三維GIS與城市規劃城市規劃與三維GIS城市三維GIS關鍵技術城市三維數據城市三維模型城市規劃技術方法科學化的需要三維GIS與城市規劃:城市規劃與三維GIS城市規劃對三維可視化技術的需求:公眾參與的城市規劃的需要科學的輔助規劃決策的需要三維GIS與城市規劃f??能的建筑體系——智能建筑體系”得到了迅速的發展。辦公建筑空間已不單純■s為公文交換的場所?而成為更注重體現以人為中心的"媒介環境"，辦公建筑L?形態的環境文化信息含量將隨之不斷增強，正向著未來的社會工作模式、城市?環境、生態環境等廣闊的空間拓展。這一切都需要新的規劃設計理論與之適應。:城編劃與三維GIS?空間信息技術發展給城市規劃帶來機遇?空間信息技術對城市規劃理論與實踐的拓展H?由于國際社會信息化進程的推動，當代辦公信息處理量成倍増長，一種〃可自■?由高效地利用新發展的各種情報通訊設備丁具有更自動化的高度綜合性管理功IIq:城編劃與三維G!S?空間信息技術發展給城市規劃帶來機遇H:空間信息技術對城市規劃方法與手段的更新H?城市規劃包括多方面的內容，為了使規劃更加科學，城市規劃的發展控制更為M艮示不叫百広口U而IEI石15思?必須依靠以計算機為基礎的現代化的方法和手段。利用遙感和全球定位系統能夠獲取建立城市三維可視化GIS中的數據，虛擬現實與地理信息系統是三維可視化GIS的核心技術。與這些技術方法有關的城市規劃技術并不側重于研究技術的本身，而在于研究在城市規劃領域如何有效的利用這些技術，使這些技術和方法發展成為基于特?空間信息技術發展給城市規劃帶來機遇三維GIS與城市規劃:城鵜!劃與三維GE?三維可視化與GIS技術給城市規劃工作帶來優勢＞三維可視化與GIS在城市規劃中的應用可以帶來以下優點：(1)決策的科學性?城市規劃管理是一個以土地空間使用為主要表征的多信息處理、復合過程,B

繁，需要決策者做出更具科學性、權威性的決策。(2)先進的管理方式?城市的快速發展使規劃管理部門的業務工作量不斷增加，信息量也隨之急參劇膨脹，傳統的管理手段和人工作業方式在現勢性、準確性、科學性和效率方s面已不能適應目前的需要，一個高效、規范、自動化、智能化的城市規劃管理'信息系統能夠有效的處理這些問題。?(3)實現標準化的工作模式.參實現辦案過程程序化和標準化、審批成果的規范化以及義務數據及圖形數#據的集成化管理，并使辦公自動化達到先進水平，不僅使得審批項目環節上實現辦公自動化，也建立起一整套完善的窗口和部門之間的網絡聯系，建立計算?機程序化的工作匯報制、備案制、檢查制。&3二-MlCT二|城兩二逛GIj天媛K不二I5虛擬現實虛擬現實(VR)是當代信息技術高速發展，并與其他技術集成的產物，是一種最有效的模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的高人機交互技術。這種模擬具有最基本的特征，即沉浸-交互-構想。VR是把人與信息集成起來的科壽學，目的是通過虛擬的體驗來表達信息，它與多種學科相結合，包括人工智能、VR所創造的虛擬世界里，必須具備三個要素：同虛擬世界的對話性、虛擬世界的自律性、虛擬世界的表現和臨場感。VR包括沉浸式與非沉浸式虛擬現實技術。沉浸式虛擬現實技術是通過一些特殊的外部設備來實現的。操作者可得到真實的立體感，并可以使用自然技能，對虛擬世界進行交互考察，使人完全沉浸到計算機創造的圖形世界里。非沉浸式虛擬現實技術?則是通過傳統的標準外設，主要是依賴軟件技術來實現的，其特點是經濟、方便。三維GIS與城市規劃/i)n藝揚卯slillle簽菌激III?i_級揚III握：。愈鋤￥—gnglt,ws介刑只適您耕lllngK孫淼-唑搗S長SK^W}函，獪fflljp^wt卿盤。茵掠令如她賻[wf^r■K杯凼岧眾哦_揩牾醐胞兇i!npew,坦陡Hfmlli^atfIIIF<l?1tIsl^!lIk<III9城而三維GIS關鐽技7|t?虛擬現實與三維技術在地理信息統中的應用三維GIS與城市規劃，：：2^?現今由于"3S"技術的迅速發展,越來越多的行業和領域都大量使用了地理信息系統，實現資源信息的科學管理，提供信息服務。虛擬現實、三維可視?化仿真技術在地理信息系統中的應用將使GIS不僅可以給用戶提供圖表、數據壽信息，而且在管理空間信息的同時，還能以圖形、圖像、視頻、音頻、動畫等才抓主自撕子簽?士士_加了（主皂如蓋I?能加一用領域，?與二維GIS相比，三維GIS用X、Y、Z來表述空間對象，對客觀世界的參描述能給人以更真實的感覺，它以立體造型技術來展現地理空間現象，不僅能a

