基于參數(shù)化技術(shù)的數(shù)字城市三維建模方法研究

魏利萍

[摘要]隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，“數(shù)字化”已經(jīng)在研究領(lǐng)域當(dāng)中得到了更大的重視。因此，數(shù)字化建模已經(jīng)成為了未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建模存在的一些問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，將設(shè)計(jì)的理論知識(shí)作為建模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中對(duì)相關(guān)規(guī)則，模型的創(chuàng)建與優(yōu)化以及模型的相關(guān)分析進(jìn)行了敘述，不僅體現(xiàn)了城市模型設(shè)計(jì)的可視化特點(diǎn)，還體現(xiàn)了數(shù)字化特點(diǎn)以及參數(shù)化特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]參數(shù)化技術(shù)；數(shù)字城市；三維建模

科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，城市化建模成為了一種備受關(guān)注的發(fā)展領(lǐng)域，該建模的內(nèi)容包括城市建設(shè)的合理布局、城市的外觀建設(shè)、城市建設(shè)所具有的功能以及城市規(guī)劃當(dāng)中的相關(guān)業(yè)務(wù)，其中，相關(guān)業(yè)務(wù)是最為重要的。傳統(tǒng)的建模方法存在許多不足之處，需要對(duì)其進(jìn)行改革。因此，本文研究的數(shù)字城市三維建模方法具有非常重要的意義。

一、關(guān)于傳統(tǒng)建模方式的問(wèn)題所在

（1）該建模方式的三維可視化不夠完善。大多數(shù)城市建模所采用的方法都是二維的平面建設(shè)模型方式，確定方案完成以后，三維建模才開始。該建模的方式所體現(xiàn)的可視化不足，建模師不能夠看到細(xì)節(jié)性的方案，因此無(wú)法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，建模師在創(chuàng)建方案時(shí)，一般情況下都是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有提供一個(gè)模擬環(huán)境，導(dǎo)致建筑的比例尺設(shè)計(jì)以及顏色對(duì)比度都不夠完善。

（2）傳統(tǒng)的建模過(guò)程非常復(fù)雜。一般來(lái)講，三維的建模方式才是城市建模的首選方式，針對(duì)城市中的全部建筑物進(jìn)行有效建模，其任務(wù)量的大小可想而知。對(duì)于單個(gè)的建筑物來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的建模方式還能夠應(yīng)對(duì)，可以做到精細(xì)化，但是對(duì)于任務(wù)量較大的工程來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的建模方式就要面臨著淘汰。

（3）群眾不能夠參與到設(shè)計(jì)當(dāng)中。傳統(tǒng)的建筑方式是由建模人員將設(shè)計(jì)好的圖紙直接遞交給政府，政府對(duì)該設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審核并給出一定的修改意見，然而群眾從開始到結(jié)束都沒(méi)有參與到其中。

二、設(shè)計(jì)方式的基本理論依據(jù)

參數(shù)化技術(shù)指的是利用專業(yè)化理論知識(shí)與相關(guān)規(guī)則對(duì)幾何參數(shù)進(jìn)行確定和制約的一種建模的手段，在建立模型的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)改變某些參數(shù)的值來(lái)對(duì)新的模型進(jìn)行分析的高端技術(shù)。本文利用CityEngine軟件建立模型。該軟件自身具有許多優(yōu)勢(shì)，比如建模的速度特別快，可以提高模型重復(fù)使用率，并且可以保證設(shè)計(jì)的場(chǎng)景是實(shí)時(shí)有效的。

本文選用ArcGIS和CityEngine共同協(xié)調(diào)使用的方式對(duì)城市建筑物進(jìn)行有效建模。第一，利用ArcGlS對(duì)二維的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后借助于Geodatabase文件將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CityEngine基地模型當(dāng)中。第二，茌基地模型中運(yùn)用已經(jīng)得到認(rèn)可的規(guī)則，此時(shí)就達(dá)到了模型的初始狀態(tài)。其中所提到的規(guī)則具體指對(duì)建筑物的樓層數(shù)量、周圍的綠化設(shè)計(jì)以及建筑物周邊道路的寬窄等進(jìn)行制定，該項(xiàng)原則也是CityEngine運(yùn)行的重要支撐點(diǎn)。第三，在CityEngine當(dāng)中對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整操作，從而達(dá)到修改模型的目的。需要強(qiáng)調(diào)的是，參數(shù)與規(guī)則之間要確定一對(duì)一的關(guān)系，由此可以看出隨著規(guī)則的改變，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案是否仍然具有合理性。與此同時(shí)，CityEngine的使用人員也可以在使用的過(guò)程當(dāng)中得到許多重要資源分析的結(jié)果，利用這些分析的結(jié)果可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步的完善，從而促使方案和建模兩者可以同時(shí)進(jìn)行，利用可視化和參數(shù)化，對(duì)城市建模設(shè)計(jì)進(jìn)行確定。

