基于AnGeo平臺(tái)的二三維數(shù)據(jù)可視化實(shí)踐

宋奇鴻

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

基于AnGeo平臺(tái)的二三維數(shù)據(jù)可視化實(shí)踐

宋奇鴻?

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

簡(jiǎn)要介紹了城市規(guī)劃三維報(bào)建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和主要流程，并基于AnGeo平臺(tái)闡述了三維數(shù)據(jù)的可視化過(guò)程及基本原理，介紹了通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)接地和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的二、三維報(bào)建數(shù)據(jù)可視化實(shí)踐。最后結(jié)合廣州市六十六中學(xué)的實(shí)例簡(jiǎn)要展示了AnGeo的二三維聯(lián)動(dòng)等規(guī)劃管理方面的空間分析功能，對(duì)城市建設(shè)的三維仿真管理提供了一定借鑒意義。

可視化；數(shù)據(jù)編譯；網(wǎng)絡(luò)發(fā)布；AnGeo

1 引 言

基于三庫(kù)(模型、影像、DEM)一體化的實(shí)時(shí)3D可視化技術(shù)發(fā)展非常迅速，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)GIS環(huán)境下的三維模型和三維地形的讀取、漫游、信息查詢、剖面分析等空間分析功能已日臻成熟。而伴隨著B/S(瀏覽器/服務(wù)器)體系的流行，瀏覽器已經(jīng)成為客戶端使用最廣泛、用戶最容易接受和使用，與服務(wù)器交互最頻繁的軟件之一[1]。

通過(guò)結(jié)合三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)三維發(fā)布技術(shù)，可以再現(xiàn)城市地理環(huán)境的真實(shí)情況，把所有管理對(duì)象都置于一個(gè)虛擬的城市三維世界里，這種“所見即所得”的方式大大支持了其在城市規(guī)劃管理審批系統(tǒng)中的應(yīng)用。

AnGeo平臺(tái)系統(tǒng)是高德軟件公司在地理信息三維應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的一款三維GIS軟件，核心組件包括Terrain-Builder和ModelBuilder兩部分，分別用于影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)的處理。平臺(tái)采用B/S三層體系結(jié)構(gòu)，即客戶端(瀏覽器)、數(shù)據(jù)服務(wù)器和充當(dāng)兩者之間聯(lián)系紐帶的應(yīng)用服務(wù)器，在海量三維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示、二三維一體化和高性能的空間分析功能等方面都較為成功[2]。

2 規(guī)劃報(bào)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

三維報(bào)建主要流程如圖1所示。

規(guī)劃報(bào)建數(shù)據(jù)由于需要高精度的真實(shí)再現(xiàn)實(shí)地信息，并基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)擬建建筑進(jìn)行系列空間分析以及虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)分析，因而主要應(yīng)包括兩個(gè)部分，一是二維數(shù)據(jù)，包括規(guī)劃部門審批的用地紅線圖，建設(shè)單位提供的電子報(bào)建圖(平面、立面和剖面)——用于放線方案定制和準(zhǔn)現(xiàn)狀模型建立，和實(shí)地?cái)?shù)字化測(cè)圖得到的1∶500現(xiàn)狀地形圖——用于現(xiàn)狀模型的建立以及3DGIS中的控高、陰影等空間分析；二是三維數(shù)據(jù)，包括DEM、DOM數(shù)據(jù)——用于三維地形建立，和不同設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)現(xiàn)狀模型——用于多方案對(duì)比分析等[3]。

圖1 三維報(bào)建主要業(yè)務(wù)流程

AnGeo平臺(tái)出于對(duì)數(shù)據(jù)安全性的考慮，在實(shí)現(xiàn)二、三維數(shù)據(jù)可視化的過(guò)程中定義了固有的運(yùn)行數(shù)據(jù)格式。DEM和DOM數(shù)據(jù)分別采用ASCIIGrid(?.asc)格式和TIFF(?.tif)格式，覆蓋報(bào)建施工的全范圍，來(lái)源于市規(guī)劃局地理信息庫(kù)；Vector數(shù)據(jù)采用shp或dwg格式，如用地紅線等；Model數(shù)據(jù)采用自定義的USX (?.usx)格式，包括現(xiàn)狀模型及報(bào)建準(zhǔn)現(xiàn)狀模型。

