三維可視化技術在“房地一張圖”中的應用研究

唐文剛 孫偉曄

【摘 要】本文介紹了基于Skyline 技術的三維地理信息系統的建立方法。闡述了系統的功能和關鍵技術，實現了在蘇州工業園區“房地一張圖”平臺中的應用。

【關鍵詞】三維可視化；房地一張圖；信息系統

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A

1、引言

隨著計算機技術和現代測繪技術的迅猛發展，計算機三維仿真技術和地理信息系統的緊密結合，為城市空間地理信息系統的建設提供了嶄新的表現方式。通過計算機再現數字城市，在逼真的三維視覺交互中，對城市空間信息的主要要素，諸如建筑物、道路、水系等進行多方位、多層次的觀察、分析，為人們認識和改造城市社會提供了嶄新的觀察和分析方法[1]。這種三維城市景觀技術以其鮮明的技術特點和應用前景，在城市規劃、國土資源、房產管理等領域發揮了巨大的作用。

蘇州工業園區開發建設以來，通過實踐和積累并積極借鑒新加坡先進經驗，信息化建設起步較早。隨著應用的不斷深入，對信息化的要求越來越高，為此園區開發建設了基于政府地理信息云平臺的“房地一張圖”平臺。并在該平臺上開發出一個三維可視化系統，以滿足三維地籍、三維房產管理的需要。

2、系統架構

三維可視化技術的迅速發展和應用,出現了各種三維仿真技術。例如，國外主要有 ArcGIS，Google Earth，Skyline，Multigen 公司的 Vega 等; 國內高校和科研院所也開展了相關研究并研制出部分產品，如靈圖公司 VＲMap、國遙公司 EV－Globe、開源框架的 World Wind 的等[2]。

Skyline TerraSuite平臺是一套基于網絡的三維空間數據交互式可視化解決方案平臺，它是利用航空影像、衛星數據、數字高程模型和其它的二維或三維信息源，包括地理信息數據集層等創建的一個交互式環境。它能夠允許用戶快速地融合數據、更新數據庫，并且有效地支持大型數據庫和實時信息流通訊技術。Skyline可以支持網絡發布城市三維地理信息的應用，并且對三維模型的屬性管理也比較完善[2]。本項目就是基于Skyline進行設計開發的。如圖1為整體系統架構：

圖1系統架構

3、系統功能

本系統主要包括四大功能模塊：場景創建、場景瀏覽、數據輸出、信息查詢。

3.1場景創建

可以三維實時編輯物體，對場景中的物體進行位移、旋轉、縮放、對齊等等操作?？梢灾苯佑檬髽丝刂?，也可以通過調整物體屬性數值，精確調整模型?？梢詫隓EM數據生成地形，可以對矢量地物進行編輯插?？梢酝ㄟ^自定義節點制作很多特殊效果和功能，如噴泉、爆炸、火焰、水流、霧等。具有場景文件導入合并功能。

3.2場景瀏覽

提供鍵盤或鼠標實現兩種最基本的實時、交互式瀏覽操作，通過步行模式、飛行瀏覽、全屏幕瀏覽、建筑物內部漫游等，使任意交互式瀏覽變得更輕松。

3.3數據輸出

系統提供功能非常強大的動畫編輯功能，它不僅能編輯對象位置變化的動畫，例如設定飛行路線，還可以編輯一切開放屬性的動畫，如顏色的變化、紋理的變化等等。支持將編輯好的動畫以AVI或高分辨率位圖文件輸出。

3.4數據查詢

本模塊可以通過激活高亮視窗中的建筑物，并點擊目標對象查詢其土地登記和房地產產權登記信息。

4、關鍵技術

4.1多細節層次技術

多細節層次技術指根據物體模型的結點在顯示環境中所處的位置和重要度，在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐級簡化細節決定物體渲染的資源分配，減少場景的幾何復雜性，從而提高繪制算法。它依據場景對象模型和視點的距離，選擇合適尺度模型表示來進行繪制。如果模型離視點較遠，且在屏幕空間的投影區域覆蓋較少像素，則用尺度小的模型來進行表示；相反，模型離視點較近，則采用尺度大(精細)的模型來進行表達[3]。尤其是它的繼承框架結構，在描述場景模型間的互動關系以及交互環境時，能提高系統渲染、漫游速度，顯得尤為有用，比較符合當前三維地理信息系統的要求。

4.2實時渲染技術

圖形生成速度主要取決于系統所采用的圖形處理的軟硬件體系結構，特別是圖形硬件加速器的圖形處理能力，以及圖形生成所采用的各種加速技術，除此以外還依賴于虛擬場景的復雜程度和真實感程度。目前OpenGL仍然是大多數三維引擎的設計基礎，提高系統實時三維渲染性能的有效措施是減少進入OpenGL圖形渲染通道的頂點和三角形數量。因此在生成階段，我們采用一定的技術將一個原始場景的頂點減少對三維場景數據進行預處理。在遍歷階段我們通過執行各種“剔除”技術來控制減少進入OpenGL圖形渲染通道的有效數量。通過運用這些技術，可以將場景中的有效數據量大大減收。

4.3三維交互技術

交互性是三維地理信息系統的重要特性之一，根據系統的不同運行模式，交互操作的對象有所不同，主要分為三維模型交互和三維場景交互。在場景漫游模式下，用戶操作的對象實際上都可歸結為虛擬三維空間中的視點。通常情況下，我們將該模式下的交互操作稱為三維場景交互。對應地，另外一種交互過程稱為三維模型交互，它一般發生在場景修改（編輯）模式中，其操作對象為三維場景中的各種節點，是一種基于對象選擇的交互過程。

4.4三維空間查詢技術

與三維空間內的實體對象相關聯的信息包括兩方面的內容，即實體固有的一些特性，如紋理、材質等，對于這些要素的描述我們統一用表面特征來管理，并集成在場景數據庫里；另外對空間對象進行三維表達與管理，將業務審批數據庫嵌入GIS中,實現對三維建筑物的三維查詢與統計分析。

5、實際應用

作為園區“房地一張圖”平臺中的一個重要子系統，三維可視化系統在實際應用中取得了顯著成效。利用本系統，我們完成了100平方公里的三維景觀制作任務，并把三維數據與業務審批（土地登記、房地產產權登記）數據進行了整合，實現了三維數據展示與查詢。相關功能如下圖所示。

圖1 三維展示

圖3 建筑物信息查詢

圖2 三維查詢

圖4 建筑物套信息查詢

6、結束語

三維可視化技術在“房地一張圖”平臺中的應用，使蘇州工業園區的國土資源和房地產產權管理手段從傳統技術提升到全新的三維可視化階段，解決了長期以來對建設項目管理不夠直觀、不夠真實的難題,使政府決策更加科學。其三維數據與政務審批數據庫的整合，實現了二三維房地關聯和時空信息的無縫銜接，對“智慧城市”等數字化建設具有一定的示范意義。

【參考文獻】

[1]蘇浩，苗天寶，白建榮.GEODEM組件技術在城市空間地理信息系統開發中的應用研究[J].遙感技術與應用，2002,17(6)：352-356

[2]普杰.基于Skyline的三維地理信息系統設計與應用[J].測繪與空間地理信息，2014,37(2)：153-155.

[3]張訓虎，章磊.LOD技術和最短路徑算法在交通三維地理信息系統中的應用研究[J].遙感信息，2014,29(2)：121-123.