2.5 維地圖中空間數(shù)據(jù)的可視化探究

□嘉興市自然資源和規(guī)劃局南湖分局 朱瓊浩

2.5 維又稱假三維，是一種將三維模型固定角度后輸出的圖像，具有類似三維模型的顯示效果。近年來，2.5 維城市地圖得到了快速發(fā)展（圖1），涌現(xiàn)了一批互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如E都市、都市圈等。2.5維數(shù)字地圖既擁有三維數(shù)字地圖表現(xiàn)力豐富、視覺效果好的特點(diǎn)，又具備數(shù)據(jù)量小、訪問速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟硬件要求較低，能滿足對三維地圖的遠(yuǎn)程快速瀏覽訪問需求，在傳統(tǒng)二維地圖和真三維地圖之間起到了很好的過渡作用。

▲圖1 模擬城市界面

嘉興市從2015 年6 月啟動(dòng)了三維城市地圖項(xiàng)目，重點(diǎn)對景點(diǎn)、建筑、道路等進(jìn)行局部立體展示。經(jīng)過多年的努力，目前嘉興市主城區(qū)的三維現(xiàn)狀模型已制作完成。在此基礎(chǔ)上對三維景觀模型按平行投影變換后，按照一定高度、視角和燈光效果進(jìn)行渲染輸出、加工制作即可得到數(shù)字側(cè)視地圖。先前發(fā)布在嘉興市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的“三維嘉興”（圖2）由于近幾年未更新，加之上級(jí)部門對天地圖的統(tǒng)一管理要求，目前暫未開放。新型智慧城市的建設(shè)推進(jìn)以及國土空間數(shù)字化治理能力提升要求對2.5 維度數(shù)據(jù)深度整合與推廣應(yīng)用提出了更高的要求。

▲圖2 嘉興2.5維地圖

一、空間數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及需求

目前，2.5 維地圖僅停留在立體俯瞰虛擬城市層面，但同一空間單元中土地利用現(xiàn)狀、地質(zhì)環(huán)境、國土空間規(guī)劃、土地管理、礦產(chǎn)管理、建設(shè)管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)尚未疊加融合，無法滿足城市有機(jī)更新、規(guī)劃審批、不動(dòng)產(chǎn)登記工作中對各類審批管理類數(shù)據(jù)的查詢與分析需求。為進(jìn)一步推進(jìn)智慧城市2.5 維一張圖的業(yè)務(wù)應(yīng)用，亟需整合搭載各種業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)信息，減少因辨認(rèn)地塊而產(chǎn)生的差錯(cuò)，提升政府部門工作效率。

二、空間數(shù)據(jù)可視化優(yōu)化

（一）地圖專題圖層優(yōu)化

圖層就像是含有文字或圖形等元素的膠片，一張張按順序疊放在一起，組合起來形成頁面的最終效果，相似原理在Photoshop 軟件進(jìn)行圖片編輯操作中就有成熟運(yùn)用。在測繪與地理信息成果中，我們經(jīng)常會(huì)見到各種專題地圖，如中國地圖出版社發(fā)行的《嘉興市城市地圖集》，包含有市域總覽、歷史印記、城區(qū)新貌、印象之旅等“圖層”內(nèi)容；又如我們平常使用的手機(jī)地圖中，除了經(jīng)常用到的普通地圖外也有大量的專題圖層，如城市熱力圖、遷徙地圖以及之前應(yīng)用較廣泛的疫情地圖等。

本次研究以2.5 維地圖作為專題圖層底圖，研究如何有效疊加各類專題要素。以自然資源和規(guī)劃管理全流程數(shù)據(jù)為例，地塊和房屋空間數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)信息。地塊作為面狀空間數(shù)據(jù)要素載體（表1），表現(xiàn)為2.5 維的矢量范圍示意。房屋則作為點(diǎn)狀空間數(shù)據(jù)要素載體（表2），表現(xiàn)為2.5 維的建筑輪廓范圍。

表1 地塊專題要素空間示意

表2 房屋專題要素空間數(shù)據(jù)示意

輔助要素則為2.5 維地圖界面中的選擇對象示意、圖層開關(guān)、操作按鈕、圖層符號(hào)、數(shù)據(jù)盒子及平面區(qū)位縮略圖等（表3），用于實(shí)現(xiàn)對顯示的信息圖層進(jìn)行選擇和對比。

（二）三維樹形目錄可視化

空間數(shù)據(jù)的可視化界面需要采用一個(gè)與2.5 維地圖相適應(yīng)的立體目錄。根據(jù)2.5 維地圖的特點(diǎn)，借鑒三軸空間坐標(biāo)系、彩色立方體和樹形目錄存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式特點(diǎn)，結(jié)合成為三維樹形目錄來作為本次界面優(yōu)化研究的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，通過Y 軸來增加或減少一級(jí)目錄，通過X、Z 軸數(shù)據(jù)盒子的展開來展示二級(jí)數(shù)據(jù)目錄，2.5 維地圖的圖面表現(xiàn)空間有限，一般不在三級(jí)目錄進(jìn)行擴(kuò)展。

（三）空間數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)

選取帶有地面建筑的2.5 維局部地圖作為底圖，在地塊和建筑上疊加可操作的輔助要素（圖3），箭頭表示兩個(gè)數(shù)據(jù)盒的一級(jí)目錄可在X 軸和Z 軸方向上擴(kuò)展二級(jí)目錄，通過對地塊或房屋顯示的切換，將表1 的地塊數(shù)據(jù)或表2 的房屋建筑空間信息抓取后進(jìn)行顯示，得到最終的效果，可直觀地獲取地塊或房屋相應(yīng)的審批或備案數(shù)據(jù)，也可以對該界面進(jìn)行導(dǎo)出數(shù)據(jù)的操作。包含層次關(guān)系的樹形數(shù)據(jù)庫文件作為空間數(shù)據(jù)顯示的導(dǎo)入文件，邏輯規(guī)則有待進(jìn)行統(tǒng)一定義。

▲圖3 空間數(shù)據(jù)按鈕展開前狀態(tài)（地塊及房屋信息界面）

三、應(yīng)用展望

相比于正在開展的實(shí)景三維地圖，2.5 維地圖在運(yùn)行成本及數(shù)據(jù)傳輸效率上仍有較大的優(yōu)勢，將2.5 地圖空間數(shù)據(jù)可視化優(yōu)化作為一個(gè)切入點(diǎn)，來探究未來2.5 維地圖將來潛在的運(yùn)用前景，對基層部門開展自然資源和規(guī)劃的日常精細(xì)化管理工作具有重要意義。