對(duì)于報(bào)建場(chǎng)景范圍，只有擬建建筑周邊需要較高的細(xì)節(jié)層次，以保證三維數(shù)據(jù)的精度和真實(shí)感。細(xì)節(jié)層次LOD(Level Of Detail)模型是解決上述問(wèn)題的主要技術(shù)途徑。AnGeo平臺(tái)按照一定的算法對(duì)原始幾何模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，并在數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程中產(chǎn)生兩級(jí)離散的不同LOD模型，簡(jiǎn)化后的幾何模型數(shù)據(jù)比原始數(shù)據(jù)量有所減少，降低了對(duì)計(jì)算機(jī)軟件和硬件設(shè)備的需求，從而提高了數(shù)據(jù)處理的速度，縮短了人機(jī)交互時(shí)間，提高了三維數(shù)據(jù)可視化效率，如圖2所示。

圖2 兩級(jí)LOD模型對(duì)比

3 基于AnGeo平臺(tái)的三維規(guī)劃報(bào)建數(shù)據(jù)可視化基本步驟

一般而言，基于AnGeo平臺(tái)的三維GIS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可視化可以簡(jiǎn)單分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)接地和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等三個(gè)步驟。

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

AnGeo平臺(tái)對(duì)DEM、DOM和矢量數(shù)據(jù)采用金字塔技術(shù)進(jìn)行發(fā)布，金字塔級(jí)別和數(shù)據(jù)分辨率、數(shù)據(jù)可見高度相關(guān)。不同級(jí)別DOM或DEM的分辨率存在2的N次方關(guān)系，而矢量數(shù)據(jù)則僅與默認(rèn)顯示高度相關(guān)。因而平臺(tái)通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)的最大、最小級(jí)別，和統(tǒng)一的坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換處理后，生成AnGeo運(yùn)行的金字塔數(shù)據(jù)，這一過(guò)程稱為數(shù)據(jù)編譯。數(shù)據(jù)預(yù)處理，就是將待發(fā)布的三維報(bào)建GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯，轉(zhuǎn)換至AnGeo平臺(tái)支持的格式，其中包括坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等。

地形和影像數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段，通過(guò)在AnGeo平臺(tái)讀入DEM地形數(shù)據(jù)和DOM影像數(shù)據(jù)，并基于數(shù)據(jù)分辨率，比照平臺(tái)自定義的金字塔級(jí)別映射關(guān)系設(shè)置編譯級(jí)別。當(dāng)最大級(jí)別與最小級(jí)別設(shè)置相同時(shí)，則只編譯該級(jí)別數(shù)據(jù)[2]。如果編譯的數(shù)據(jù)相對(duì)正確位置有所偏移，則需要通過(guò)設(shè)置球面坐標(biāo)偏移值和平面坐標(biāo)偏移值予以糾正。由于廣州城建系統(tǒng)采用地方城市坐標(biāo)系，相對(duì)于國(guó)家大地坐標(biāo)系的偏移，可以采用AnGeo平臺(tái)設(shè)計(jì)的投影變換和坐標(biāo)偏移方法處理，完成編譯過(guò)程。

預(yù)處理過(guò)程中，如果有多份數(shù)據(jù)在同一路徑下進(jìn)行編譯時(shí)，將按照“后編譯覆蓋先編譯”的原則自動(dòng)進(jìn)行同級(jí)數(shù)據(jù)邊緣融合或疊蓋。如圖3所示，如果DOM2編譯路徑與DOM1相同時(shí)，DOM2的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)逐層覆蓋DOM1的相應(yīng)級(jí)別數(shù)據(jù)。

模型數(shù)據(jù)在3dsMax中通過(guò)建模和貼圖獲取，利用DirectPanda格式轉(zhuǎn)化插件[4]，轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式(?.usx)，并進(jìn)行編譯、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)預(yù)處理。

