基于AnGeo平臺的二三維數據可視化實踐

宋奇鴻

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

基于AnGeo平臺的二三維數據可視化實踐

宋奇鴻?

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

簡要介紹了城市規劃三維報建的基礎數據和主要流程，并基于AnGeo平臺闡述了三維數據的可視化過程及基本原理，介紹了通過數據預處理、數據接地和網絡發布等三個步驟實現的二、三維報建數據可視化實踐。最后結合廣州市六十六中學的實例簡要展示了AnGeo的二三維聯動等規劃管理方面的空間分析功能，對城市建設的三維仿真管理提供了一定借鑒意義。

可視化；數據編譯；網絡發布；AnGeo

1 引 言

基于三庫(模型、影像、DEM)一體化的實時3D可視化技術發展非常迅速，在計算機上實現GIS環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/服務器)體系的流行，瀏覽器已經成為客戶端使用最廣泛、用戶最容易接受和使用，與服務器交互最頻繁的軟件之一[1]。

通過結合三維可視化與虛擬現實的網絡三維發布技術，可以再現城市地理環境的真實情況，把所有管理對象都置于一個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劃管理審批系統中的應用。

AnGeo平臺系統是高德軟件公司在地理信息三維應用領域開發的一款三維GIS軟件，核心組件包括Terrain-Builder和ModelBuilder兩部分，分別用于影像數據、DEM數據和模型數據的處理。平臺采用B/S三層體系結構，即客戶端(瀏覽器)、數據服務器和充當兩者之間聯系紐帶的應用服務器，在海量三維數據存儲顯示、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 規劃報建基礎數據

三維報建主要流程如圖1所示。

規劃報建數據由于需要高精度的真實再現實地信息，并基于現有數據對擬建建筑進行系列空間分析以及虛擬現實動態分析，因而主要應包括兩個部分，一是二維數據，包括規劃部門審批的用地紅線圖，建設單位提供的電子報建圖(平面、立面和剖面)——用于放線方案定制和準現狀模型建立，和實地數字化測圖得到的1∶500現狀地形圖——用于現狀模型的建立以及3DGIS中的控高、陰影等空間分析；二是三維數據，包括DEM、DOM數據——用于三維地形建立，和不同設計方案的準現狀模型——用于多方案對比分析等[3]。

圖1 三維報建主要業務流程

AnGeo平臺出于對數據安全性的考慮，在實現二、三維數據可視化的過程中定義了固有的運行數據格式。DEM和DOM數據分別采用ASCIIGrid(?.asc)格式和TIFF(?.tif)格式，覆蓋報建施工的全范圍，來源于市規劃局地理信息庫；Vector數據采用shp或dwg格式，如用地紅線等；Model數據采用自定義的USX (?.usx)格式，包括現狀模型及報建準現狀模型。

對于報建場景范圍，只有擬建建筑周邊需要較高的細節層次，以保證三維數據的精度和真實感。細節層次LOD(Level Of Detail)模型是解決上述問題的主要技術途徑。AnGeo平臺按照一定的算法對原始幾何模型進行了簡化，并在數據預處理過程中產生兩級離散的不同LOD模型，簡化后的幾何模型數據比原始數據量有所減少，降低了對計算機軟件和硬件設備的需求，從而提高了數據處理的速度，縮短了人機交互時間，提高了三維數據可視化效率，如圖2所示。

圖2 兩級LOD模型對比

3 基于AnGeo平臺的三維規劃報建數據可視化基本步驟

一般而言，基于AnGeo平臺的三維GIS數據網絡可視化可以簡單分為數據預處理、數據接地和網絡發布等三個步驟。

3.1 數據預處理

AnGeo平臺對DEM、DOM和矢量數據采用金字塔技術進行發布，金字塔級別和數據分辨率、數據可見高度相關。不同級別DOM或DEM的分辨率存在2的N次方關系，而矢量數據則僅與默認顯示高度相關。因而平臺通過設置數據的最大、最小級別，和統一的坐標投影轉換處理后，生成AnGeo運行的金字塔數據，這一過程稱為數據編譯。數據預處理，就是將待發布的三維報建GIS數據進行編譯，轉換至AnGeo平臺支持的格式，其中包括坐標系的轉換，數據格式的轉換等。

地形和影像數據的預處理階段，通過在AnGeo平臺讀入DEM地形數據和DOM影像數據，并基于數據分辨率，比照平臺自定義的金字塔級別映射關系設置編譯級別。當最大級別與最小級別設置相同時，則只編譯該級別數據[2]。如果編譯的數據相對正確位置有所偏移，則需要通過設置球面坐標偏移值和平面坐標偏移值予以糾正。由于廣州城建系統采用地方城市坐標系，相對于國家大地坐標系的偏移，可以采用AnGeo平臺設計的投影變換和坐標偏移方法處理，完成編譯過程。

預處理過程中，如果有多份數據在同一路徑下進行編譯時，將按照“后編譯覆蓋先編譯”的原則自動進行同級數據邊緣融合或疊蓋。如圖3所示，如果DOM2編譯路徑與DOM1相同時，DOM2的數據會自動逐層覆蓋DOM1的相應級別數據。

