面向規(guī)則的三維古城虛擬技術(shù)的研究

王星捷 衛(wèi)守林

1(核工業(yè)西南物理研究院 四川 成都 610041)2(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 四川 樂山 614007)3(昆明理工大學(xué)信息工程與自動化學(xué)院 云南 昆明 650093)

0 引 言

隨著三維虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，面向規(guī)則的三維建模技術(shù)的應(yīng)用越來越多，國內(nèi)基于CityEngine的規(guī)則建模研究也不斷深入，如文獻(xiàn)[1-3]說明了如何運(yùn)用CGA語法快速建模，還原場景真實(shí)度，但所建模型均為現(xiàn)代化建筑。

關(guān)于古建筑的研究上，劉媛等[4]介紹了如何構(gòu)建古建筑模型，內(nèi)容主要是屋頂如何編寫，在門窗怎樣設(shè)計(jì)上提出建設(shè)的方法，沒有對屋體及分層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解。李昕娟等[5]描述了如何建立房屋整體，但缺乏門、窗等細(xì)節(jié)的講解，在實(shí)現(xiàn)圓柱中，采用了外部模型的替換，說明對規(guī)則的研究只針對了矩形面的規(guī)則模型。何鴻杰等[6]對古城三維建模技術(shù)描述較少，只是大體講解了建模的方法，沒有進(jìn)行細(xì)化研究，對于精細(xì)的模型采用的是3D MAX的制作方法?？v觀國內(nèi)三維建模技術(shù)的覆蓋方面，目前基于CityEngine規(guī)則建模的研究方式在涉及古建筑建模方面相比于現(xiàn)代建筑較為稀少，所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法都是常規(guī)的拉伸、平移、替換等規(guī)則模型的處理函數(shù)方法，復(fù)雜的模型都采用了外部模型替代，并沒有采用旋轉(zhuǎn)等方法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則的模型，使用的地形幾乎都是平面，缺乏三維地形的處理，也沒有涉及到綠化、路燈的動態(tài)布局。

本文以閬中古城為研究對象，通過遙感影像、DEM獲取地形和矢量數(shù)據(jù)。采用Delaunay三角剖分算法進(jìn)行地形處理，采用三角網(wǎng)法對地形進(jìn)行整平處理，采用CityEngine建模的規(guī)則語句，根據(jù)古建筑和古城的附屬建筑的不同建筑的風(fēng)格和幾何形狀特性，分析了結(jié)構(gòu)形狀，設(shè)計(jì)了規(guī)則語義算法，實(shí)現(xiàn)三維建模。針對綠化、路燈的分布，根據(jù)其動態(tài)分布的規(guī)律，設(shè)計(jì)了算法，自動批量地實(shí)現(xiàn)分布，實(shí)現(xiàn)閬中古城的三維虛擬平臺。

1 系統(tǒng)技術(shù)思想

獲取閬中古鎮(zhèn)地區(qū)的遙感影像圖，利用地形處理原理進(jìn)行底圖的制作與分離，首先在ArcGIS里面將其底圖導(dǎo)入，做出相對應(yīng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，再將規(guī)劃好的類別進(jìn)行分類型建立矢量數(shù)據(jù)，對不同的矢量數(shù)據(jù)添加屬性。將矢量數(shù)據(jù)處理完畢后，將采集到的二維數(shù)據(jù)通過與柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行整平操作，最終導(dǎo)出需要的DEM數(shù)據(jù)。CityEngine與ArcGIS有很好的兼容性，所以將在ArcGIS里面處理好的柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CityEngine軟件中。

中國古建筑住宅具有院落式布局，主要建筑物都在縱軸線上，次要建筑采取左右對稱的方式[7]，然后圍墻和回廊組成院落周圍，形成矩形庭院。閬中古城古建筑的建模思路是先進(jìn)行總體建模，然后分塊，最后分層，如圖1所示。

