的任意兩個點，來生成三維管線，把相鄰的四個點構成一個矩形，圓柱表面則就是N個矩形構成的，建立模型；這時OpenGL會提供一系列光照模型的庫函數，就可以建立光照模型了，其中光照模型主要是由漫射光、鏡面反射光以及環境光等組成的，還可以對光線的衰減進行控制，以實現更為真實的光源效果，這樣可以提高三維場景的真實性，在管線上貼上相應的紋理，其表達效果會更加的逼真。

4 結語

城市三維信息系統的實現，使城市規劃部門以及相關的管理部門對靜態、二維管理模式進行了成功的擺脫，實現了在具有立體視圖的虛擬環境中進行有效管理的目標，不但可以對城市的相關規劃進程進行準確把握[3]，還可以對其進行實時更新，更有助于進行城市建設、景觀規劃、公安消防、以及科學、規范、高效的信息化管理，以便為社會個大眾提供更為準確的空間地理信息和更優質的服務，對城市信息化進程具有一定的推動作用。

參考文獻

[1] 劉東琴，徐文中，林宗堅.城市空間二維信息系統與三維虛擬場景一體化研究與應用—— BDA城市三維信息系統的設計與實現[J].測繪科學，2007，32（1）：20-23.

[2] 王旭.基于GIS空間數據模型的城市三維可視化系統設計與實現[D].碩士學位論文，北京工業大學，軟件工程專業，2008，12.

[3] 龐前聰，呂毅，程俊虎.城市三維動態規劃信息系統建設研究[J].經濟師，2004（9）：60-62.