摘"要：智慧社區(qū)三維建模就是通過對外業(yè)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，生產(chǎn)出符合智慧社區(qū)通用標(biāo)準(zhǔn)的三維地理信息地圖。從而為后續(xù)的智能挖掘分析、數(shù)據(jù)管理治理以及各種服務(wù)應(yīng)用，提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。本文以SketchUp與3DS"Max兩大主流軟件為基礎(chǔ)分別進(jìn)行智慧社區(qū)的三維建模工作，研究對比兩軟件在精細(xì)模擬建模方面的各自優(yōu)劣并依托Web端開發(fā)結(jié)合超圖（SuperMap）服務(wù)器及開發(fā)端口，對三維模型進(jìn)行相關(guān)二次開發(fā)；在網(wǎng)絡(luò)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時三維顯示與屬性查詢功能。以此展示三維建模技術(shù)在智慧社區(qū)管理領(lǐng)域代表性的功能與特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：三維模型"智慧社區(qū)"城市建模"二次開發(fā)

中圖分類號：TU17

3D"Modeling"and"Web"Visualization"of"Smart"Communities

ZHANG"Haocheng

（School"of"Geomatics"and"Urban"Spatial"Informatics，Beijing"University"of"Civil"Engineering"and"Architecture，Beijing，102612nbsp;China）

Abstract：The"3D"modeling"of"smart"communities"is"to"produce"a"3D"geographic"information"map"that"meets"the"general"standards"of"smart"communities"by"integrating"and"processing"various"data"collected"by"field"processes，"which"provides"basic"data"support"for"subsequent"intelligent"mining"analysis，"data"management"governance"and"various"service"applications."This"paper"respectively"conducts"the"3D"modeling"of"smart"communities"based"on"two"mainstream"pieces"of"software："SketchUp"and"3DS"Max，"studies"and"compares"their"own"advantages"and"disadvantages"in"fine"simulation"modeling，"relies"on"the"Web"side"development"to"carry"out"the"related"secondary"development"of"the"3D"model"in"combination"with"the"SuperMap"server"and"development"port，"and"realizes"the"real-time"3D"display"and"attribute"query"function"on"the"network"side，"so"as"to"demonstrate"the"representative"functions"and"characteristics"of"3D"modeling"technology"in"the"management"field"of"smart"communities.

Key"Words：3D"model;"Smart"community;"City"modeling;"Secondary"development

近年來，以云計算、物聯(lián)網(wǎng)與深度學(xué)習(xí)為代表的劃時代信息科學(xué)技術(shù)的光速進(jìn)步與融合共通并實(shí)際應(yīng)用，在近幾年以智慧城市及智慧社區(qū)為代表的數(shù)字化便民工程得到了長足且快速的發(fā)展，它作為一種新型的理念滲透到了百姓生活的方方面面，十分適時的迎合了社區(qū)居民對便利、高效生活的向往。而智慧社區(qū)、智慧城市的實(shí)現(xiàn)，其根本在于地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持[1]。智慧社區(qū)的概念是“智慧地球”思維理念的衍生物，它建立在新時期信息科學(xué)技術(shù)的框架下，為現(xiàn)代智慧社區(qū)的居民提供高智慧化、高人性化的宜居生活環(huán)境，并以此為起點(diǎn)，形成一種基于社區(qū)管理，信息科學(xué)技術(shù)與先進(jìn)社會服務(wù)的新型社會管理體系。

我國還只是處在智慧化社區(qū)建設(shè)與發(fā)展的初級階段，發(fā)展體現(xiàn)出的差異性正是處于起步階段的體現(xiàn)。因?yàn)橹腔凵鐓^(qū)不僅僅被認(rèn)為是一種建設(shè)和發(fā)展的新思想，同時它也被認(rèn)為是一種提高居民現(xiàn)代化的生活方式，因?yàn)樗艿搅私ㄔO(shè)的經(jīng)濟(jì)成本和客觀消費(fèi)產(chǎn)出等諸多影響的局限性。這直接導(dǎo)致了我國智慧社區(qū)處于一個經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)高效，而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)還未能夠得到廣泛運(yùn)行、應(yīng)用、進(jìn)步[2]。