圖1 古建筑的建模流程

首先是對階基的設(shè)計(jì)，階基是整個房屋的底座，是整棟建筑的受力部分，它所發(fā)揮的建模作用是整體建筑該如何設(shè)計(jì)規(guī)劃。由于中國古建筑具有禮制性[8]，一般是以中軸線向縱深發(fā)展，左右對稱，它的個體造型不突出，建筑重復(fù)率較高，所以在階基平面上要依據(jù)中軸對稱原理進(jìn)行分割，然后進(jìn)行分塊建模，在造型一致的單體建筑上命名相同，使得建筑整體有對稱效果，這也保證了古建筑重復(fù)率高的特點(diǎn)，又提高了建模效率。屋身規(guī)則的編寫中，屋身的設(shè)計(jì)包括樓層拉伸高度、建筑層數(shù)、斗拱樣式、每層門窗和墻體特點(diǎn)該如何展示，該部分是規(guī)則編寫最繁瑣的地方，也是區(qū)分其他建筑物的重要部分，涉及的函數(shù)、設(shè)計(jì)樣式、命名名稱較多，是規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化的重要方面。其次是屋頂?shù)慕ⅲ蓓斒枪沤ㄖ蠲黠@的特征，本文所研究的樣式為懸山、歇山、重檐。

在CityEngine軟件中利用CGA語言規(guī)則直接建模，結(jié)合幾何算法，方便地通過旋轉(zhuǎn)、偏移、拉伸等實(shí)現(xiàn)多種特殊效果的建筑和一些附屬物的動態(tài)布局等，如動態(tài)地布局路燈、垃圾桶，改變植物的密度等，可以進(jìn)行批量動態(tài)布局。

2 地形處理及整平

2.1 地形處理

在地形的生成中，有很多生成TIN的算法：經(jīng)典的Delaunay算法、Delaunay三角網(wǎng)凸殼生成算法和Delaunay三角剖分算法等。本文對Delaunay三角剖分算法[9]改進(jìn)后用于閬中古城的地形高程圖TIN的創(chuàng)立，生成的TIN精度更高。

改進(jìn)后的逐點(diǎn)插入算法的思想：將前期提取出來的信息中沒有經(jīng)過處理的點(diǎn)放在已經(jīng)創(chuàng)建好的Delaunay三角網(wǎng)中，然后進(jìn)行所在點(diǎn)與三角形的對比判斷。如果該點(diǎn)已經(jīng)在三角形的內(nèi)部，而且都已經(jīng)連接該點(diǎn)與三角形的每個頂點(diǎn),則利用Delaunay三角剖分準(zhǔn)則找出影響區(qū)，將影響區(qū)域里面的邊，利用算法將影響區(qū)進(jìn)行三角形的重建，一直重復(fù)該種算法，直到區(qū)域里面所包含的全部點(diǎn)都加入在最后的三角網(wǎng)里面。最后利用算法對該三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化操作。

操作步驟：

(1) 創(chuàng)立一個初始多邊形，該三角形應(yīng)該包括所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，即凸包，然后在凸包中建造初始Delaunay三角網(wǎng)。

(2) 將前期提取到的數(shù)據(jù)點(diǎn)加入到三角網(wǎng)中。

(3) 利用算法搜索含有這個點(diǎn)的三角形，并將這個點(diǎn)和這個三角形的三個頂點(diǎn)相連，構(gòu)成三個三角形。

(4) 利用改進(jìn)后的Delaunay三角網(wǎng)剖分法，找出影響區(qū)域，并刪除影響三角形的公共邊，最后連接插入點(diǎn)與該三角形的全部頂點(diǎn)。

最后利用LOP算法從里到外更新一遍所有生成的三角形，并對三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化處理操作，處理效果如圖2所示。

圖2 地形處理效果

2.2 地形整平

閬中古城的地形的實(shí)現(xiàn)，最主要的是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TIN模型。TIN與矢量數(shù)據(jù)的整平方法是利用截面法中形成三角形的原理，不斷將三角形細(xì)微化，然后利用挖方填方原理，計(jì)算出該地需要進(jìn)行填平整平操作還是挖方整平操作。實(shí)際最終是將高程數(shù)據(jù)通過連接字段使矢量數(shù)據(jù)具有高程，利用矢量數(shù)據(jù)對地形進(jìn)行整平操作，最終使地形呈現(xiàn)平整的面，使在其上建立的建筑物、植被等不會產(chǎn)生傾斜與倒塌的效果。整平前后效果對比如圖3所示。

(a) 地形整平后

(b) 地形整平前圖3 地形整平前后效果

3 古建筑規(guī)則設(shè)計(jì)

CityEngine中的規(guī)則語言CGA[10]形狀語法屬于建筑設(shè)計(jì)編程語言的一種，定義為4種組件：形狀、屬性、操作及語法規(guī)則。其生成的建筑物模型，擁有高視覺質(zhì)量以及幾何細(xì)節(jié)的特點(diǎn)。

