智慧社区三维建模及Web可视化

张昊成

摘 要：智慧社区三维建模就是通过对外业采集的各类数据进行整合处理，生产出符合智慧社区通用标准的三维地理信息地图。从而为后续的智能挖掘分析、数据管理治理以及各种服务应用，提供了基础的数据支撑。本文以SketchUp与3DS Max两大主流软件为基础分别进行智慧社区的三维建模工作，研究对比两软件在精细模拟建模方面的各自优劣并依托Web端开发结合超图（SuperMap）服务器及开发端口，对三维模型进行相关二次开发；在网络端实现实时三维显示与属性查询功能。以此展示三维建模技术在智慧社区管理领域代表性的功能与特点。

关键词：三维模型 智慧社区 城市建模 二次开发

中图分类号：TU17

3D Modeling and Web Visualization of Smart Communities

ZHANG Haocheng

（School of Geomatics and Urban Spatial Informatics，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing，102612 China）

Abstract：The 3D modeling of smart communities is to produce a 3D geographic information map that meets the general standards of smart communities by integrating and processing various data collected by field processes， which provides basic data support for subsequent intelligent mining analysis， data management governance and various service applications. This paper respectively conducts the 3D modeling of smart communities based on two mainstream pieces of software： SketchUp and 3DS Max， studies and compares their own advantages and disadvantages in fine simulation modeling， relies on the Web side development to carry out the related secondary development of the 3D model in combination with the SuperMap server and development port， and realizes the real-time 3D display and attribute query function on the network side， so as to demonstrate the representative functions and characteristics of 3D modeling technology in the management field of smart communities.

Key Words：3D model; Smart community; City modeling; Secondary development

近年来，以云计算、物联网与深度学习为代表的划时代信息科学技术的光速进步与融合共通并实际应用，在近几年以智慧城市及智慧社区为代表的数字化便民工程得到了长足且快速的发展，它作为一种新型的理念渗透到了百姓生活的方方面面，十分适时的迎合了社区居民对便利、高效生活的向往。而智慧社区、智慧城市的实现，其根本在于地理信息基础数据的支持[1]。智慧社区的概念是“智慧地球”思维理念的衍生物，它建立在新时期信息科学技术的框架下，为现代智慧社区的居民提供高智慧化、高人性化的宜居生活环境，并以此为起点，形成一种基于社区管理，信息科学技术与先进社会服务的新型社会管理体系。

我国还只是处在智慧化社区建设与发展的初级阶段，发展体现出的差异性正是处于起步阶段的体现。因为智慧社区不仅仅被认为是一种建设和发展的新思想，同时它也被认为是一种提高居民现代化的生活方式，因为它受到了建设的经济成本和客观消费产出等诸多影响的局限性。这直接导致了我国智慧社区处于一个经济发达地区建设高效，而经济欠发达地区还未能够得到广泛运行、应用、进步[2]。

1 主流城市三维建模方法

主流城市三维建模方法主要包括以下4种。

1.1 基于二维GIS的三维城市建模方法

数字地图为城市的三维可视化的主要数据源头，各种城市地物要素（如居民区、地形地貌、交通设施、水文设施及植被等）。这些具有高精度特点的几何数据还配备了完善的相关属性数据，十分易于三维社区建模工作的展开[3]。

1.2 基于影像的三维城市建模方法

摄影测量方法使人们能够将机械地获得许多复杂的三维社会模型所需的工程和组织信息结合起来，特别是考虑到高分辨率遥感技术和计算机化图像处理技术的最新发展，这种技术被广泛认为是获得大规模、高精度三度空间城市模型数据的主要工具。

1.3 基于激光扫描的三维城市建模方法

激光扫描系统可以实现极大范围内3个及以上多级别三维几何目标的实时存储与读取。视发射地点而定，激光扫描系统可分为机载激光扫描系统、车载激光扫描系统和地面激光扫描系统。

1.4 基于CAD的三维城市建模方法

三维模型与CAD技术的结合某种程度上决定了一个三维社区模型的数据采集方式。使用CAD、3DMAX、SU等设计软件，既对建模设计成果进行了高精度展示，又体现了其对事物精细结构排列的掌握能力，尤其是材质贴图的纹理特点；可以说，这种方法与其他精确测量生成模型的建模方法相比，在细节还原上有着相当优势。

2 建模具体流程

2.1 SketchUp具体建模流程

SketchUp的3种基础建模方式分别是绘制组合文件调用、二维数据面要素代替及三维空间模型的绘制。而对三维模型进行绘制是三种方法中优先级最高的方法；对第三方组件进行下载可以实现有效节省时间的目的，所有的组件在模型中作为标准模型出现，类似于植被、人员以及便民附属设施等[4]。

（1）地形是社区架构的主要承载面，也是模型构成的重要一环。对于SketchUp模型来说，地形属于独立的群组，其具备了编辑以及修改的功能。地形的制作方式主要有以下几种。

①等高线生成法。常用于不平整地形的绘制。实际上，设计图纸是由计算机辅助设计的，通过等高线反映地形。等高线是一条封闭曲线，与地形图中的等高点相连。把等高线图导入SketchUp 模型中，自轮廓生成工具会将数据进行拟合并生成非平整地形。②网格生成法。也是一种形成不规则非平整面的方法，在网格中，通过位置控制网格行数，或者直接将长度输入值框，通过操作得到相应的网格实体，此时网格本身确定为一个群组。

（2）道路社区中的道路在平面上必须流畅，因此，将各区域分开。道路图一般是在CAD绘制的，接着被纳入SketchUp模型，道路平面必须是闭合的，道路平面能够进行直接绘制。

