城市園林景觀三維可視化技術(shù)研究

摘 要：本文基于筆者多年從事GIS技術(shù)的研究經(jīng)驗(yàn)，以城市園林景觀三維可視化技術(shù)為研究對象，探討了基于CAD設(shè)計(jì)施工圖和普查獲取的城市園林景觀GIS數(shù)據(jù)的三維可視化技術(shù)思路，具體敘述了相關(guān)的技術(shù)方法和流程，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：城市園林景觀 普查數(shù)據(jù) 三維可視化

中圖分類號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0015-02

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)可視化和查詢分析功能已不能滿足園林從業(yè)人員對城市園林景觀的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等工作需求。

目前，園林景觀可視化技術(shù)逐漸從平面的手繪透視圖、效果圖合成照片向三維立體的景觀動(dòng)畫、仿真表現(xiàn)發(fā)展，本文研究的是仿真應(yīng)用為目的，基于CAD設(shè)計(jì)施工圖和現(xiàn)狀普查GIS數(shù)據(jù)的城市園林景觀三維可視化技術(shù)。

三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，使得城市園林景觀設(shè)計(jì)和管理統(tǒng)籌突破了二維平面和純粹展示的限制，在仿真平臺(tái)上能快速全方位多角度的表現(xiàn)出園林設(shè)計(jì)對現(xiàn)狀城市景觀的影響，能根據(jù)查詢到的現(xiàn)狀園林景觀信息進(jìn)行城市園林工作的管理統(tǒng)籌，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的效率和園林管理決策工作的科學(xué)性。

1 研究背景

浙江省某市林業(yè)和園林局2010年啟動(dòng)了“數(shù)字綠化”管理平臺(tái)建設(shè)，旨在建設(shè)精細(xì)化、可視化、智能化和一體化的綠化管理平臺(tái)，提高管理設(shè)計(jì)工作的效率和科學(xué)性。該市林業(yè)和園林局三維實(shí)景展示項(xiàng)目是其子項(xiàng)目，為“數(shù)字綠化”提供直觀的城市園林景觀三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，具體內(nèi)容為：（1）城市重點(diǎn)園林景觀工程模型數(shù)據(jù)。（2）行道樹及綠地附屬綠地、古樹名木、公園綠地模型數(shù)據(jù)?；谠摂?shù)據(jù)庫，使用者能迅速在綠化管理系統(tǒng)上查看到城市園林景觀建設(shè)現(xiàn)狀及植物種類、樹高、胸徑、種植面積、管理責(zé)任單位等相關(guān)信息。

2 基于仿真應(yīng)用的城市園林景觀三維可視化

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)源分析

由于城市公園內(nèi)既有現(xiàn)狀建成的園林景觀，也包含正在施工或待建區(qū)區(qū)域，因而其對應(yīng)的數(shù)據(jù)源是現(xiàn)狀普查GIS數(shù)據(jù)庫和CAD設(shè)計(jì)施工圖。

CAD設(shè)計(jì)施工圖表達(dá)了城市園林景觀設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)意向，包括地形地貌平面和豎向規(guī)劃、園林建筑小品平面位置整飾鋪裝以及綠化植被分布等形態(tài)，如圖1所示。

現(xiàn)狀建成數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)狀地形圖和普查獲取的城市園林景觀GIS數(shù)據(jù)。其中，普查GIS數(shù)據(jù)按照綠化分類，分成包括大樹名木在內(nèi)的3份點(diǎn)數(shù)據(jù)、包括公園綠地在內(nèi)的11份面狀數(shù)據(jù)和對應(yīng)的4份綠地屬性關(guān)聯(lián)子表（公園綠地關(guān)聯(lián)子表、居住區(qū)及單位綠地關(guān)聯(lián)子表、道路綠地關(guān)聯(lián)子表和道路附屬綠地關(guān)聯(lián)子表），通過“綠地細(xì)斑代碼”屬性字段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如圖2所示。

2.2 技術(shù)流程和方法

為了滿足客戶需求，城市園林景觀的三維可視化仿真要素包括：地形地貌、園林建筑小品和綠化植被。

其可視化的主要技術(shù)路線有兩點(diǎn)：（1）地形地貌、園林建筑小品基于CAD施工設(shè)計(jì)圖和現(xiàn)狀地形圖，利用3dsmax軟件進(jìn)行多邊形建模，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)拍照片進(jìn)行紋理映射，統(tǒng)一光影和色調(diào)烘焙后，通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換加載到仿真平臺(tái)上，利用該平臺(tái)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)完成三維可視化。（2）對于設(shè)計(jì)施工階段的綠化植被，可視化基礎(chǔ)來源于CAD設(shè)計(jì)施工圖，在3dsmax中利用ForestPackPro插件進(jìn)行植被布置，映射符合設(shè)計(jì)意向的植被紋理；而對于現(xiàn)狀建成階段的綠化植被，則根據(jù)普查GIS數(shù)據(jù)中的公園斑塊文件自動(dòng)生成點(diǎn)位數(shù)據(jù)，在仿真平臺(tái)上直接關(guān)聯(lián)植被符號(hào)，達(dá)到逼真的可視化效果。