形狀操作包括4種類型：

(1) 重復(fù)操作，在給定方向上重復(fù)操作幾何形狀。

(2) 范圍操作，平移t、旋轉(zhuǎn)r和縮放s。

(3) 分割操作，沿給定的x軸或y軸并設(shè)置分割尺寸進(jìn)行分割。

(4) 組件分割操作，點(diǎn)、邊、面的分割操作。

形狀語法規(guī)則可以替換和修改形狀，從平面開始，首先生成立體三維模型，再不斷使用形狀語法規(guī)則，逐步細(xì)化三維建筑模型形狀，生成最終需要的形狀。本文依據(jù)以上規(guī)則，進(jìn)行規(guī)則算法代碼設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)三維建模。

3.1 屋頂設(shè)計(jì)

古建筑建模的難度在于屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)，屋頂主要可分為雙面坡、四面坡和歇山頂。

雙面坡的規(guī)則語法為roofGable，四面坡的語法為roofHip，歇山頂是兩者的結(jié)合體。語法的作用是快速把一個平面衍生出多個平面，對aslant所形成的面根據(jù)右手法則判斷方向，進(jìn)行平行于屋脊正脊方向的分割，對吻獸的存放位置進(jìn)行預(yù)留，然后按垂直于正脊的方向進(jìn)行分割。

而對于雙面坡的平面衍生方式有兩種，一是通過將三角形進(jìn)行平移，從一端移動到另一端而形成的立體圖形，所涉及的平移公式如下：

(1)

式中：x、y、z為起始點(diǎn)的坐標(biāo)，x′、y′、z′為終點(diǎn)的坐標(biāo)，m、n、p分別為起始點(diǎn)在x、y、z方向上的移動距離，雙面坡屋頂生成示意圖如圖4(a)所示，是三角形從屋身頂部的一端移動到另一端，且只有一個方向上的移動，平移距離相同，即m=n=p=屋身長度。

第二種雙面坡屋頂平面衍生方式為屋身頂部矩形向上逐步迭代完成，但由于屋頂在一個平面內(nèi)的縮放矩陣易于求解，先運(yùn)用式(1)，得出豎直方向的距離矩陣，然后在平移后的平面上逐步縮放迭代，這也是四面坡屋頂面的衍生方式，迭代算法如下：

Xk+1=AXk+F

(2)

式中：k值為1，2，…，X為基礎(chǔ)矩形頂點(diǎn)坐標(biāo)的矩陣，F(xiàn)為平移矩陣，A縮放因子，所運(yùn)用縮放原理如下：

(3)

式中:Tx、Ty、Tz為基礎(chǔ)點(diǎn)在x、y、z方向上縮放比例因子，先向上平移矩形，如圖4(b)屋頂生成平移示意圖，得到平移矩陣，再通過縮放公式將平面向內(nèi)圈縮放，如圖4(c)屋頂生成縮放示意圖由于此時豎直方向無改變，在式(3)中Tz=1，即p1=p0，得到縮放矩陣，最后運(yùn)用迭代原理，k值不斷增加，直到矩形變成一條直線。

(a) 三角形平移

(b) 向上平移

(c) 向內(nèi)平移圖4 屋頂生成示意圖

歇山頂式的屋頂編寫基本原理是：屋頂下部分使用四面坡語法，上部分使用雙面坡語法。

3.2 門窗設(shè)計(jì)

門窗作為一個空間單元，是房屋的從屬部分，它的建筑風(fēng)格與主體房屋一致，彰顯了其和諧性。在屋身編寫時，運(yùn)用分割函數(shù)按照需要設(shè)置的門的寬度將門的區(qū)域在中軸線位置留出，其余部分是墻體與窗戶的設(shè)計(jì)空間。在門的位置運(yùn)用分割函數(shù)，分出門檻與門，然后對其進(jìn)行適宜的厚度處理，即拉伸函數(shù)的運(yùn)用，這是對一般房屋門的規(guī)則編寫方法。而對于房屋內(nèi)部有一定樣式設(shè)計(jì)的精細(xì)房屋門的制作而言，為了展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與門的真實(shí)空間感，可以在運(yùn)用分割函數(shù)時，將其分為兩扇或三扇，然后將門進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)操作。