（3）社区建筑属于社区景观设计中的主要内容之一，应使用精细建模，表达尽量多的内容。在编辑画线时顺从轴线方向；切勿重叠模型的线与面，避免模型发生过大的交叠。

（4）植物很重要，同时也是基本的社区造景元素，然而，植物的自然形态成为了SketchUp表达一个弱点，可以说是每一个三维计算机程序的一个难题。通常， SketchUp模型里面的植物都是作为群组而存在，应直接借助组件，或在输出二维图像后在后期渲染处理软件中进行再加工。

整理相应距离及比例关系，对边缘地块进行拉伸成型后，输出社区模型成果如图1所示。

2.2 3D Max具体建模流程

一般来说，基于社区的建筑模型基本上是贴图数据，其还涵盖了有关的建筑物高度属性，为了节约时间和资金，并确保获得的建筑物的高度数据准精确无误，应当从高分辨率图像中提取建筑物阴影相对长度，同时考虑到具体的条件和算法，从建筑物高度提取这种阴影，以此作为建筑模型的基础高度[5]。选择3D MAX建模，应实时存取建筑数据，尤其是实体地形数据，并导入 3ds Max 中编辑提取的建筑数据，将视图转换为全景图，锁定之后要建模的二维空间线，并收集贴图数据和遥感图像，为建模工作提供数据资料。

统计社区中需要建模精细度高的大型建筑物；如使用工程中的高精度数据进行实际建模，则要根据 AutoCAD矢量底图来确定建筑物的形状以及位置，利用从高分辨率图像中提取大楼阴影的长度，同时结合相关算法和图像参数；这样就可以提取出建筑物的高度。而模拟建模也需要一个相对精细的AutoCAD底图作为支撑。冻结3D Max社区模型的建筑底图，并尽可能将其应用于模型建立的环节，以1∶1的比例对其进行精确建模，注意点面要尽可能的少；贴纹理数据，数码相机拍摄纹理实体图片，有两种思路可供考虑：一是使用内部的vray渲染器完成相应渲染工作；二是使用外部的PhotoShop软件完成模型的外部纹理渲染;建模完成后，能够将模型保存为多种格式：WRL格式、3DS格式或obj格式等，有利于其进行日后的优化与运用。完成主要地物布局，对主要地物即建筑与植被进行建模与编辑，并完成建模，如图2所示。

3 智慧社区三维建模二次开发

3.1 开发组件与平台

开发平台使用VS Code编译器，简单介绍一下，VS Code是GitHub上的顶级开源项目之一，它作为一个免费下载的编程项目实现了平台化。此编译器能够在桌面上运行，还具有 Windows，mac OS和Linux。能够支持JS、TS的内置，可以充实其他语言（例如C#、Java、Python、PHP）和运行时扩展的生态系统。开发组件使用超图即SuperMap提供的iDesktop桌面开发包与iServer云服务组件。iServer与iDesktop都属于超图软件的SuperMap GIS 10i（2020）体系框架中，所以简单介绍一下相应的情况；超图软件研发的大型 GIS 基础软件系列——SuperMap GIS，集二三维一体化空间数据采集、编辑、输出及可视化于大成的综合性软件平台。

3.2 功能实现思路与结果

使用SuperMap处理max文件，在iserver上发布模型的相关服务；使用VS Code 调用SuperMap桌面GIS功能进行属性查询、缩放、三维可视化功能的调用；最后使用Cesium调用模型，进行三维模型的三维显示，如图3所示。Cesium属于国外一个基于JS编写的使用WebGL的地图引擎，Cesium具备了支持3D，2D形式的地图展示的功能，其能够自行绘制图形并具备了很好的触摸支持，兼容大量的chrome端口[6]。相当于Web端的Google Earth，且更加灵活。使用Live Server插件可以在开发代码过程中随时进行Debug。

在Live Server插件帮助下，在浏览器中以WebGL的云服务形式成功运行，在Cesium提供的三维地球表面成功与相应地块匹配，并实现缩放，三维可视化及属性查询等重要功能的实现，如图4所示。而Live Server作为 iserver云服务组件之一，作为跨平台GIS为核心进阶而来的云计算GIS应用服务器，具备了很强的 GIS 服务发布能力，同时还支持多层次的扩展以及开发操作。尤其有着大量空间数据的支撑，其有关大数据和地理空间分析的三维Web服务十分优秀。

4 结语

本文经过大量文献调研并分析了现阶段各类三维建模软件的应用状况及建模效果，并以SketchUp与3D Max两大主流软件为基础针对智慧社区场景下进行精细建模工作。在进行方法对比的同时，本文依托Web端开发技术结合超图（SuperMap）服务器及开发端口，对三维模型进行相关二次开发；在Web端实现实时三维显示与属性查询功能。以体现三维精细建模技术在智慧社区管理层面上的必要性及便利性。

参考文献

[1] 毛佩瑾，李春艳.新时代智慧社区建设：发展脉络、现实困境与优化路径[J].东南学术，2023（3）：138-151.

[2] 李峥，张小双，吴剑，等.地理信息技术支撑的智慧社区多场景应用研究[J].地矿测绘，2023，39（3）：29-33.

[3] 张钰宁.基于数字孪生的智慧社区信息管理研究[D].长春：吉林建筑大学，2023.

[4] 俞贝妮.未来智慧社区医疗设施设计研究[D].上海：东华大学，2023.

[5] 崔静，陈贵珍，储鼎，等.三维智慧社区网格化管理系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2023，46（S1）：109-111，115.

[6] 蔡周平.基于Cesium的三维智慧社区开发[J].北京测绘，2020，34（2）：190-193.