數(shù)碼城市GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全球信息化已經(jīng)成為了未來城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可阻擋的趨勢(shì)，在各類城市資源共享的大潮下，加強(qiáng)并推進(jìn)城市信息化的建設(shè)，儼然成為了推動(dòng)城市走向現(xiàn)代化的新動(dòng)力。城市信息化最明顯的特點(diǎn)就是數(shù)字城市的建造。而數(shù)字城市的基礎(chǔ)又是數(shù)字城市的景觀模型，簡稱為：數(shù)碼城市。其在城市規(guī)劃與設(shè)施管理，電信及旅游應(yīng)用等方面顯然都要優(yōu)越與目前的二維GIS。在經(jīng)過了文檔式和二維數(shù)碼城市之后，當(dāng)前正在向三維數(shù)碼城市的方向不斷發(fā)展著。

【關(guān)鍵詞】數(shù)碼城市GIS細(xì)節(jié)層次數(shù)據(jù)庫集成

【前言】在日益提高的城市水平下，以傳統(tǒng)手工為主的管理方式已經(jīng)無法再適應(yīng)這種迅速發(fā)展的城市需要，因此，實(shí)施和開發(fā)城市的規(guī)劃與建設(shè)，管理及服務(wù)等方面的數(shù)字化工程就成為了勢(shì)在必行的節(jié)奏。數(shù)字城市能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)管理中的不足，給人們提供全新的城市規(guī)劃建設(shè)和管理和全新的工作生活理念和調(diào)控手段，且還能適應(yīng)和預(yù)測(cè)城市發(fā)生的變化。其中，GIS空間中信息的綜合處理能力和直觀的表現(xiàn)能力，能夠在對(duì)城市復(fù)雜系統(tǒng)的處理中，更有效的幫助人們建立全局觀念和模擬的直觀感。

一、數(shù)碼城市GIS的設(shè)計(jì)功能

正是由于GIS能夠高效靈活全方位的把握地理空間信息，讓城市建設(shè)與管理得到強(qiáng)有力的技術(shù)支持，由此推動(dòng)了建筑學(xué)科及城市規(guī)劃朝著客觀而又人性化的方向發(fā)展。GIS有著強(qiáng)大的管理空間信息功能，能將社會(huì)、人口、經(jīng)濟(jì)等多種屬性信息和地表空間的位置連接起來，組合成了完整的空間信息數(shù)據(jù)庫，從而有效的提供了地理空間分析、查詢及檢索、存取及可視化等多項(xiàng)功能。而數(shù)碼城市GIS在兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)GIS比較強(qiáng)的分析功能時(shí)，還有著讀取多數(shù)據(jù)三維模型的功能，這就加強(qiáng)了其逼真可視性及三維空間分析的能力。

二、對(duì)數(shù)碼城市GIS的研究

（一）精確的三維建模

隨由于萬維網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，三維數(shù)碼城市已經(jīng)遍布全世界，并逐漸成為了城市GIS發(fā)展的一股主流。數(shù)碼城市中的建筑物和市政設(shè)施又是其最重要的關(guān)鍵部分，所以，建筑物和市政設(shè)施的三維重建就構(gòu)成了三維數(shù)碼城市里一項(xiàng)尤為重要的工作。依據(jù)不同細(xì)節(jié)層次所需要的要求，CCGIS也可采用不同的數(shù)據(jù)源及建模策略來重新建筑三維的城市模型。如：點(diǎn)是一維，水平線是二維，DEM是2.5維的表面，而真正的三維實(shí)體卻是對(duì)建筑物外面部分特征的完整描述以及內(nèi)部構(gòu)造所具有的特點(diǎn)的模型。

1、依照DEM來重新建造出逼真的表面地形形態(tài)，再進(jìn)過疊加式的正射影像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生具有很強(qiáng)真實(shí)感官的虛擬景觀。

2、運(yùn)用CAD或3DS或3DMAX等進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，從而惟妙惟肖的表現(xiàn)出所設(shè)計(jì)的城市，其精細(xì)結(jié)構(gòu)與使用的材質(zhì)特征。該方法多用來表示出城市的外觀，還能完全充分的展現(xiàn)建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以達(dá)到三維的真實(shí)體態(tài)。

3、使用攝影測(cè)量或激光掃描，以及其他一些地面測(cè)量方法采集到的三維編碼數(shù)據(jù)與實(shí)際的影像紋理，逼真?zhèn)魃竦谋硎境龀鞘芯坝^現(xiàn)狀，只是這種方法大多不用來表示實(shí)體內(nèi)部的特征。

4、依據(jù)建筑物底部的邊界線與相應(yīng)的高度來進(jìn)行三維重建，至于其表面的紋理，則使用紋理材質(zhì)方面的數(shù)據(jù)庫里具有簡單數(shù)據(jù)加以直接生成，這種方法可以表現(xiàn)出較低水平的城市景觀在細(xì)節(jié)上大致的輪廓特征。