圖3 多重?cái)?shù)據(jù)疊加關(guān)系圖

3.2 數(shù)據(jù)接地

由于影像數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)都不帶有絕對(duì)高程信息，在數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，需要進(jìn)行進(jìn)一步配對(duì)融合，使其與發(fā)布的城市規(guī)劃放線測(cè)量小區(qū)域的最高級(jí)DEM數(shù)據(jù)相協(xié)調(diào)，這里稱為數(shù)據(jù)接地。經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)和校正，影像數(shù)據(jù)即可和DEM很好的融合。而模型數(shù)據(jù)接地處理時(shí)，采用從指定的最高級(jí)地形數(shù)據(jù)獲取高程。其主要規(guī)則為，以每個(gè)模型對(duì)象的最低點(diǎn)獲取高程作為整個(gè)模型的基準(zhǔn)高程。這種處理方式導(dǎo)致的缺陷就很明顯，就是模型數(shù)據(jù)容易造成與既有的DEM割裂。對(duì)此，AnGeo平臺(tái)提供了地面填平功能，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)選中區(qū)域的DEM進(jìn)行處理，消除區(qū)域相對(duì)高差。

3.3 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

網(wǎng)絡(luò)發(fā)布是指將經(jīng)過(guò)預(yù)處理和接地處理之后的二、三維數(shù)據(jù)，通過(guò)AnGeo平臺(tái)發(fā)布到Web(這里是指規(guī)劃審批部門的內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò))。其中DEM和DOM數(shù)據(jù)經(jīng)分級(jí)重采樣編譯后發(fā)布，Model數(shù)據(jù)經(jīng)索引處理等編譯后發(fā)布。

地形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)發(fā)布階段，為了使發(fā)布的DOM和DEM在不同金字塔級(jí)別的數(shù)據(jù)拼接處自然合理，需要與現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合，也就是用上一級(jí)別的數(shù)據(jù)或同級(jí)別已發(fā)布數(shù)據(jù)填充無(wú)效值。數(shù)據(jù)融合過(guò)程中，An-Geo平臺(tái)要求處于上層數(shù)據(jù)的地理范圍必須包含當(dāng)前發(fā)布數(shù)據(jù)的地理范圍；上層數(shù)據(jù)與當(dāng)前發(fā)布數(shù)據(jù)的金字塔級(jí)別必須連續(xù)，不能有間隔；當(dāng)前發(fā)布數(shù)據(jù)的金字塔級(jí)別與上層數(shù)據(jù)有重疊時(shí)，重疊部分使用同層數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，非重疊部分將使用比當(dāng)前數(shù)據(jù)最低級(jí)別低一級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合[2]。如圖4所示，DEM2上層數(shù)據(jù)路徑為DEM1，將使用DEM1的第10級(jí)數(shù)據(jù)與DEM2進(jìn)行融合，DEM3上層數(shù)據(jù)路徑為DEM2，14、15級(jí)數(shù)據(jù)使用DEM2的第14、15級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，16、17級(jí)使用DEM2的第15級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。

圖4 多份數(shù)據(jù)邊緣融合關(guān)系圖

模型數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布在ModelBuilder工具中實(shí)現(xiàn)，由于在同一次發(fā)布的模型數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體存儲(chǔ)在服務(wù)器中，其具體的發(fā)布方案(如表1所示)直接影響了三維數(shù)據(jù)的圖層控制與可視化。考慮到規(guī)劃地形和現(xiàn)有地形在規(guī)劃審批中的不同地位以及用地紅線的重要性，三維報(bào)建中將模型數(shù)據(jù)劃分為報(bào)建建筑物模型、規(guī)劃路模型、規(guī)劃涌模型、用地紅線模型、規(guī)劃地形模型、周邊建筑物模型、和現(xiàn)有地形模型等7大類用于輔助規(guī)劃審批[5]。

