探究城市三维信息系统的实现方法

摘 要：随着科学技术的逐渐发展，我们已经进入到一个全方位的信息化时代。在原来基于二维地理信息系统的基础上建立城市三维信息系统，不但可以实现之前二维地理信息系统本身所具有的整体性和宏观性，还可以实现三维信息系统所具有的现实性和直观性，两者进行互补，有效的实现了城市实体对象的三维可视化。本文就对城市三维信息系统的实现方法进行简单分析。

关键词：城市三维信息系统 城市二维地理信息系统 空间信息 空间数据模型

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0003-01

随着科学技术的逐渐发展，我们已经进入到一个全方位的信息化时代。城市作为作为国民建设的主题，也逐渐向信息化迈进。城市信息化系统已在我国各大、中城市开展，以为城市人文信息和经济都和城市的地理空间具有密切的联系，所以城市信息系统的实现也多把城市空间数据基础设施作为基础。目前人们已经可以计算机可视化以及虚拟现实技术，来对城市三维空间目标采用三维空间数据进行表达，并实现可视化表达。

1 城市三维信息系统出现的必然性

一开始人们对空间的再现是基于二维平面—— 地图的方式进行的，经过历史的不断发展，地图功能也得到了不断的完善，在人们改造世界的过程中也发挥了巨大的作用，但是随着计算机的出现，人们逐渐认识到，把三维空间信息转变成为地图这一二维平面信息，致使了大量信息的丢失，基于二维的表现方法本身就具有一定的局限性。为了能够更好的表达空间，城市三维信息系统也就应运而生了。三维信息系统可以把地理空间现象利用立体造型技术进行再现，不但可以准确的表达出空间对象之间的平面关系，还可以把他们之间的立体关系表现出来，给人们一个更为真实的感受。另外三维虚拟信息系统对于空间对象的再现，也为一些非专业的地图、地理研究人员提供了一个对现实世界进行再现的方式[1]。

2 城市三维数据模型

城市空间数据主要有三种类型：一种是地上的三维对象，有房屋、树木、桥梁、电线等；第二种是地面上的三维目标，有花园、水体、草地以及道路等；第三种是地下的三维空间对象，有隧道、地铁以及管网等。三维数据模型对于地上三维点对象是采用三维符号进行表达的；三维线对象是采用的是线状符号或者实测形状和纹理进行表达的；三维面对象采用的是纹理表达；三维体对象一般采用的是表面结构表达法。地面上的三维对象可以说都是立体的，只不过他们和地面紧密的连接在一起，目前三维数模模型主要采用的表达方式是利用地面高程模型来表达出地面的起伏，利用数字正射影像来表达地面的纹理。地下的三维空间目标和地面上的没有特别大的区别，表达方式也相同。综上所述，为了能够在空间数据库中对以上三维目标进行有效管理，可以将以上几类三维目标建立一个统一的数据模型。图1即为一个城市的空间数据模型。三维空间数据模型主要有线框模型、实体模型以及表面模型，其中表面模型可以把物体的各个面之间的位置关系都表达出来，以此进行消隐操作，另外还可以加上各面的指定材质，经过一定的渲染，其表达物体的实际效果会更加真实[2]。

3 城市三维信息的可视化表达

城市三维目标的不同，可视化表达方式也不同，例如关于城市建筑的可视化表达的重要地方是三维空间对象的数据结构，三维点对象的构成是一对三维坐标{X，Y，Z}；三维线对象的构成是一组三维坐标{X1，Y1，Z1}，{X2，Y2，Z2}……{Xn，Yn，Zn}；三维面对像的构成是两个集合：边界点集合和内部点集合；三维体对象的构成是三维坐标空间里的一个简单几何物体，比如一个房屋也就是有若干个底面和墙面共同构成的；三维体对象的构成也就是N个具有相同特性几何对象的几何。城市地下管网的可视化表达方法是：把其作为一个三维线状目标，对每一条管线的三维坐标和属性进行记录；然后在数据库中对每一条管线的信息进行可视化表达，其中管线肯定会出现一些弯曲地方，所以可以把管线分成两部分进行细化处理：直管和连接直管的接口；利用相应函数对管线位置以及走向进行表示，利用管径和空间内的任意两个点，来生成三维管线，把相邻的四个点构成一个矩形，圆柱表面则就是N个矩形构成的，建立模型；这时OpenGL会提供一系列光照模型的库函数，就可以建立光照模型了，其中光照模型主要是由漫射光、镜面反射光以及环境光等组成的，还可以对光线的衰减进行控制，以实现更为真实的光源效果，这样可以提高三维场景的真实性，在管线上贴上相应的纹理，其表达效果会更加的逼真。

4 结语

城市三维信息系统的实现，使城市规划部门以及相关的管理部门对静态、二维管理模式进行了成功的摆脱，实现了在具有立体视图的虚拟环境中进行有效管理的目标，不但可以对城市的相关规划进程进行准确把握[3]，还可以对其进行实时更新，更有助于进行城市建设、景观规划、公安消防、以及科学、规范、高效的信息化管理，以便为社会个大众提供更为准确的空间地理信息和更优质的服务，对城市信息化进程具有一定的推动作用。

参考文献

[1] 刘东琴，徐文中，林宗坚.城市空间二维信息系统与三维虚拟场景一体化研究与应用—— BDA城市三维信息系统的设计与实现[J].测绘科学，2007，32（1）：20-23.

[2] 王旭.基于GIS空间数据模型的城市三维可视化系统设计与实现[D].硕士学位论文，北京工业大学，软件工程专业，2008，12.

[3] 庞前聪，吕毅，程俊虎.城市三维动态规划信息系统建设研究[J].经济师，2004（9）：60-62.