在對平面進(jìn)行分割時要確定該平面是以x軸，y軸，還是z軸組成，這關(guān)系到分割的起始方向，但一個立體圖形都符合坐標(biāo)系的右手法則，拇指代表x軸正方向，食指代表y軸正方向，中指代表z軸正方向。

圖5為門窗分割效果圖，拉伸后根據(jù)右手法則判定該面的分割豎直正方向?yàn)橛蚁陆窍蜃?，水平分割正方向?yàn)橛蚁陆窍蛏稀?/p>

圖5 門窗分割效果圖

3.3 分層設(shè)計(jì)

首先將基礎(chǔ)面按右手法則確定出分割方向，將平面的四個角進(jìn)行分割，運(yùn)用式(1)把四個小正方形的四條邊按距離公式原理向上拉伸，形成柱礎(chǔ)與柱子，柱礎(chǔ)高度t=2，柱子的高度T=9。圖6(a)為柱子與柱礎(chǔ)生成示意圖。

四個小角之間的細(xì)小平面通過中軸對稱原理進(jìn)行分割，為建立撐拱需配合旋轉(zhuǎn)公式，圖中所示位置是繞z軸旋轉(zhuǎn)，公式如下：

(4)

旋轉(zhuǎn)角度θ=28°，再向上平移并拉伸，形成如圖6(b)撐拱效果圖。四周撐拱形成主要代碼如下：

yizhu-->

s(′1+1,′1,′1+1)center(xz)

extrude(y,lougao)i(″gongyuan/post3.dae″)

yizhu1-->

extrude(y,lougao)comp(f){front:xiezhu1}

xiezhu1-->

split(y){～1:NIL|1.2:split(x){～1:NIL|0.05:xie1|～1:NIL}|1.5:NIL}

xie1-->

s(′1,′1+2.2,′1)r(28,0,0)extrude(-1.05)comp(f){all:xietu}

yizhu11-->

extrude(y,lougao)comp(f){back:xiezhu1}

yizhu2-->

extrude(y,lougao)comp(f){right:xiezhu1}

yizhu22-->

門推開了，進(jìn)來一個穿深色軍服的東洋人。我瞅了他一眼，倒吸一口涼氣，不是的！這不是我的狼剩兒！這個人拉著張馬臉，走到桌前，往漆盒里丟了個小牌牌，取下腰間的長刀擱在桌上。我回過神兒，伸出雙手把他往門外使勁搡，一邊大聲叫：“伊藤！伊藤！我找伊藤！”

extrude(y,lougao)comp(f){left:xiezhu1}

在一層屋頂基礎(chǔ)面通過式(2)向上平移柱子的高度，即n=T=9，運(yùn)用矩形迭代的方式形成四面坡屋頂，將傾斜面按平行與正脊的方向分割，以便吻獸的建立。將horizontal形成的面進(jìn)行異名復(fù)制，一個作為二層地板面，另一個作為樓層基礎(chǔ)建立面，公式如下：

(5)

可以進(jìn)行平面內(nèi)的矩形縮放，由于該面是由x、y所構(gòu)成的平面，其中z=z0×Tz可視為Tz=0，走廊形成示意圖如圖6(c)所示，是將x、y方向上的縮放量設(shè)置成小于0的數(shù)，使平面向內(nèi)縮小，把四周圍欄位置留出進(jìn)行設(shè)計(jì)，Tx、Ty同時設(shè)置為0.8。

通過上述的設(shè)計(jì)思想，分層的進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)的古建筑效果如圖6(d)所示。

(a) 柱子與柱礎(chǔ)設(shè)計(jì)

(b) 撐拱設(shè)計(jì)

(d) 最終實(shí)現(xiàn)效果圖6 古建筑分層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程

4 動態(tài)布局設(shè)計(jì)

4.1 綠化密度動態(tài)設(shè)計(jì)

綠化地區(qū)生成樹木可以通過置換模型和散亂點(diǎn)的生成來實(shí)現(xiàn)，由擴(kuò)展函數(shù)生成的樹的類型和大小是相同的，并且樹的數(shù)目是相同的。為了使樹更逼真，可以使用fileRandom隨機(jī)生成模型樹，然后使用rand函數(shù)重新設(shè)計(jì)樹的高度來創(chuàng)建不同的高度。一個地塊內(nèi)的樹木模型的數(shù)量可以通過該地區(qū)樹木的密度來獲得。樹密度變換包括伸長變換、縮放變換、旋轉(zhuǎn)變換和剪切變換的復(fù)合，并用三列式矩陣表示，該矩陣將原坐標(biāo)更換為新坐標(biāo)。