模型數(shù)據(jù)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn) 表1

4 三維報(bào)建數(shù)據(jù)管理

4.1 數(shù)據(jù)基本信息管理

GIS數(shù)據(jù)信息包含空間信息、屬性信息和時(shí)間信息。在二維GIS中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型采用的是柵格與矢量混合使用的方法，用戶客戶端數(shù)據(jù)的顯示與空間分析主要用矢量形式來(lái)表現(xiàn)，柵格形式則作為補(bǔ)充。而對(duì)于三維GIS而言，其數(shù)據(jù)顯示更多地要依靠三維建模，以突出其三維特征與效果。

二維GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)管理包括了對(duì)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合管理，即屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)中。AnGeo采用將屬性數(shù)據(jù)保存在DBMS中，而三維模型數(shù)據(jù)仍作為文件存放。

4.2 二、三維數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)管理AnGeo平臺(tái)通過(guò)坐標(biāo)匹配和名稱屬性匹配兩種方式建立信息機(jī)制，實(shí)現(xiàn)二三維雙屏輸出形式的聯(lián)動(dòng)GIS，并在名稱屬性表不為空時(shí)，優(yōu)先通過(guò)名稱屬性關(guān)聯(lián)匹配。

報(bào)建施工范圍內(nèi)的二維GIS地物數(shù)據(jù)，在三維場(chǎng)景中均有相應(yīng)的地物模型，而二維地物和三維地物都與同一關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的專業(yè)屬性表格關(guān)聯(lián)。對(duì)于同一空間地物，即可通過(guò)名稱匹配，實(shí)現(xiàn)二三維GIS交互訪問(wèn)。

對(duì)于名稱屬性表為空，或者只有地形數(shù)據(jù)的區(qū)域(即某一視點(diǎn))，AnGeo通過(guò)獲取屏幕目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，基于坐標(biāo)匹配將另一窗口視角轉(zhuǎn)換到該坐標(biāo)上，并刷新圖層實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)訪問(wèn)[6]。

實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 二、三維數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)管理流程圖

5 結(jié) 論

本文以廣州市第六十六中學(xué)教學(xué)樓規(guī)劃報(bào)建為例，以建設(shè)單位提供的電子報(bào)建圖和實(shí)測(cè)1∶500現(xiàn)狀地形圖為主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)報(bào)建前后的數(shù)據(jù)瀏覽比對(duì)以及在此基礎(chǔ)上形成的空間分析功能，從而為城市規(guī)劃管理者提供了更多、更準(zhǔn)確的審批依據(jù)。

[1] 藍(lán)朝楨，周楊，馬東洋等.一種基于B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)字城市三維景Web發(fā)布模型[A].2005中國(guó)數(shù)字城市發(fā)展戰(zhàn)略論壇論文集[C].2005.

[2] 高德軟件有限公司.AnGeo二三維地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品白皮書[R].北京:2011.

[3] 李德仁，趙中元，趙萍.城市規(guī)劃三維決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2011(5):505～509.

[4] Pandasoft Community Site[OL].

[5] 廣州市規(guī)劃局.廣州市城市規(guī)劃管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則(建筑工程規(guī)劃管理篇)[R].廣州，2004.

[6] 邵明旭，許惠平，覃如府等.二三維聯(lián)動(dòng)的虛擬校園設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].地理信息世界，2008(2):73～76.

The Visual Practices of 2D/3D Data Based on the AnGeo

Song Qihong
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

This paper briefly introduces the basis data and main process of 3D application for construction.Moreover，it expounds the visualization and basic principles of 3D data based on the AnGeo.Then this article introduces the visual practices of 2D/3D data，which via data preprocessing，data grounding and web publishing.Finally，it shows the AnGeo’s spatial analysis functions such as the linkage between 2D and 3D data with the example of GuangZhou NO.66 middle school.This work provide certain reference significance for the simulation of urban planningmanagement.

visualization；data compilation；web publishing；AnGeo

1672-8262(2013)04-36-03

P208.1，P391

B

2013—01—27

宋奇鴻(1989—)，男，助理工程師，主要從事專題地圖編制、城市大比例尺地形圖制圖綜合等技術(shù)工作。

2011年廣州市科技應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項(xiàng)(12c43071596)