虛擬城市的設(shè)計與實現(xiàn)

楊敏龍

摘要：虛擬技術(shù)能夠以圖形圖像方式把虛擬的事物直觀的表達(dá)出來，直觀的呈現(xiàn)出各種變化形態(tài)，方便人們直接獲取靜態(tài)、動態(tài)特征。本文對ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術(shù)平臺進(jìn)行研究，通過對技術(shù)平臺的整合，二維矢量數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)了虛擬城市。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)MapGIS二維矢量數(shù)據(jù)虛擬城市

0引言

虛擬城市帶來全新的體驗，能夠直觀的全面的了解城市的立體化信息，虛擬城市的建設(shè)，全面提升城市的形象，增強(qiáng)體驗程度，增強(qiáng)了城市可視化管理。通過虛擬城市的漫游，可以達(dá)到身臨其境的效果，全面、直觀的了解城市全貌。同時對以后的城市管理和人們生活都很有幫助。

本文基于結(jié)合了ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術(shù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和整合，將二維矢量數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行了無縫的融合和聯(lián)動。實現(xiàn)了虛擬城市系統(tǒng)，實現(xiàn)了三維漫游、日照分析、地形剖切和坡度、坡向分析等功能。

1二維數(shù)據(jù)處理

首先在MapGIS的數(shù)據(jù)庫中建立數(shù)據(jù)庫。再在數(shù)據(jù)庫下面的空間數(shù)據(jù)集創(chuàng)建要素數(shù)據(jù)集。并且在柵格數(shù)據(jù)集中導(dǎo)入學(xué)校的衛(wèi)星遙感圖。在繪制二維地圖的時候，因為房屋的屬性與道路等的屬性各不相同。所以需要建立點、線、面、區(qū)格式的數(shù)據(jù)。建立區(qū)代表建筑類，線代表道路類的矢量圖形。接下來就是利用軟件開始二維數(shù)據(jù)的繪制。其原理主要是根據(jù)遙感地圖數(shù)據(jù)的地物特征用矢量數(shù)據(jù)勾畫出其輪廓。將遙感數(shù)據(jù)中的所有地物用矢量數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來。

1.道路矢量化

首先創(chuàng)建道路類、周圍道路類、主干道路類。道路屬于線要素類，在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的時候把所有的道路創(chuàng)建為線要素類，不同的道路由于寬度不同，要區(qū)分為道路種類，例如：主道路，次道路。方便后面成功的對道路進(jìn)行緩沖分析，可以加以區(qū)分各條不同的道路。

2.建筑物矢量化

在對建筑物進(jìn)行矢量化的時候需要用不同的顏色區(qū)分不同的建筑物。首先需要在要素數(shù)據(jù)集下面創(chuàng)建一個建筑類的數(shù)據(jù)庫。然后添加創(chuàng)孵化園、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、賓館等要素信息。

3.綠化的矢量化

建立綠化數(shù)據(jù)庫。然后創(chuàng)建樹木以及綠化區(qū)兩個要素。樹木屬于點要素，而綠化區(qū)屬于區(qū)要素。在繪制綠化的時候可以分為樹木以及綠化帶。樹木屬于點集。可以先繪制一條閉合的曲線，然后點擊沿線布點。這樣可以使建造的樹木均勻的分布在這條曲線上。

4.河流以及湖泊的矢量化

創(chuàng)建河流以及湖泊數(shù)據(jù)庫。創(chuàng)建河流以及湖泊兩個要素。河流屬于線要素，湖泊屬于區(qū)要素。在進(jìn)行矢量化的過程中河流可以用線編輯，而湖泊可以用區(qū)編輯。這樣做的目地都在于后期制作三維的時候方便進(jìn)行緩沖分析。湖泊一般適用藍(lán)色加以區(qū)分。

2. 三維場景實現(xiàn)

三維場景是為了保證虛擬城市的真實性。為了使虛擬的城市更加真實，對三維建模的模型要求非常高。對建模的貼圖的縮放比精確度要求很精確。虛擬場景的基礎(chǔ)是二維矢量化以及三維建模，利用SketchUp建立城市中的特殊模型，然后通過MapGIS矢量化的二維圖形建立三維模型，然后在貼圖。采用ArcGIS和MapGIS矢量化二維圖形，然后進(jìn)行屬性的添加。要保證模型的精度，必須對建模進(jìn)行材質(zhì)和紋理貼圖的處理。而紋理貼圖的過程中對圖片的縮放比的要求非常高，要調(diào)試到最佳比例才能達(dá)到良好的效果。

三維模型的建立需要用SketchUp來完成，三維模型數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵在于添加的屬性是否合適，所貼的圖片比例是夠合適。這些都影響到三維模型的美觀程度。在導(dǎo)成三維模型之后，為了達(dá)到美觀的效果就必須對所導(dǎo)入的三維模型加以審視，比如：道路被建筑物所侵占。這樣就必須要刪除從前畫的道路，進(jìn)而重新繪制道路。而三維貼圖有一定的難度。在貼圖的過程中必須要考慮是否美觀，是否達(dá)到效果。如果出現(xiàn)問題則需要調(diào)試圖片的縮放比。由于沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，所以在調(diào)試過程中需要一邊選取縮放比，一邊觀察貼圖是否合適。

3. 三維漫游

據(jù)需求，設(shè)置好各種參數(shù)，把速度設(shè)置為固定速度10，把高程設(shè)置為固定高程2，角度設(shè)置為仰俯角10°這樣更能利于使用者的觀察。然后我們選擇路段開始漫游，選取所需要漫游的路徑，我們根據(jù)道路來依次選取點位，讓間距大概保持一致以免瀏覽者不適應(yīng)，最后，把所有點位確認(rèn)是否是在對應(yīng)的位置，能否瀏覽完城市的全景。漫游路徑在場景中如圖1所示。坡度分析的主要作用是可以讓瀏覽者事先了解一個地方的坡度緩陡的程度。這對于許多方面的應(yīng)用都極具研究價值。如圖2所示。

4.總結(jié)

本文采用ArcGIS、MapGIS技術(shù)進(jìn)行二維矢量化數(shù)據(jù)處理，采用SketchUp進(jìn)行三維模型的建立，通過MapGIS平臺對三維場景、三維模型和二維矢量數(shù)據(jù)的結(jié)合，實現(xiàn)了虛擬城市系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)了城市場景漫游、坡度分析等多個虛擬化功能，實現(xiàn)的效果好。為今后虛擬城市的建設(shè)提供了技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]許捍衛(wèi)，房曉亮，任家勇，范小虎， 基于SketchUp的城市三維建模技術(shù)[J]，測繪科學(xué)， 2011， 36（1）：213-214.

[2]王星捷，李春花， 基于SuperMap的三維數(shù)字城市的研究與應(yīng)用[J]，《電子設(shè)計工程》，2017，25（10）：6-9..

[3]曹兆峰，何燕蘭，李勝才，基于Sketchup和ArcGIS的數(shù)字城市三維建模技術(shù)[J]，地理空間信息， 2014（5）：46-47.

[4]孫釗，吳志華，熊偉，基于三維數(shù)字技術(shù)的城市設(shè)計研究與應(yīng)用[J]，城市規(guī)劃學(xué)刊， 2009（z1）：239-241.

[5]王星捷，基于MapGIS三維數(shù)字城市的實現(xiàn)[J]，《計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展》，2016，26（12）：96-98.endprint