(1) 將每點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)相應(yīng)增大(減小)至wy倍，增大(減小)到wx倍，得到的縮放變換的矩陣如下：

(6)

當(dāng)wx=wy時為比例縮放，否則為拉伸變換。

(7)

通過樹的平移，縮放等操作后，實(shí)現(xiàn)效果如圖7所示。

(a) 原始樹(b) 改變密度后圖7 樹的密度變換

4.2 位置動態(tài)布局

路燈、樹、垃圾桶等附位置屬模型的位置布局采用移動立方體法以及特殊的逐點(diǎn)插入法，相當(dāng)于循環(huán)移動的方法，主要采用了遞歸逐點(diǎn)插入法的思想。

(1) 首先建立三角網(wǎng)，并求出已知點(diǎn)集的矩形包容矩形框(Xmin，Xmax，Ymin，Ymax)，然后以對角線為基準(zhǔn)將此矩形框拆分為兩個初始三角形。

(2) 定位三角形：先從點(diǎn)集中選出一個目標(biāo)，再在已經(jīng)形成的三角網(wǎng)中找到含有這個目標(biāo)點(diǎn)的三角形。

(3) 確定影響域：從包含這個目標(biāo)點(diǎn)的三角形開始，基于記錄的拓?fù)湫畔?，再利用外接圓檢測的方法來找出外接圓包含當(dāng)前插入點(diǎn)的三角形集，三角形集的直徑所在的外邊界即是下個點(diǎn)的位置。然后依次對下個點(diǎn)進(jìn)行相同操作，其中空外接圓檢測按如下式所示。實(shí)現(xiàn)的效果如圖8所示。

(8)

圖8 路燈、樹木動態(tài)布局效果

5 三維虛擬技術(shù)分析

三維建模技術(shù)已經(jīng)非常成熟，常用軟件建模的技術(shù)有3D MAX、SketchUP等三維建模軟件。結(jié)合GIS技術(shù)的三維虛擬軟件平臺有SuperMap、MapGIS、CityEngine等。

3D MAX建模周期長、模型精度高、模型數(shù)據(jù)大；由于數(shù)據(jù)量大，許多GIS軟件平臺無法支持?jǐn)?shù)據(jù)量較大的模型，不適合城市規(guī)模的建模，只適合小區(qū)域模型的展示。

SketchUP的建模方式制圖效率低下，而且通過SketchUP當(dāng)中的模型分析，發(fā)現(xiàn)場景中植物的表現(xiàn)效果很差，它的植物很多都是二維形式的，從俯視圖看就是很薄的一片，不具有立體效果。在SketchUP中，由于建筑建模時是先把建筑部件創(chuàng)建完成，然后對所完成的建筑部件進(jìn)行拼接才能將整個建筑對象完整地展示出來，這就導(dǎo)致當(dāng)建筑層面過多或觀看視角較遠(yuǎn)時，建筑就會出現(xiàn)破面現(xiàn)象，如圖9所示。

圖9 SketchUP中破面現(xiàn)象

在SuperMap和MapGIS建模過程過程中，對每種類型的建筑需單獨(dú)建立圖層，以方便對建筑推出高度的設(shè)置，而且對于它的貼圖不像在本次設(shè)計(jì)中對每一面的貼圖門窗單獨(dú)分割。對建筑面一面整體貼圖，不能顯示出模型的精細(xì)度，對于復(fù)雜建筑需要導(dǎo)入外部模型進(jìn)行場景優(yōu)化，這樣很容易出現(xiàn)貼圖消失的情況。而且場景呈現(xiàn)時由于建筑拉伸沒有立體厚度感，對于遠(yuǎn)處建筑群有一種半透明狀態(tài)的視角感，出現(xiàn)如圖10所示的貼圖消失的情況。而且地形處理的效果差，真實(shí)度不高。許多精細(xì)的模型需要用外部三維軟件建模后導(dǎo)入。導(dǎo)入的控制點(diǎn)是通過人工操作，必然會有一定偏差，這就導(dǎo)致最終模型不夠精確。