正是由于這些不同細(xì)節(jié)不同層次的城市模型的混合表示，才能夠滿足數(shù)碼城市中眾多不同尺度表示的需要。所以，不但能從遠(yuǎn)處去縱觀整個(gè)城市的全貌，也能細(xì)入一棟建筑物內(nèi)部或是一條街道去了解它周圍的特征。

（二）一體化的數(shù)據(jù)庫管理

將2D GIS轉(zhuǎn)換至成熟的數(shù)碼城市描述過程中，對(duì)城市的數(shù)據(jù)管理就成為了一個(gè)關(guān)鍵的問題。在數(shù)碼城市的建設(shè)中，必然會(huì)要求具備建立三維的城市模型和逼真的紋理或材質(zhì)上的描述，以及與此有關(guān)聯(lián)的各種屬性和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)查詢分析等功能及作用。因此，三維建筑物形狀的重建、繪制、表面性質(zhì)方面的描述、材質(zhì)參數(shù)等都將成為數(shù)據(jù)庫里的一部分。而一個(gè)成熟的三維數(shù)據(jù)庫就包含有與此關(guān)的幾何關(guān)系數(shù)據(jù)、照片的紋理、以及其他附加的信息數(shù)據(jù)等，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就顯得特別巨大。如：深圳市的數(shù)碼城市模型里的數(shù)據(jù)就達(dá)到了100Gbytes，這樣龐大又復(fù)雜的數(shù)據(jù)就一定要實(shí)行有效管理與組織。

和傳統(tǒng)的2D GIS相比之下，數(shù)碼城市對(duì)數(shù)據(jù)的管理及組織方面，自然也就有了更多新要求：首先要能做到對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)都能進(jìn)行一體化的管理；其次要能適應(yīng)多尺度的模型集成應(yīng)用；最后要能實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫到三維虛擬顯示之間的這種快速轉(zhuǎn)換。

（三）三維可視化的真實(shí)感

三維可視化是以人和機(jī)相互交流為基礎(chǔ)，為用戶設(shè)計(jì)出自己的生活環(huán)境提供了途徑和工具，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持的前提下，賽博空間取代了傳染抽象地圖、對(duì)城市進(jìn)展方面的描述以及用來分析解釋和討論設(shè)計(jì)思想等文件，使其能夠栩栩如生的將三維城市模型展現(xiàn)在人們的眼前，不但克服了設(shè)計(jì)者和用戶之間所產(chǎn)生的空間文化差異，而且還能為人們提供具有身臨其境感受的景觀欣賞、實(shí)體了解和對(duì)自然的觀察。而CCGIS所使用的OpenGL圖形描繪語言設(shè)計(jì)完成了三維城市景觀模型的動(dòng)態(tài)顯示和交互式的平臺(tái)，這就為信息查詢、決策支持以及空間分析等方面都提供了一種全新的理念。這樣的平臺(tái)方式還能提供豐富的天空、云彩、照明、霧化、人物、樹木以及某些特殊注記等效果和場(chǎng)景，這就使得三維城市模型更加的生動(dòng)和具體。與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)在海量數(shù)據(jù)三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫運(yùn)用中的需要，CCGIS依據(jù)有效的數(shù)據(jù)模型及其數(shù)據(jù)組織中的策略，再使用多線程技術(shù)達(dá)到了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)裝載與漸進(jìn)描繪后，徹底解決了三維城市模型大范圍內(nèi)多尺度的無縫漫游。

【總結(jié)】數(shù)碼城市GIS能夠提供一種超越現(xiàn)實(shí)的抽象表現(xiàn)以及分析理解的能力，其能打破時(shí)間上、空間上與尺度上的某種局限，最終實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的。與此同時(shí)也提供了一種和諧融洽的信息環(huán)境，不僅是較為有效的研究性助理，也是新型的空間信息傳播及交流的媒介，是現(xiàn)代城市建設(shè)關(guān)鍵且重要的某種技術(shù)支持。該技術(shù)的影響力最終又會(huì)促使這一學(xué)科循序漸進(jìn)的發(fā)展，使其徹底改變整個(gè)運(yùn)作，由此可見，數(shù)碼城市GIS在城市設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用，都將加速這一進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]高松，基于GIS的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方法及實(shí)踐探索[J]，低碳世界。2015（23）

[2]毛一婷，淺談GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J]，城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（15）

[3]張霞，基于三維GIS的城市空間視覺分析[D]，武漢大學(xué)博士論文，2006

[4]潘福弟，數(shù)碼城市與三維GIS技術(shù)[J]，上海城市發(fā)展，2011

[5]朱慶，林琿，數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)：虛擬城市環(huán)境中的三維城市模型初探[M]，武漢大學(xué)出版，2004