夠表達空間對象間的平面關系，而且能描述和表達它們之間的垂直關系，還能對空間對象進行其特有的三維空間分析?Q操作功能。而與計算機輔助設（CAD）?及各種科學計算可視化軟件相比，它具有獨特的管理復雜空間對象的能力及空參間分析的能力。三維空間數據庫是三維GIS獨特功能的基礎，也是三維GIS的e

楊1\三維GIS的理論研究和系統建設工作與二維GIS相t匕也更加復雜。三維可視化、虛擬現實與GIS集成，形成兩種層次的三維可視化GIS:VR-GIS和3D-?GISO?虛擬現實與三維技術在地理信息系統中的應用三維GIS與城市規劃#城兩三維GIS關鍵技術sVR-GIS#

VR-GIS作為虛擬現實與GIS的一種結合技術,為人和地理空間的研究對象之#間創建了一個和諧、高效的交互環境。GIS與虛擬現實的結合大致通過三個階玢：齡抿的結合齡抿垣型捫功能的銃一捫虛擬耶茳與GIS的一休彳於慮擬那實技術與GIS強大的空間處理功能和多媒體技術相結合,在虛擬環境中能逼真*的反映出地學特征使得人機交互操作更加方便，用戶沉浸到一個計算機支持下的GIS系統所創建的虛擬環境中，與虛擬環境發生交互作用，并得到與實際的S物理參與相同或相似的感受。用戶可以在虛擬的地形、建筑、水域、生態環境kE?中完成諸如航行如移動視點，選擇，操縱如移動、放大、旋轉等，和命令等交_?互動作，通過立體可視裝置顯示在用戶的眼前，同時三維音響設備將仿真實體K?的參數空間如速度、狀態、類型等映射到音頻參數空間如音調、音量等，使其B?處T-個高度釀的視聽職中。qTnrrm二,三維GIS與城市規劃3城而三維G!S關鍵技術?虛擬現實與三維技術在地理信息統中的應用e3D-GISJ

?3D-GIS對客觀世界的表達能給人以更真實的感受,它以立體造型技術給用戶■

展現地理空間現象，不僅能夠表達空間對象間的平面關系，而且能描述和表達它們夕間的S向竽S:S々卜對空間對角講荇=維空間分柝捫攙作也皂HGTS_特有的功能。它具有獨特的管理復雜空間對象能力及空間分析的能力。r

S真三維GIS是布滿整個三維空間的GIS,與傳統的基于平面的二維GIS或2.5rje

維gis明顯不同，尤其體現在空間位置與拓撲關系的描述及空間分析的伸展方E爆向上。14'?空間分析三維化，也就是直接在三維空間中進行空間操作與分析，對空間對象H?進行三維表達與管理。三維空間分析在邊界追蹤檢測、鄰居尋找，三維拓撲關?系的描述與構造，三維查詢與統計分析等方面有待于進一步的研究。將各領域U?的專家知識庫嵌入GIS中，是三維GIS發展的一個重要方面。:城市三維GIS關鍵技術＞虛擬現實與三維技術在地理信息統中的應用三維GIS與城市規劃—OTrrrm二1三u三維GIS與城市規劃:獅二趣腿E?城市規劃中三維空間信息數據＞城市三維空間信息數據的分類J

