基于AnGeo平台的二三维数据可视化实践

宋奇鸿

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

基于AnGeo平台的二三维数据可视化实践

宋奇鸿∗

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

简要介绍了城市规划三维报建的基础数据和主要流程，并基于AnGeo平台阐述了三维数据的可视化过程及基本原理，介绍了通过数据预处理、数据接地和网络发布等三个步骤实现的二、三维报建数据可视化实践。最后结合广州市六十六中学的实例简要展示了AnGeo的二三维联动等规划管理方面的空间分析功能，对城市建设的三维仿真管理提供了一定借鉴意义。

可视化；数据编译；网络发布；AnGeo

1 引 言

基于三库(模型、影像、DEM)一体化的实时3D可视化技术发展非常迅速，在计算机上实现GIS环境下的三维模型和三维地形的读取、漫游、信息查询、剖面分析等空间分析功能已日臻成熟。而伴随着B/S(浏览器/服务器)体系的流行，浏览器已经成为客户端使用最广泛、用户最容易接受和使用，与服务器交互最频繁的软件之一[1]。

通过结合三维可视化与虚拟现实的网络三维发布技术，可以再现城市地理环境的真实情况，把所有管理对象都置于一个虚拟的城市三维世界里，这种“所见即所得”的方式大大支持了其在城市规划管理审批系统中的应用。

AnGeo平台系统是高德软件公司在地理信息三维应用领域开发的一款三维GIS软件，核心组件包括Terrain-Builder和ModelBuilder两部分，分别用于影像数据、DEM数据和模型数据的处理。平台采用B/S三层体系结构，即客户端(浏览器)、数据服务器和充当两者之间联系纽带的应用服务器，在海量三维数据存储显示、二三维一体化和高性能的空间分析功能等方面都较为成功[2]。

2 规划报建基础数据

三维报建主要流程如图1所示。

规划报建数据由于需要高精度的真实再现实地信息，并基于现有数据对拟建建筑进行系列空间分析以及虚拟现实动态分析，因而主要应包括两个部分，一是二维数据，包括规划部门审批的用地红线图，建设单位提供的电子报建图(平面、立面和剖面)——用于放线方案定制和准现状模型建立，和实地数字化测图得到的1∶500现状地形图——用于现状模型的建立以及3DGIS中的控高、阴影等空间分析；二是三维数据，包括DEM、DOM数据——用于三维地形建立，和不同设计方案的准现状模型——用于多方案对比分析等[3]。

图1 三维报建主要业务流程

AnGeo平台出于对数据安全性的考虑，在实现二、三维数据可视化的过程中定义了固有的运行数据格式。DEM和DOM数据分别采用ASCIIGrid(∗.asc)格式和TIFF(∗.tif)格式，覆盖报建施工的全范围，来源于市规划局地理信息库；Vector数据采用shp或dwg格式，如用地红线等；Model数据采用自定义的USX (∗.usx)格式，包括现状模型及报建准现状模型。

对于报建场景范围，只有拟建建筑周边需要较高的细节层次，以保证三维数据的精度和真实感。细节层次LOD(Level Of Detail)模型是解决上述问题的主要技术途径。AnGeo平台按照一定的算法对原始几何模型进行了简化，并在数据预处理过程中产生两级离散的不同LOD模型，简化后的几何模型数据比原始数据量有所减少，降低了对计算机软件和硬件设备的需求，从而提高了数据处理的速度，缩短了人机交互时间，提高了三维数据可视化效率，如图2所示。

图2 两级LOD模型对比

3 基于AnGeo平台的三维规划报建数据可视化基本步骤

一般而言，基于AnGeo平台的三维GIS数据网络可视化可以简单分为数据预处理、数据接地和网络发布等三个步骤。

3.1 数据预处理

AnGeo平台对DEM、DOM和矢量数据采用金字塔技术进行发布，金字塔级别和数据分辨率、数据可见高度相关。不同级别DOM或DEM的分辨率存在2的N次方关系，而矢量数据则仅与默认显示高度相关。因而平台通过设置数据的最大、最小级别，和统一的坐标投影转换处理后，生成AnGeo运行的金字塔数据，这一过程称为数据编译。数据预处理，就是将待发布的三维报建GIS数据进行编译，转换至AnGeo平台支持的格式，其中包括坐标系的转换，数据格式的转换等。

地形和影像数据的预处理阶段，通过在AnGeo平台读入DEM地形数据和DOM影像数据，并基于数据分辨率，比照平台自定义的金字塔级别映射关系设置编译级别。当最大级别与最小级别设置相同时，则只编译该级别数据[2]。如果编译的数据相对正确位置有所偏移，则需要通过设置球面坐标偏移值和平面坐标偏移值予以纠正。由于广州城建系统采用地方城市坐标系，相对于国家大地坐标系的偏移，可以采用AnGeo平台设计的投影变换和坐标偏移方法处理，完成编译过程。

预处理过程中，如果有多份数据在同一路径下进行编译时，将按照“后编译覆盖先编译”的原则自动进行同级数据边缘融合或叠盖。如图3所示，如果DOM2编译路径与DOM1相同时，DOM2的数据会自动逐层覆盖DOM1的相应级别数据。