1"主流城市三維建模方法

主流城市三維建模方法主要包括以下4種。

1.1"基于二維GIS的三維城市建模方法

數(shù)字地圖為城市的三維可視化的主要數(shù)據(jù)源頭，各種城市地物要素（如居民區(qū)、地形地貌、交通設(shè)施、水文設(shè)施及植被等）。這些具有高精度特點(diǎn)的幾何數(shù)據(jù)還配備了完善的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，十分易于三維社區(qū)建模工作的展開[3]。

1.2"基于影像的三維城市建模方法

攝影測量方法使人們能夠?qū)C(jī)械地獲得許多復(fù)雜的三維社會模型所需的工程和組織信息結(jié)合起來，特別是考慮到高分辨率遙感技術(shù)和計算機(jī)化圖像處理技術(shù)的最新發(fā)展，這種技術(shù)被廣泛認(rèn)為是獲得大規(guī)模、高精度三度空間城市模型數(shù)據(jù)的主要工具。

1.3"基于激光掃描的三維城市建模方法

激光掃描系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)極大范圍內(nèi)3個及以上多級別三維幾何目標(biāo)的實(shí)時存儲與讀取。視發(fā)射地點(diǎn)而定，激光掃描系統(tǒng)可分為機(jī)載激光掃描系統(tǒng)、車載激光掃描系統(tǒng)和地面激光掃描系統(tǒng)。

1.4"基于CAD的三維城市建模方法

三維模型與CAD技術(shù)的結(jié)合某種程度上決定了一個三維社區(qū)模型的數(shù)據(jù)采集方式。使用CAD、3DMAX、SU等設(shè)計軟件，既對建模設(shè)計成果進(jìn)行了高精度展示，又體現(xiàn)了其對事物精細(xì)結(jié)構(gòu)排列的掌握能力，尤其是材質(zhì)貼圖的紋理特點(diǎn)；可以說，這種方法與其他精確測量生成模型的建模方法相比，在細(xì)節(jié)還原上有著相當(dāng)優(yōu)勢。

2"建模具體流程

2.1"SketchUp具體建模流程

SketchUp的3種基礎(chǔ)建模方式分別是繪制組合文件調(diào)用、二維數(shù)據(jù)面要素代替及三維空間模型的繪制。而對三維模型進(jìn)行繪制是三種方法中優(yōu)先級最高的方法；對第三方組件進(jìn)行下載可以實(shí)現(xiàn)有效節(jié)省時間的目的，所有的組件在模型中作為標(biāo)準(zhǔn)模型出現(xiàn)，類似于植被、人員以及便民附屬設(shè)施等[4]。

（1）地形是社區(qū)架構(gòu)的主要承載面，也是模型構(gòu)成的重要一環(huán)。對于SketchUp模型來說，地形屬于獨(dú)立的群組，其具備了編輯以及修改的功能。地形的制作方式主要有以下幾種。

①等高線生成法。常用于不平整地形的繪制。實(shí)際上，設(shè)計圖紙是由計算機(jī)輔助設(shè)計的，通過等高線反映地形。等高線是一條封閉曲線，與地形圖中的等高點(diǎn)相連。把等高線圖導(dǎo)入SketchUp"模型中，自輪廓生成工具會將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并生成非平整地形。②網(wǎng)格生成法。也是一種形成不規(guī)則非平整面的方法，在網(wǎng)格中，通過位置控制網(wǎng)格行數(shù)，或者直接將長度輸入值框，通過操作得到相應(yīng)的網(wǎng)格實(shí)體，此時網(wǎng)格本身確定為一個群組。