e應用于城市規劃的三維可視化GIS中的要素可以歸納為六大要素類：地貌、植K#

被、水系、道路、居民地以及境界。其中占重要地位的是地貌和居民地。因此,^9琺們把田平誠市抑訓的=維空間信皇.槲祅為=維地飛=維建笹物捫w.憲紋fl理圖像數據。在三維可視化GIS中，地貌是以地形模型的形式即數字高程模型K*(DEM)表現的,居民地是以三維建筑物來表現的。1441從數據的種類來看，構建城市規劃中三維可視化GIS的三維模型需要獲取的數——S據具體包括地形數據、數字化地圖數據、建筑物高度數據、航攝像片、地面近U?景照片、以及紋理圖片等。由于地表現象復雜，包括自然地物和人文地物等，H?各種物體形狀差異很大，關系復雜，因此，我們在GIS中將其抽象，用數字表K?達可以歸結為四大類：數字線劃圖數據、影像數據、數字高程模型和地物的屬匯參性數據。?城市規劃中三維空間信息數據麝us皎>城市空間信息的特點城市空間信息具有以下一些共同的特點：雩(1)城市地物一般直接與地表相連或鄰近。沿地面方向上,彼此獨立性較強,?以關聯關系為主：在垂直方向上，存在覆蓋或部分覆蓋的方位關系，這種關系入歹數定以耶農73屮n近1丁咫困7即恨^z仔仕工r^?TzJxL.|njtfj/W皿S邪伎間關系;因此，城市空間地物之間的三維空間關系較簡單。?(2)城市地物由人工地物和自然地物組成，并以人工地物為主,人工地物多為?規則地物，可以方便地進行模擬，即可以利用三維造型工具進行三維建模；>(3)絕大多數城市空間地物是根據人們的不同需要而設計和建造的，因此，它們具有動態變化的特點。*⑷城市空間現象變化多為空間位置到屬性值的變換函數，即空間現象也是一穆種空間場。UI_三維建模要求空間地物具有獨立的對象特征，而城市空間地物和空間現象與地

表存在著強相關性，即城市空間信息隨著城市地表空間位置的變化而變化。三維GIS與城市規劃-J4:挪;城而三維數據■s三維空間數據的獲取方式2>三維地形數據的獲取2^由于數字三維地形要達到直觀性和可測量性的統一主要依賴于DEM的質量和rle精度，所以矢量數據和柵格數據中最重要的是dem。1^1那右的城市=維疸銦逹V巾.菇取DFM的凃運牛西存H下n.抽：_"1直接使用二維GIS中的DEM。由于其通過實測高程點構成不規則三角網模型(TIN)得來，因而精度最高，但缺點是獲取和更新速度太慢。2通過數字攝影測量系統，處理航攝影像生成，這種獲取方式受掃描分辨率和測量手段的限制，成圖的精度收到一定的影響，但獲取速度快。3由機載激光掃描系統直接掃描并經過后續處理活得。其優點是直接測量地面?要素高程，無需人工干預進行快速自動的數據處理，獲取速度快，且不受天氣<=!??影響；其缺點是精度低，需要專門的處理算法。__?4用合成孔徑雷達(SAR)獲取數字高程模型。優點是不論白天黑夜以及天氣B?的影響，分辨率高，但數據獲取成本高，目前不易推廣。三維GIS與城市規劃q:城雨三維數據■s三維空間數據的獲取方式9建筑物平面數據的獲取r8建筑物的平面數據主要指的是建筑物在俯視圖中投影到地平面的輪廓線。目前夂1*建筑物平面數據獲取只要有以下幾種方式：L1?-利用數字攝影測量的方法從影像數據中獲取建筑物數據?(丄)使用航王彰像和耶囬撿彰乂^畦筑物特仙進行曰動｝足取。其優點走獲取的速度快，缺點是提取的幾何信息不完整，需要大量的人工后續處理。(2)使用航空影像進行交互式獲取。這種方式的特點是能夠較真實的獲取所需要的信息，缺點是需要人工干預，工作量大。(3)在地面使用激光掃描儀與GPS,通過測距求算獲取。其特點是獲取速度快，且獲取的幾何信息準確，缺點是工作量相當大。(4)使用高分辨率衛星影像進行建筑物的自動提取。高分辨率影像衛星的出現，使得高分辨率、實時的城區影像能夠很容易得獲取。三維GIS與城市規劃q:城雨三維數據__?三維空間數據的獲取方式＞建筑物平面數據的獲取m二、從原有的二維gis中提取三維建筑物模型所平面信息14》三維GIS是從二維GIS基礎上發展起來的，雖然數字攝影測量和遙感技術可以■＞提供大量的數據，但是，傳統的GIS所積累起來的現成數據應當給予充分利用。、1?vjio?/迂鞏物一/回tu牝郡紋術衣込丁開彳寸飲牝鄧紋Pl勒出來的圖形作為面對象存儲在地圖數據中。因此，可以利用現有的地圖數據，__?從中提取出這些輪廓線，把其作為三維建筑物模型的底面。利用原有GIS成果?的基礎上，很容易獲取三維GIS中建筑物的平面幾何數據，避免了重復勞動。三維GIS與城市規劃三維GIS與城市規劃；城而三維數據_____________________________________________(2)用Laserrangerfinder結合CCD相機從地面獲取建筑物的高度數據。_其優點是獲取速度快，缺點是工作量大，且后續處理工作量也很大。E(3)用Airbornelaserscanner結合空中影像，經過算法處理提取建筑物的__■r-?高程數據。其優點是獲取速度快，缺點是后續處理工作量大，費用可觀。IA?(4)利用原有二維GIS的地圖資料建立的建筑物專題信息數據庫。原有的_參GIS專題信息數據庫中如果含有建筑物高度信息，就可以直接利用。或者，從?建筑物的層數和建筑物的使用性質估算建筑物的高度。這種方法優點是工作量uL參小，缺點是信息不準確。_?三維空間數據的獲取方式59建筑物高程數據的獲取__建筑物高度數據的獲取，主要有以下幾種方法：(1)從影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。其優點是效率高，但是目_畫?前還不適合大批量數據的自動處理。三維GIS與城市規劃:獅二趣腿■s三維空間數據的獲取方式59建筑物表面紋理的獲取e建筑物的紋理數據獲取有以下幾種方式：K(1)地面攝影相片直接提取。這種方法需要用相機拍攝大量的建筑物佃靦照■#片，其優點是能夠使建筑物模型真實感強，缺點是獲取速度慢，且數據量大，?(2)由計算機做簡單模擬繪制。這種方法采用了矢量紋理，其優點是數據量少，建立的模型瀏覽速度快，但缺乏真實感。?(3)根據攝影相片由計算機生成。這種方法適合具有相似的紋理的建筑物群,?可以對其中的一個建筑物進行紋理特征的提取，然后用計算機對其他建筑物進L參行批量處理，這樣，可以減少紋理的獲取量和后續處理的工作量。|參(4)由空中攝影獲取。這一方法主要獲取地面影像，但空中影像中也含有部H＞分建筑物的側面紋理。這種方法獲取的紋理變形大，真實感也相對較差。三維GIS與城市規劃X文4：門）+厶toe因華q:城兩三維數據5從遙感數據獲取三維城市數據的方法______■?城市三維遙感信息是人們關注的焦點之一，因此利用遙感技術來快速獲取H城市三維遙感信息成為研究的熱點問題之一。城市三維遙感信息可以廣泛應用je于城市的規劃設計、城市化進程的監測以及城市的現代化管理，城市建筑物的雄倍容也易虛斟城市的關鍵信,___加快，使得城市的動態變化速度也大大加快，許多應用中都迫切要求高效提供■I城市三維信息。通過衛星遙感和航空遙感可以獲取高分辨率的數據；機載三維■成像儀可以準實時獲取地面的三維位置和光譜信息，可以保證從信息獲取到提*供三維建筑物信息在很短時間內完成，從而適應城市快速發展的要求。三維GIS與城市規劃3d?從遙感數據獲取三維城市數據的方法3:2：高分辨率衛星遙感數據模塊化處理技術高分辨率衛星遙感數據在城市的應用剛剛起步，因為高分辨率衛星遙感發展畢竟也是近幾年的事，如IKONOS,SPOT,QUICKBIRD等商業衛星的成功發射上1巫1丄丄l/ljj