其技術(shù)流程按照三維可視化仿真要素分述如下。

（1）地形地貌要素的構(gòu)建，是整個(gè)可視化流程的基礎(chǔ)，所有園林建筑、小品以及綠化植被都必須無縫接合在地形地貌上。在地形圖上提取出等高線和高程點(diǎn)，使用EPS軟件生成具有真實(shí)高程變化的5米DEM網(wǎng)格，輸出VRML格式文件導(dǎo)入到3dsmax中，繼而進(jìn)行人行道等鋪地細(xì)分，并將經(jīng)過Photoshop軟件處理后的真實(shí)環(huán)境照片帖圖映射到模型上，建成模擬真實(shí)的地形地貌模型。

（2）園林建筑小品等要素，按照傳統(tǒng)的3dsmax建模方法進(jìn)行?？紤]到局部園林景觀的布局需要在人視低點(diǎn)角度進(jìn)行瀏覽查詢，因此大于1米的建筑構(gòu)件結(jié)構(gòu)必須通過多邊形模型來表現(xiàn)，使建筑模型更貼近真實(shí)性。

（3）綠化植被要素，則根據(jù)設(shè)計(jì)施工階段和現(xiàn)狀建成階段的不同分別進(jìn)行。設(shè)計(jì)施工階段以CAD設(shè)計(jì)施工圖為依據(jù)，把設(shè)計(jì)圖布置好的植被通過Photoshop軟件處理成一個(gè)個(gè)白色像素點(diǎn)，形成一張黑底白點(diǎn)的植被分布圖。通過3dsmax插件ForestPack Pro關(guān)聯(lián)分布圖自動(dòng)生成跟隨地形的綠化植被，紋理映射比例通過插件參數(shù)控制，從而快速地進(jìn)行植被布局；對于現(xiàn)狀建成階段，為了確保植被模型的真實(shí)性，以普查GIS數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀三維可視化。由于記載有詳細(xì)屬性數(shù)據(jù)的公園斑塊文件是二維面狀數(shù)據(jù)，必須以斑塊范圍內(nèi)的總植物棵數(shù)作為依據(jù)，通過編程讓程序自動(dòng)生成對應(yīng)數(shù)量且不帶屬性的二維點(diǎn)狀數(shù)據(jù)，然后在EXCEL中通過VBA編程將植物屬性字段列表自動(dòng)關(guān)聯(lián)到點(diǎn)狀數(shù)據(jù)上。在3dsmax中獲取該點(diǎn)狀數(shù)據(jù)對應(yīng)位置的地形高度值后，根據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的植物名稱在仿真平臺(tái)上通過關(guān)聯(lián)植被符號(hào)來實(shí)現(xiàn)三維可視化。

整個(gè)可視化流程如圖3所示。

2.3 成果技術(shù)指標(biāo)

不同的城市園林景觀三維可視化仿真要素，其主要成果技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

2.4 效果截圖（如圖4）

3 結(jié)語

本文敘述了以仿真應(yīng)用為目的城市園林景觀設(shè)計(jì)施工階段和現(xiàn)狀建成階段的三維可視化技術(shù)方法和流程。通過該技術(shù)建立的城市園林景觀三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果，成功集成到“數(shù)字綠化”管理平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)在三維可視化環(huán)境下的設(shè)計(jì)、管理和決策工作，直觀真實(shí)、有據(jù)可依，帶來了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對同類項(xiàng)目實(shí)施具有一定的借鑒作用。

本文提出的技術(shù)方法和流程有效解決了園林景觀的三維建庫、三維可視化的技術(shù)問題，對推進(jìn)三維仿真技術(shù)在林業(yè)和園林領(lǐng)域的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。相信隨著我國林業(yè)和園林管理理念的發(fā)展，林業(yè)和園林管理工作推向精細(xì)化、可視化、智能化和一體化，三維仿真、可視化技術(shù)將為林業(yè)和園林的設(shè)計(jì)管理統(tǒng)籌帶來質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)

[1]毛瓊，羅傳文，單瑤瑤.結(jié)合GIS創(chuàng)建三維可視化園林景觀[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9，20（5）：21-22.

[2]劉梅，蘇曉穎，田秀艷.林業(yè)三維虛擬場景可視化[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)，2009，10，32（5）：101-104.

[3]丁圣彥，盧訓(xùn)令，秦奮.景觀可視化的研究進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，12，35（4）：62-67.