張 馳

1. 南通大學(xué)，江蘇 南通 226007; 2. 南京師范大學(xué)，江蘇 南京 210023

建筑物是指用建筑材料構(gòu)筑的空間和實(shí)體，它是人們生產(chǎn)生活的主要場所，是三維城市的核心要素。當(dāng)前三維城市建設(shè)中，建筑物的三維建模一般圍繞其外表面來進(jìn)行，主要用于可視化。而面向公眾服務(wù)的建筑物建模不僅需要考慮建筑物的外部輪廓，還要對建筑物內(nèi)部進(jìn)行建模，并建立建筑物內(nèi)部與外部的聯(lián)系，來實(shí)現(xiàn)內(nèi)外一體化的建筑信息表達(dá)。這就要求新一代的建筑物數(shù)據(jù)模型能夠包含內(nèi)外一體化的語義信息，實(shí)現(xiàn)語義、幾何、過程、關(guān)系，以及屬性特征的整體表達(dá)。

建筑物按照其種類可以分為民用建筑、工業(yè)建筑及農(nóng)業(yè)建筑3類。其中民用建筑是供人們居住和進(jìn)行各種公共活動的建筑的總稱，它是與人類居住、活動關(guān)系最為密切的一類建筑物。本文圍繞民用建筑建模與模擬這一主題，從地理學(xué)研究角度出發(fā)，以建筑物的基本概念與特征為基礎(chǔ)，對建筑物所包含的相關(guān)信息進(jìn)行梳理，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個能夠充分描述建筑物語義、幾何、關(guān)系、屬性信息的建筑物數(shù)據(jù)模型。該模型能夠完整地對建筑物所包含的信息進(jìn)行抽象，對建筑物在多個細(xì)節(jié)層次下的表達(dá)進(jìn)行支持，并能夠有效地支持內(nèi)外一體化分析與可視化。本文的研究內(nèi)容主要包括：

(1) 建筑物語義、幾何、屬性、關(guān)系信息的分析。從建筑學(xué)權(quán)威專著及國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，對建筑構(gòu)件與建筑空間的定義、分類體系以及層次等級關(guān)系進(jìn)行了歸納與梳理。對建筑構(gòu)件與建筑空間相關(guān)的幾何形態(tài)、屬性信息進(jìn)行了分析，并對建筑構(gòu)件、建筑空間之間的關(guān)系進(jìn)行了分類，為建筑物數(shù)據(jù)模型的進(jìn)一步抽象提供基礎(chǔ)。

(2) 內(nèi)外一體化建筑物數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建。從空間數(shù)據(jù)模型的定義出發(fā)，分析了建筑物數(shù)據(jù)模型所應(yīng)包含的內(nèi)容。以分析歸納出的建筑物的語義、幾何、屬性、關(guān)系信息為基礎(chǔ)，對建筑物進(jìn)行層層抽象，構(gòu)建了建筑物的概念模型、邏輯模型、物理模型，并定義了建立在模型之上的相關(guān)操作。

(3) 內(nèi)外一體化建筑物數(shù)據(jù)模型的多細(xì)節(jié)層次表達(dá)。以CityGML所提出的多細(xì)節(jié)層次模型為參照，對本文所提出的內(nèi)外一體化建筑物數(shù)據(jù)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)層次劃分，分析各個細(xì)節(jié)層次下所關(guān)聯(lián)的建筑構(gòu)件、建筑空間及建筑關(guān)系。從數(shù)據(jù)模型的建筑構(gòu)件、建筑空間、建筑關(guān)系集合中提取關(guān)聯(lián)于各個細(xì)節(jié)層次的建筑構(gòu)件、建筑空間與建筑關(guān)系，實(shí)現(xiàn)其在各個細(xì)節(jié)層次下的表達(dá)。

(4) 內(nèi)外一體化建筑物數(shù)據(jù)模型對應(yīng)用分析的支持。在對當(dāng)前建筑物相關(guān)的主要應(yīng)用分析模型的特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從本文所提出建筑物數(shù)據(jù)模型的語義、幾何、關(guān)系信息出發(fā)，分析建筑內(nèi)部某一區(qū)域所關(guān)聯(lián)的建筑構(gòu)件、建筑空間及其相關(guān)建筑關(guān)系的提取方法。對建筑對象的實(shí)體邊界提取方法、空間離散方法及建筑內(nèi)部連通網(wǎng)絡(luò)生成方法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)其對應(yīng)用分析的支持。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個方面：

(1) 圍繞建筑物所關(guān)聯(lián)的實(shí)體及其相互聯(lián)系進(jìn)行層層抽象，設(shè)計了一個能夠?qū)ㄖ锼恼Z義、幾何、屬性、關(guān)系信息進(jìn)行充分描述的內(nèi)外一體化建筑物數(shù)據(jù)模型。

(2) 所構(gòu)建的建筑物數(shù)據(jù)模型雖然不面向任何具體應(yīng)用，但可基于其中所包含建筑構(gòu)件、建筑空間的語義、幾何、關(guān)系、屬性信息，以及構(gòu)建在其上的操作，來向相關(guān)應(yīng)用分析模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使該模型能夠支持多種應(yīng)用分析。