模型数据在3dsMax中通过建模和贴图获取，利用DirectPanda格式转化插件[4]，转换为系统支持的数据格式(∗.usx)，并进行编译、坐标系统转换等数据预处理。

图3 多重数据叠加关系图

3.2 数据接地

由于影像数据和模型数据都不带有绝对高程信息，在数据预处理之后，需要进行进一步配对融合，使其与发布的城市规划放线测量小区域的最高级DEM数据相协调，这里称为数据接地。经过配准和校正，影像数据即可和DEM很好的融合。而模型数据接地处理时，采用从指定的最高级地形数据获取高程。其主要规则为，以每个模型对象的最低点获取高程作为整个模型的基准高程。这种处理方式导致的缺陷就很明显，就是模型数据容易造成与既有的DEM割裂。对此，AnGeo平台提供了地面填平功能，其实质就是对选中区域的DEM进行处理，消除区域相对高差。

3.3 网络发布

网络发布是指将经过预处理和接地处理之后的二、三维数据，通过AnGeo平台发布到Web(这里是指规划审批部门的内部局域网络)。其中DEM和DOM数据经分级重采样编译后发布，Model数据经索引处理等编译后发布。

地形数据和影像数据发布阶段，为了使发布的DOM和DEM在不同金字塔级别的数据拼接处自然合理，需要与现有数据融合，也就是用上一级别的数据或同级别已发布数据填充无效值。数据融合过程中，An-Geo平台要求处于上层数据的地理范围必须包含当前发布数据的地理范围；上层数据与当前发布数据的金字塔级别必须连续，不能有间隔；当前发布数据的金字塔级别与上层数据有重叠时，重叠部分使用同层数据进行融合，非重叠部分将使用比当前数据最低级别低一级的数据进行融合[2]。如图4所示，DEM2上层数据路径为DEM1，将使用DEM1的第10级数据与DEM2进行融合，DEM3上层数据路径为DEM2，14、15级数据使用DEM2的第14、15级数据进行融合，16、17级使用DEM2的第15级数据进行融合。

图4 多份数据边缘融合关系图

模型数据的网络发布在ModelBuilder工具中实现，由于在同一次发布的模型数据作为一个整体存储在服务器中，其具体的发布方案(如表1所示)直接影响了三维数据的图层控制与可视化。考虑到规划地形和现有地形在规划审批中的不同地位以及用地红线的重要性，三维报建中将模型数据划分为报建建筑物模型、规划路模型、规划涌模型、用地红线模型、规划地形模型、周边建筑物模型、和现有地形模型等7大类用于辅助规划审批[5]。

模型数据发布标准 表1

4 三维报建数据管理

4.1 数据基本信息管理

GIS数据信息包含空间信息、属性信息和时间信息。在二维GIS中，数据结构模型采用的是栅格与矢量混合使用的方法，用户客户端数据的显示与空间分析主要用矢量形式来表现，栅格形式则作为补充。而对于三维GIS而言，其数据显示更多地要依靠三维建模，以突出其三维特征与效果。

二维GIS的数据库管理包括了对属性数据和空间数据库的综合管理，即属性数据和空间数据都保存在数据库管理系统(DBMS)中。AnGeo采用将属性数据保存在DBMS中，而三维模型数据仍作为文件存放。

4.2 二、三维数据联动管理AnGeo平台通过坐标匹配和名称属性匹配两种方式建立信息机制，实现二三维双屏输出形式的联动GIS，并在名称属性表不为空时，优先通过名称属性关联匹配。

报建施工范围内的二维GIS地物数据，在三维场景中均有相应的地物模型，而二维地物和三维地物都与同一关系数据库的专业属性表格关联。对于同一空间地物，即可通过名称匹配，实现二三维GIS交互访问。

对于名称属性表为空，或者只有地形数据的区域(即某一视点)，AnGeo通过获取屏幕目标点的三维坐标，基于坐标匹配将另一窗口视角转换到该坐标上，并刷新图层实现关联访问[6]。

实现流程如图5所示。

图5 二、三维数据联动管理流程图

5 结 论

本文以广州市第六十六中学教学楼规划报建为例，以建设单位提供的电子报建图和实测1∶500现状地形图为主要基础数据，进行了试验。通过对报建前后的数据浏览比对以及在此基础上形成的空间分析功能，从而为城市规划管理者提供了更多、更准确的审批依据。

[1] 蓝朝桢，周杨，马东洋等.一种基于B/S结构的数字城市三维景Web发布模型[A].2005中国数字城市发展战略论坛论文集[C].2005.

[2] 高德软件有限公司.AnGeo二三维地理信息系统软件产品白皮书[R].北京:2011.

[3] 李德仁，赵中元，赵萍.城市规划三维决策支持系统设计与实现[J].武汉大学学报·信息科学版，2011(5):505～509.

[4] Pandasoft Community Site[OL].

[5] 广州市规划局.广州市城市规划管理技术标准与准则(建筑工程规划管理篇)[R].广州，2004.

[6] 邵明旭，许惠平，覃如府等.二三维联动的虚拟校园设计与实现[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

宋奇鸿(1989—)，男，助理工程师，主要从事专题地图编制、城市大比例尺地形图制图综合等技术工作。

2011年广州市科技应用基础研究专项(12c43071596)