摘 要：隨著科學技術(shù)的逐漸發(fā)展，我們已經(jīng)進入到一個全方位的信息化時代。在原來基于二維地理信息系統(tǒng)的基礎上建立城市三維信息系統(tǒng)，不但可以實現(xiàn)之前二維地理信息系統(tǒng)本身所具有的整體性和宏觀性，還可以實現(xiàn)三維信息系統(tǒng)所具有的現(xiàn)實性和直觀性，兩者進行互補，有效的實現(xiàn)了城市實體對象的三維可視化。本文就對城市三維信息系統(tǒng)的實現(xiàn)方法進行簡單分析。

關(guān)鍵詞：城市三維信息系統(tǒng) 城市二維地理信息系統(tǒng) 空間信息 空間數(shù)據(jù)模型

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0003-01

隨著科學技術(shù)的逐漸發(fā)展，我們已經(jīng)進入到一個全方位的信息化時代。城市作為作為國民建設的主題，也逐漸向信息化邁進。城市信息化系統(tǒng)已在我國各大、中城市開展，以為城市人文信息和經(jīng)濟都和城市的地理空間具有密切的聯(lián)系，所以城市信息系統(tǒng)的實現(xiàn)也多把城市空間數(shù)據(jù)基礎設施作為基礎。目前人們已經(jīng)可以計算機可視化以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，來對城市三維空間目標采用三維空間數(shù)據(jù)進行表達，并實現(xiàn)可視化表達。

1 城市三維信息系統(tǒng)出現(xiàn)的必然性

一開始人們對空間的再現(xiàn)是基于二維平面—— 地圖的方式進行的，經(jīng)過歷史的不斷發(fā)展，地圖功能也得到了不斷的完善，在人們改造世界的過程中也發(fā)揮了巨大的作用，但是隨著計算機的出現(xiàn)，人們逐漸認識到，把三維空間信息轉(zhuǎn)變成為地圖這一二維平面信息，致使了大量信息的丟失，基于二維的表現(xiàn)方法本身就具有一定的局限性。為了能夠更好的表達空間，城市三維信息系統(tǒng)也就應運而生了。三維信息系統(tǒng)可以把地理空間現(xiàn)象利用立體造型技術(shù)進行再現(xiàn)，不但可以準確的表達出空間對象之間的平面關(guān)系，還可以把他們之間的立體關(guān)系表現(xiàn)出來，給人們一個更為真實的感受。另外三維虛擬信息系統(tǒng)對于空間對象的再現(xiàn)，也為一些非專業(yè)的地圖、地理研究人員提供了一個對現(xiàn)實世界進行再現(xiàn)的方式[1]。

2 城市三維數(shù)據(jù)模型

城市空間數(shù)據(jù)主要有三種類型：一種是地上的三維對象，有房屋、樹木、橋梁、電線等；第二種是地面上的三維目標，有花園、水體、草地以及道路等；第三種是地下的三維空間對象，有隧道、地鐵以及管網(wǎng)等。三維數(shù)據(jù)模型對于地上三維點對象是采用三維符號進行表達的；三維線對象是采用的是線狀符號或者實測形狀和紋理進行表達的；三維面對象采用的是紋理表達；三維體對象一般采用的是表面結(jié)構(gòu)表達法。地面上的三維對象可以說都是立體的，只不過他們和地面緊密的連接在一起，目前三維數(shù)模模型主要采用的表達方式是利用地面高程模型來表達出地面的起伏，利用數(shù)字正射影像來表達地面的紋理。地下的三維空間目標和地面上的沒有特別大的區(qū)別，表達方式也相同。綜上所述，為了能夠在空間數(shù)據(jù)庫中對以上三維目標進行有效管理，可以將以上幾類三維目標建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。圖1即為一個城市的空間數(shù)據(jù)模型。三維空間數(shù)據(jù)模型主要有線框模型、實體模型以及表面模型，其中表面模型可以把物體的各個面之間的位置關(guān)系都表達出來，以此進行消隱操作，另外還可以加上各面的指定材質(zhì)，經(jīng)過一定的渲染，其表達物體的實際效果會更加真實[2]。

3 城市三維信息的可視化表達

城市三維目標的不同，可視化表達方式也不同，例如關(guān)于城市建筑的可視化表達的重要地方是三維空間對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，三維點對象的構(gòu)成是一對三維坐標{X，Y，Z}；三維線對象的構(gòu)成是一組三維坐標{X1，Y1，Z1}，{X2，Y2，Z2}……{Xn，Yn，Zn}；三維面對像的構(gòu)成是兩個集合：邊界點集合和內(nèi)部點集合；三維體對象的構(gòu)成是三維坐標空間里的一個簡單幾何物體，比如一個房屋也就是有若干個底面和墻面共同構(gòu)成的；三維體對象的構(gòu)成也就是N個具有相同特性幾何對象的幾何。城市地下管網(wǎng)的可視化表達方法是：把其作為一個三維線狀目標，對每一條管線的三維坐標和屬性進行記錄；然后在數(shù)據(jù)庫中對每一條管線的信息進行可視化表達，其中管線肯定會出現(xiàn)一些彎曲地方，所以可以把管線分成兩部分進行細化處理：直管和連接直管的接口；利用相應函數(shù)對管線位置以及走向進行表示，利用管徑和空間內(nèi)的任意兩個點，來生成三維管線，把相鄰的四個點構(gòu)成一個矩形，圓柱表面則就是N個矩形構(gòu)成的，建立模型；這時OpenGL會提供一系列光照模型的庫函數(shù)，就可以建立光照模型了，其中光照模型主要是由漫射光、鏡面反射光以及環(huán)境光等組成的，還可以對光線的衰減進行控制，以實現(xiàn)更為真實的光源效果，這樣可以提高三維場景的真實性，在管線上貼上相應的紋理，其表達效果會更加的逼真。

4 結(jié)語

城市三維信息系統(tǒng)的實現(xiàn)，使城市規(guī)劃部門以及相關(guān)的管理部門對靜態(tài)、二維管理模式進行了成功的擺脫，實現(xiàn)了在具有立體視圖的虛擬環(huán)境中進行有效管理的目標，不但可以對城市的相關(guān)規(guī)劃進程進行準確把握[3]，還可以對其進行實時更新，更有助于進行城市建設、景觀規(guī)劃、公安消防、以及科學、規(guī)范、高效的信息化管理，以便為社會個大眾提供更為準確的空間地理信息和更優(yōu)質(zhì)的服務，對城市信息化進程具有一定的推動作用。

參考文獻

[1] 劉東琴，徐文中，林宗堅.城市空間二維信息系統(tǒng)與三維虛擬場景一體化研究與應用—— BDA城市三維信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測繪科學，2007，32（1）：20-23.

[2] 王旭.基于GIS空間數(shù)據(jù)模型的城市三維可視化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].碩士學位論文，北京工業(yè)大學，軟件工程專業(yè)，2008，12.

[3] 龐前聰，呂毅，程俊虎.城市三維動態(tài)規(guī)劃信息系統(tǒng)建設研究[J].經(jīng)濟師，2004（9）：60-62.