人漢HIT八4幾U!T/肌入JJ36豚LTJU7I時代。以前高分辨率偵察衛星的成像專門用于軍事領域。但是，隨著該衛星的發射成功,任何人都可以訂購從681km高的太空中拍攝分辨率為lm的黑白圖像。這些圖像以數字方式傳輸，有時候幾個小時內就可以得到。城市規劃人員可以利用它來確定在哪里修建新的道路，高分辨率衛星數據在城市規劃、城市土地覆蓋、地圖更新方面可以發揮重要的作用，可以處理而生成1:2000?

1:10000的地圖和專題圖件，它的處理可以借鑒已有的衛星數據處理方法和航空遙感數據的處理方法。；城而三維數據隱?城「「」二纖據d?從遙感數據獲取三維城市數據的方法R參城市數字化航空遙感數據處理技術B魯在航空遙感信息獲取方面，我國已經研制成功了4kx4k的CCD航測相機，并取EJ?得了較好的飛行數據。成像光譜儀也是發展比較成熟的技術，上海技術物理所I?CWTTOn%-VJJTttJjTOI^TCThiXV~付Hj

工1?775~7U7J子■

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攝影測量的成熟技術，進行DEM和正射影像的生成，而對于專題信息的提取■

e將總結人機交互的方法和圖像分割和理解的方法進行研究。三維GIS與城市規劃GIS易城市規刻三維GIS與城市規劃<■!:城兩三維模型5當前使用的城市三維景觀仿真技術■?隨著計算機技術的發展，用計算機技術在建筑設計和城市規劃設計中進行_>景賺鋤方細手段也不斷的發展。e

目前，以計算機技術為代表的信息技術在建筑設計、城市規劃中的三維景701圭;+畝卜白亡irtrm士g右壬rhEtrm曰而.門、mM■笛士n絕生ii亞而閱古而____*s圖、剖面圖、透視圖；(2)靜態渲染圖；(3)固定路徑的動畫；⑷實時、交互式的景觀仿真；(5)虛擬現實(VR);(6)三維可視化GIS。這六種應用方法