圖10 貼圖消失情況

CityEngine將三維建模技術(shù)和三維虛擬技術(shù)融為一體，三維建模技術(shù)采用了靈活性好、復(fù)用性高的面向規(guī)則的三維建模語言實(shí)現(xiàn)。可以通過分析各種幾何特性和幾何形狀算法，進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。減少了對外部三維軟件的依賴，同時減少了模型的數(shù)據(jù)量，便于數(shù)據(jù)的加載和發(fā)布。在導(dǎo)入的原始矢量圖中建模，位置精準(zhǔn)。模型通過分層設(shè)計(jì)，對墻體、窗戶、柱子等能精確控制，保證了模型的精度和真實(shí)度，同時也便于后期的維護(hù)。在處理樹木、路燈、垃圾桶等模型時，通過算法可以實(shí)現(xiàn)等距的動態(tài)布局插入，不用進(jìn)行人工的插入操作。對于規(guī)則相同的區(qū)域，可以通過規(guī)則批量生成模型，對于相似的建筑模型，門、窗、屋頂?shù)纫?guī)則進(jìn)行復(fù)用，減化了整個建模的過程和周期。在建模前期需要對各種模型進(jìn)行精確的分析，在后期維護(hù)的過程中只需對照代碼進(jìn)行調(diào)整，維護(hù)過程簡便。采用面向規(guī)則三維虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)的閬中古城虛擬平臺展示效果如圖11所示。

圖11 閬中古城三維虛擬平臺展示

6 結(jié) 語

本文采用了CityEngine基于面向規(guī)則的三維虛擬技術(shù)對閬中古城進(jìn)行了虛擬平臺的建設(shè)，研究了遙感影像數(shù)據(jù)制作地形數(shù)據(jù)的技術(shù)和地形整平技術(shù)，分析了古建筑的建筑結(jié)構(gòu)、空間位置、幾何形狀、屋頂形狀、門窗分布的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了幾何特性的算法、平移和旋轉(zhuǎn)的規(guī)則，完成了古建筑的建模。針對特殊形狀的建筑如燈籠等，研究了旋轉(zhuǎn)曲線以及旋轉(zhuǎn)的過程，設(shè)計(jì)了規(guī)則算法。對于樹木的密度、路燈等附屬物的布局等，根據(jù)其變化的特性，設(shè)計(jì)了對應(yīng)的算法，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)的位置布局和樹木密度的增減。在實(shí)現(xiàn)過程中，自動化程度高，相同的模型，通過統(tǒng)一的規(guī)則進(jìn)行批量生成；相似的模型通過屋頂、門窗等局部部件規(guī)則的復(fù)用，得以快速實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的三維虛擬系統(tǒng)精度高、數(shù)據(jù)量小、減少了對外部模型的依賴，便于后續(xù)的維護(hù)和修改。

本文采用的面向規(guī)則三維虛擬技術(shù)有一定的不足：(1) 在設(shè)計(jì)規(guī)則的前期，需要花大量的時間對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析、分層找規(guī)則、分析幾何特性、設(shè)計(jì)對應(yīng)的算法；(2) 對于不規(guī)則的建筑或者其他模型，需要通過構(gòu)造復(fù)雜的幾何曲線和旋轉(zhuǎn)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜。針對不足之處提出建議：(1) 復(fù)雜的建筑，由規(guī)則和不規(guī)則的形狀構(gòu)成。對于規(guī)則部分，可以用規(guī)則完成規(guī)則部，部分不規(guī)則的修飾模型可以用外部建模軟件實(shí)現(xiàn)，采用替代函數(shù)進(jìn)行替換，可以提高建模的速度。(2) 養(yǎng)成良好的編程風(fēng)格，以面向?qū)ο蟮乃枷雭碓O(shè)計(jì)規(guī)則，為了提高規(guī)則代碼的復(fù)用率，將門窗、屋頂?shù)炔考为?dú)寫規(guī)則，便于相似建筑代碼的復(fù)用。

基于CityEngine面向規(guī)則三維虛擬技術(shù)，雖然存在不足，但是在三維建模上有了技術(shù)性的突破，打破了傳統(tǒng)的建模技術(shù)的思想，不依靠三維建模軟件，不需要額外學(xué)習(xí)三維建模軟件技術(shù)。通過對建筑結(jié)構(gòu)的分析、形狀的研究，用規(guī)則代碼實(shí)現(xiàn)三維建模，讓三維建模變得更靈活性、更智能化、更高的自動化程度、更強(qiáng)的維護(hù)性，在三維古鎮(zhèn)、古城的建設(shè)中，有著極大的應(yīng)用前景。