（2）道路社區(qū)中的道路在平面上必須流暢，因此，將各區(qū)域分開。道路圖一般是在CAD繪制的，接著被納入SketchUp模型，道路平面必須是閉合的，道路平面能夠進(jìn)行直接繪制。

（3）社區(qū)建筑屬于社區(qū)景觀設(shè)計中的主要內(nèi)容之一，應(yīng)使用精細(xì)建模，表達(dá)盡量多的內(nèi)容。在編輯畫線時順從軸線方向；切勿重疊模型的線與面，避免模型發(fā)生過大的交疊。

（4）植物很重要，同時也是基本的社區(qū)造景元素，然而，植物的自然形態(tài)成為了SketchUp表達(dá)一個弱點(diǎn)，可以說是每一個三維計算機(jī)程序的一個難題。通常，"SketchUp模型里面的植物都是作為群組而存在，應(yīng)直接借助組件，或在輸出二維圖像后在后期渲染處理軟件中進(jìn)行再加工。

整理相應(yīng)距離及比例關(guān)系，對邊緣地塊進(jìn)行拉伸成型后，輸出社區(qū)模型成果如圖1所示。

2.2"3D"Max具體建模流程

一般來說，基于社區(qū)的建筑模型基本上是貼圖數(shù)據(jù)，其還涵蓋了有關(guān)的建筑物高度屬性，為了節(jié)約時間和資金，并確保獲得的建筑物的高度數(shù)據(jù)準(zhǔn)精確無誤，應(yīng)當(dāng)從高分辨率圖像中提取建筑物陰影相對長度，同時考慮到具體的條件和算法，從建筑物高度提取這種陰影，以此作為建筑模型的基礎(chǔ)高度[5]。選擇3D"MAX建模，應(yīng)實(shí)時存取建筑數(shù)據(jù)，尤其是實(shí)體地形數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入"3ds"Maxnbsp;中編輯提取的建筑數(shù)據(jù)，將視圖轉(zhuǎn)換為全景圖，鎖定之后要建模的二維空間線，并收集貼圖數(shù)據(jù)和遙感圖像，為建模工作提供數(shù)據(jù)資料。

統(tǒng)計社區(qū)中需要建模精細(xì)度高的大型建筑物；如使用工程中的高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際建模，則要根據(jù)"AutoCAD矢量底圖來確定建筑物的形狀以及位置，利用從高分辨率圖像中提取大樓陰影的長度，同時結(jié)合相關(guān)算法和圖像參數(shù)；這樣就可以提取出建筑物的高度。而模擬建模也需要一個相對精細(xì)的AutoCAD底圖作為支撐。凍結(jié)3D"Max社區(qū)模型的建筑底圖，并盡可能將其應(yīng)用于模型建立的環(huán)節(jié)，以1∶1的比例對其進(jìn)行精確建模，注意點(diǎn)面要盡可能的少；貼紋理數(shù)據(jù)，數(shù)碼相機(jī)拍攝紋理實(shí)體圖片，有兩種思路可供考慮：一是使用內(nèi)部的vray渲染器完成相應(yīng)渲染工作；二是使用外部的PhotoShop軟件完成模型的外部紋理渲染;建模完成后，能夠?qū)⒛Ｐ捅４鏋槎喾N格式：WRL格式、3DS格式或obj格式等，有利于其進(jìn)行日后的優(yōu)化與運(yùn)用。完成主要地物布局，對主要地物即建筑與植被進(jìn)行建模與編輯，并完成建模，如圖2所示。

3"智慧社區(qū)三維建模二次開發(fā)