三、建模方式的有效應(yīng)用

（1）相關(guān)規(guī)則的概述

茌對(duì)城市建模工作開展之前，必須創(chuàng)建一些與之相關(guān)的規(guī)則，從而提高建模的高效性。CityEngine模型的創(chuàng)建可以通過(guò)同享的模式進(jìn)行使用，一般情況下，都是使用已有的規(guī)則。與此同時(shí)，還可以依據(jù)相關(guān)要求制定屬于自己的特定規(guī)則，豐富城市建模的資源庫(kù)，不管是建筑物方面，還是道路建設(shè)方面以及綠化布局方面都需要有一定的規(guī)則，需要強(qiáng)調(diào)的是必需設(shè)定許多規(guī)則，不可以只有一個(gè)規(guī)則，以備對(duì)方案進(jìn)行修改時(shí)可以利用。

（2）模型的創(chuàng)建與優(yōu)化

模型的創(chuàng)建過(guò)程非常簡(jiǎn)單，利用GeoDatabase文件，將存儲(chǔ)于ArcGIS中的二維數(shù)據(jù)使用拖拽的方法存入到CityEngine場(chǎng)景當(dāng)中。通過(guò)三維建模的方式對(duì)城市建模的設(shè)計(jì)起到輔助的作用，那么就需要利用CityEngine對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)應(yīng)的調(diào)整方案一共有三種：（1）在檢閱視圖模塊進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)對(duì)建筑的高度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，首先執(zhí)行選中操作，接下來(lái)在工具欄中重新設(shè)置高度的參數(shù)。（2）參照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行語(yǔ)句調(diào)整操作。需要調(diào)整相關(guān)規(guī)則文件，將其在CityEngine場(chǎng)景當(dāng)中進(jìn)行重新加載。例如，需要將建筑物的高度重新設(shè)置為16m，那么需要輸入的命令語(yǔ)句為attrheight=16，即可實(shí)現(xiàn)將原有的設(shè)計(jì)的高度12m變?yōu)?6m。（3）利用交互視圖對(duì)相關(guān)規(guī)則參數(shù)進(jìn)行調(diào)整操作。CityEngine文件具有可視化特性，利用該文件可以非常清晰地對(duì)視圖參數(shù)進(jìn)行調(diào)整操作，想要達(dá)到對(duì)規(guī)則進(jìn)行增加或者減少的目的，只需要對(duì)組塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整即可。

（3）模型的相關(guān)分析

利用CityEngine當(dāng)中存有的專業(yè)分析方案，可以非常容易的對(duì)城市建模的方案進(jìn)行調(diào)整。例如，在調(diào)整建筑物的高度和相關(guān)密度參數(shù)時(shí)，可以將陰影分析作為參考；如果想要調(diào)整建筑物的整體布局，可以參考天際線分析，從而對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行完善，這就是該建模軟件所具有的特性，可以對(duì)實(shí)現(xiàn)操作無(wú)法調(diào)整的內(nèi)容進(jìn)行有效調(diào)整。

（4）得到相關(guān)成果，確定最終設(shè)計(jì)方案

當(dāng)建立的模型和修改的方案都得到了認(rèn)可時(shí)，就可以確定方案成立，與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)效果圖也隨之產(chǎn)生。

總結(jié)：

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，CityEngine的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，利用CityEngine共享特性，使得對(duì)數(shù)量巨大的城市建筑進(jìn)行建模不再成為難題，促使了城市建筑規(guī)模化的發(fā)展，使得城市建模在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域走向成熟化，提高了相應(yīng)的可視化程度，可以讓群眾參與到其中，給出一些參數(shù)調(diào)整意見，使得新技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值更加突出，從而促進(jìn)了城市建筑的發(fā)展。