虛擬城市的設計與實現

楊敏龍

摘要：虛擬技術能夠以圖形圖像方式把虛擬的事物直觀的表達出來，直觀的呈現出各種變化形態，方便人們直接獲取靜態、動態特征。本文對ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術平臺進行研究，通過對技術平臺的整合，二維矢量數據和三維模型數據的融合，實現了虛擬城市。

關鍵詞：虛擬技術MapGIS二維矢量數據虛擬城市

0引言

虛擬城市帶來全新的體驗，能夠直觀的全面的了解城市的立體化信息，虛擬城市的建設，全面提升城市的形象，增強體驗程度，增強了城市可視化管理。通過虛擬城市的漫游，可以達到身臨其境的效果，全面、直觀的了解城市全貌。同時對以后的城市管理和人們生活都很有幫助。

本文基于結合了ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術平臺進行數據的處理和整合，將二維矢量數據和三維模型數據進行了無縫的融合和聯動。實現了虛擬城市系統，實現了三維漫游、日照分析、地形剖切和坡度、坡向分析等功能。

1二維數據處理

首先在MapGIS的數據庫中建立數據庫。再在數據庫下面的空間數據集創建要素數據集。并且在柵格數據集中導入學校的衛星遙感圖。在繪制二維地圖的時候，因為房屋的屬性與道路等的屬性各不相同。所以需要建立點、線、面、區格式的數據。建立區代表建筑類，線代表道路類的矢量圖形。接下來就是利用軟件開始二維數據的繪制。其原理主要是根據遙感地圖數據的地物特征用矢量數據勾畫出其輪廓。將遙感數據中的所有地物用矢量數據表現出來。

1.道路矢量化

首先創建道路類、周圍道路類、主干道路類。道路屬于線要素類，在創建數據庫的時候把所有的道路創建為線要素類，不同的道路由于寬度不同，要區分為道路種類，例如：主道路，次道路。方便后面成功的對道路進行緩沖分析，可以加以區分各條不同的道路。

2.建筑物矢量化

在對建筑物進行矢量化的時候需要用不同的顏色區分不同的建筑物。首先需要在要素數據集下面創建一個建筑類的數據庫。然后添加創孵化園、居民區、商業區、賓館等要素信息。

3.綠化的矢量化

建立綠化數據庫。然后創建樹木以及綠化區兩個要素。樹木屬于點要素，而綠化區屬于區要素。在繪制綠化的時候可以分為樹木以及綠化帶。樹木屬于點集?？梢韵壤L制一條閉合的曲線，然后點擊沿線布點。這樣可以使建造的樹木均勻的分布在這條曲線上。

4.河流以及湖泊的矢量化

創建河流以及湖泊數據庫。創建河流以及湖泊兩個要素。河流屬于線要素，湖泊屬于區要素。在進行矢量化的過程中河流可以用線編輯，而湖泊可以用區編輯。這樣做的目地都在于后期制作三維的時候方便進行緩沖分析。湖泊一般適用藍色加以區分。

2. 三維場景實現

三維場景是為了保證虛擬城市的真實性。為了使虛擬的城市更加真實，對三維建模的模型要求非常高。對建模的貼圖的縮放比精確度要求很精確。虛擬場景的基礎是二維矢量化以及三維建模，利用SketchUp建立城市中的特殊模型，然后通過MapGIS矢量化的二維圖形建立三維模型，然后在貼圖。采用ArcGIS和MapGIS矢量化二維圖形，然后進行屬性的添加。要保證模型的精度，必須對建模進行材質和紋理貼圖的處理。而紋理貼圖的過程中對圖片的縮放比的要求非常高，要調試到最佳比例才能達到良好的效果。

三維模型的建立需要用SketchUp來完成，三維模型數據處理的關鍵在于添加的屬性是否合適，所貼的圖片比例是夠合適。這些都影響到三維模型的美觀程度。在導成三維模型之后，為了達到美觀的效果就必須對所導入的三維模型加以審視，比如：道路被建筑物所侵占。這樣就必須要刪除從前畫的道路，進而重新繪制道路。而三維貼圖有一定的難度。在貼圖的過程中必須要考慮是否美觀，是否達到效果。如果出現問題則需要調試圖片的縮放比。由于沒有固定的標準，所以在調試過程中需要一邊選取縮放比，一邊觀察貼圖是否合適。

3. 三維漫游

據需求，設置好各種參數，把速度設置為固定速度10，把高程設置為固定高程2，角度設置為仰俯角10°這樣更能利于使用者的觀察。然后我們選擇路段開始漫游，選取所需要漫游的路徑，我們根據道路來依次選取點位，讓間距大概保持一致以免瀏覽者不適應，最后，把所有點位確認是否是在對應的位置，能否瀏覽完城市的全景。漫游路徑在場景中如圖1所示。坡度分析的主要作用是可以讓瀏覽者事先了解一個地方的坡度緩陡的程度。這對于許多方面的應用都極具研究價值。如圖2所示。

4.總結

本文采用ArcGIS、MapGIS技術進行二維矢量化數據處理，采用SketchUp進行三維模型的建立，通過MapGIS平臺對三維場景、三維模型和二維矢量數據的結合，實現了虛擬城市系統，系統實現了城市場景漫游、坡度分析等多個虛擬化功能，實現的效果好。為今后虛擬城市的建設提供了技術參考。

參考文獻：

[1]許捍衛，房曉亮，任家勇，范小虎， 基于SketchUp的城市三維建模技術[J]，測繪科學， 2011， 36（1）：213-214.

[2]王星捷，李春花， 基于SuperMap的三維數字城市的研究與應用[J]，《電子設計工程》，2017，25（10）：6-9..

[3]曹兆峰，何燕蘭，李勝才，基于Sketchup和ArcGIS的數字城市三維建模技術[J]，地理空間信息， 2014（5）：46-47.

[4]孫釗，吳志華，熊偉，基于三維數字技術的城市設計研究與應用[J]，城市規劃學刊， 2009（z1）：239-241.

[5]王星捷，基于MapGIS三維數字城市的實現[J]，《計算機技術與發展》，2016，26（12）：96-98.endprint