3.1"開發(fā)組件與平臺

開發(fā)平臺使用VS"Code編譯器，簡單介紹一下，VS"Code是GitHub上的頂級開源項目之一，它作為一個免費(fèi)下載的編程項目實(shí)現(xiàn)了平臺化。此編譯器能夠在桌面上運(yùn)行，還具有"Windows，mac"OS和Linux。能夠支持JS、TS的內(nèi)置，可以充實(shí)其他語言（例如C#、Java、Python、PHP）和運(yùn)行時擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)。開發(fā)組件使用超圖即SuperMap提供的iDesktop桌面開發(fā)包與iServer云服務(wù)組件。iServer與iDesktop都屬于超圖軟件的SuperMap"GIS"10i（2020）體系框架中，所以簡單介紹一下相應(yīng)的情況；超圖軟件研發(fā)的大型"GIS"基礎(chǔ)軟件系列——SuperMap"GIS，集二三維一體化空間數(shù)據(jù)采集、編輯、輸出及可視化于大成的綜合性軟件平臺。

3.2"功能實(shí)現(xiàn)思路與結(jié)果

使用SuperMap處理max文件，在iserver上發(fā)布模型的相關(guān)服務(wù)；使用VS"Code"調(diào)用SuperMap桌面GIS功能進(jìn)行屬性查詢、縮放、三維可視化功能的調(diào)用；最后使用Cesium調(diào)用模型，進(jìn)行三維模型的三維顯示，如圖3所示。Cesium屬于國外一個基于JS編寫的使用WebGL的地圖引擎，Cesium具備了支持3D，2D形式的地圖展示的功能，其能夠自行繪制圖形并具備了很好的觸摸支持，兼容大量的chrome端口[6]。相當(dāng)于Web端的Google"Earth，且更加靈活。使用Live"Server插件可以在開發(fā)代碼過程中隨時進(jìn)行Debug。

在Live"Server插件幫助下，在瀏覽器中以WebGL的云服務(wù)形式成功運(yùn)行，在Cesium提供的三維地球表面成功與相應(yīng)地塊匹配，并實(shí)現(xiàn)縮放，三維可視化及屬性查詢等重要功能的實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。而Live"Server作為"iserver云服務(wù)組件之一，作為跨平臺GIS為核心進(jìn)階而來的云計算GIS應(yīng)用服務(wù)器，具備了很強(qiáng)的"GIS"服務(wù)發(fā)布能力，同時還支持多層次的擴(kuò)展以及開發(fā)操作。尤其有著大量空間數(shù)據(jù)的支撐，其有關(guān)大數(shù)據(jù)和地理空間分析的三維Web服務(wù)十分優(yōu)秀。

4"結(jié)語

本文經(jīng)過大量文獻(xiàn)調(diào)研并分析了現(xiàn)階段各類三維建模軟件的應(yīng)用狀況及建模效果，并以SketchUp與3D"Max兩大主流軟件為基礎(chǔ)針對智慧社區(qū)場景下進(jìn)行精細(xì)建模工作。在進(jìn)行方法對比的同時，本文依托Web端開發(fā)技術(shù)結(jié)合超圖（SuperMap）服務(wù)器及開發(fā)端口，對三維模型進(jìn)行相關(guān)二次開發(fā)；在Web端實(shí)現(xiàn)實(shí)時三維顯示與屬性查詢功能。以體現(xiàn)三維精細(xì)建模技術(shù)在智慧社區(qū)管理層面上的必要性及便利性。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李崢，張小雙，吳劍，等.地理信息技術(shù)支撐的智慧社區(qū)多場景應(yīng)用研究[J].地礦測繪，2023，39（3）：29-33.

[3] 張鈺寧.基于數(shù)字孿生的智慧社區(qū)信息管理研究[D].長春：吉林建筑大學(xué)，2023.

[4] 俞貝妮.未來智慧社區(qū)醫(yī)療設(shè)施設(shè)計研究[D].上海：東華大學(xué)，2023.

[5] 崔靜，陳貴珍，儲鼎，等.三維智慧社區(qū)網(wǎng)格化管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2023，46（S1）：109-111，115.

[6] 蔡周平.基于Cesium的三維智慧社區(qū)開發(fā)[J].北京測繪，2020，34（2）：190-193.