模型數據在3dsMax中通過建模和貼圖獲取，利用DirectPanda格式轉化插件[4]，轉換為系統支持的數據格式(?.usx)，并進行編譯、坐標系統轉換等數據預處理。

圖3 多重數據疊加關系圖

3.2 數據接地

由于影像數據和模型數據都不帶有絕對高程信息，在數據預處理之后，需要進行進一步配對融合，使其與發布的城市規劃放線測量小區域的最高級DEM數據相協調，這里稱為數據接地。經過配準和校正，影像數據即可和DEM很好的融合。而模型數據接地處理時，采用從指定的最高級地形數據獲取高程。其主要規則為，以每個模型對象的最低點獲取高程作為整個模型的基準高程。這種處理方式導致的缺陷就很明顯，就是模型數據容易造成與既有的DEM割裂。對此，AnGeo平臺提供了地面填平功能，其實質就是對選中區域的DEM進行處理，消除區域相對高差。

3.3 網絡發布

網絡發布是指將經過預處理和接地處理之后的二、三維數據，通過AnGeo平臺發布到Web(這里是指規劃審批部門的內部局域網絡)。其中DEM和DOM數據經分級重采樣編譯后發布，Model數據經索引處理等編譯后發布。

地形數據和影像數據發布階段，為了使發布的DOM和DEM在不同金字塔級別的數據拼接處自然合理，需要與現有數據融合，也就是用上一級別的數據或同級別已發布數據填充無效值。數據融合過程中，An-Geo平臺要求處于上層數據的地理范圍必須包含當前發布數據的地理范圍；上層數據與當前發布數據的金字塔級別必須連續，不能有間隔；當前發布數據的金字塔級別與上層數據有重疊時，重疊部分使用同層數據進行融合，非重疊部分將使用比當前數據最低級別低一級的數據進行融合[2]。如圖4所示，DEM2上層數據路徑為DEM1，將使用DEM1的第10級數據與DEM2進行融合，DEM3上層數據路徑為DEM2，14、15級數據使用DEM2的第14、15級數據進行融合，16、17級使用DEM2的第15級數據進行融合。

圖4 多份數據邊緣融合關系圖

模型數據的網絡發布在ModelBuilder工具中實現，由于在同一次發布的模型數據作為一個整體存儲在服務器中，其具體的發布方案(如表1所示)直接影響了三維數據的圖層控制與可視化?？紤]到規劃地形和現有地形在規劃審批中的不同地位以及用地紅線的重要性，三維報建中將模型數據劃分為報建建筑物模型、規劃路模型、規劃涌模型、用地紅線模型、規劃地形模型、周邊建筑物模型、和現有地形模型等7大類用于輔助規劃審批[5]。

模型數據發布標準 表1

4 三維報建數據管理

4.1 數據基本信息管理

GIS數據信息包含空間信息、屬性信息和時間信息。在二維GIS中，數據結構模型采用的是柵格與矢量混合使用的方法，用戶客戶端數據的顯示與空間分析主要用矢量形式來表現，柵格形式則作為補充。而對于三維GIS而言，其數據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的數據庫管理包括了對屬性數據和空間數據庫的綜合管理，即屬性數據和空間數據都保存在數據庫管理系統(DBMS)中。AnGeo采用將屬性數據保存在DBMS中，而三維模型數據仍作為文件存放。

4.2 二、三維數據聯動管理AnGeo平臺通過坐標匹配和名稱屬性匹配兩種方式建立信息機制，實現二三維雙屏輸出形式的聯動GIS，并在名稱屬性表不為空時，優先通過名稱屬性關聯匹配。

報建施工范圍內的二維GIS地物數據，在三維場景中均有相應的地物模型，而二維地物和三維地物都與同一關系數據庫的專業屬性表格關聯。對于同一空間地物，即可通過名稱匹配，實現二三維GIS交互訪問。

對于名稱屬性表為空，或者只有地形數據的區域(即某一視點)，AnGeo通過獲取屏幕目標點的三維坐標，基于坐標匹配將另一窗口視角轉換到該坐標上，并刷新圖層實現關聯訪問[6]。

實現流程如圖5所示。

圖5 二、三維數據聯動管理流程圖

5 結 論

本文以廣州市第六十六中學教學樓規劃報建為例，以建設單位提供的電子報建圖和實測1∶500現狀地形圖為主要基礎數據，進行了試驗。通過對報建前后的數據瀏覽比對以及在此基礎上形成的空間分析功能，從而為城市規劃管理者提供了更多、更準確的審批依據。

[1] 藍朝楨，周楊，馬東洋等.一種基于B/S結構的數字城市三維景Web發布模型[A].2005中國數字城市發展戰略論壇論文集[C].2005.

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

[3] 李德仁，趙中元，趙萍.城市規劃三維決策支持系統設計與實現[J].武漢大學學報·信息科學版，2011(5):505～509.

[4] Pandasoft Community Site[OL].

[5] 廣州市規劃局.廣州市城市規劃管理技術標準與準則(建筑工程規劃管理篇)[R].廣州，2004.

[6] 邵明旭，許惠平，覃如府等.二三維聯動的虛擬校園設計與實現[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工作。

2011年廣州市科技應用基礎研究專項(12c43071596)