基于GIS的三维数字城市构建研究

郑煜琳

摘 要：数字城市是城市信息化的重要途径，开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成，分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求，提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用，为数据城市建设提供了保障。

关键词：GIS 数字城市 三维模型 3DMAX

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0024-01

随着城市信息化进程的加快，数字城市成为研究的热点，全国各地纷纷开展数字城市建设工作。数字城市以地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、全球定位系统（GNSS）、虚拟现实技术（VR）为基础，对城市基础地理信息数据进行采集，建立空间地理信息数据库，综合运用WebGIS等先进技术，为行政管理部门、企事业单位及人民群众提供多尺度、多分辨率、多时态的综合信息服务应用，并为政府决策提供依据。三维数字城市具有三维视觉感，清晰表达数字城市的功能，能满足公众的需求，建立三维可视化模型是实现三维数字城市的基本保证。研究三维数字城市构建方法，具有重要意义。

1 基于GIS的三维数字城市系统结构

目前三维数字城市结构一般由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成。数据资源层主要包括基础资源数据库、2D数据、三维模型数据组成，其中基础资源数据库主要包括数据高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字线画图（GLG）三部分组成。基础资源数据库数据经过处理后生成地表数据集（MPT文件），2D数据、三维模型数据构成了扩展GIS数据库；数据处理层主要由数据库、驱动平台、用户界面三部分组成，以地表数据集与扩展GIS数据库为基础，构建三维数字城市驱动平台，综合运用WebGIS、网络技术，通过三维数字城市系统用户界面，为用户提供基础地理信息服务。数据应用层经过数据处理，可以实现三维场景漫游、三维场景评价、三维场景空间分析等功能。三维数字城市系统结构（见图1）。

2 三维数字城市数据

2.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据主要包括控制数据、DEM数据、DOM数据、交通数据、道路街道数据、行政区划数据、水体数据、房产数据与地籍数据等，是三维数字城市的基础。

2.2 三维数据

三维数据主要包括三维地形数据与三维场景数据。三维数字城市的关键在于三维数据的获取，其中三维地形数据主要通过数字正射影像图（DOM）与高程信息叠加获取，过程相对比较简单。三维场景模型一般使用专业建模软件完成，过程较复杂，需要重点探讨。

3 三维数字模型的建立

3.1 常用的三维建模方法介绍

（1）使用3DMAX等动画软件建模。该方法建模功能强大，模型精细，可以进行大比例尺高精度建模，但是存在数据量大、不能与地形信息叠加、不能进行交互查询等缺点。

（2）MutiGen Creator。三维虚拟现实与仿真功能强大，经常与Vega软件组合，可以进行大范围的地形建模且支持建筑物建模，数据结构简单，可以方便的与遥感影像数据、矢量数据、DEM数据进行叠加。但是存在模型不够精细、无法交互编辑、数据查询功能弱等缺点。

（3）ArcGIS等地理信息软件。ArcGIS的三维扩展模块（ArcScene/ArcGlobe）提供了三维建模功能。一般使用ArcGIS支持的三维符号进行三维模型建立，并将地理位置等数据存储在矢量数据层中。地理信息三维模型支持各类数据的叠加分析，可以方便的进行数据查询分析，但模型建立过程较繁琐，建立时对技术人员水平要求高。

可以看出，以上三种建模方法各有优劣，可以综合使用。目前在三维模型建立时，3DMAX应用最为广泛，因此，该文重点针对3DMAX软件的建模方法进行探讨。

3.2 3DMAX三维模型建立方法

（1）建筑物三维模型的建立。

进行建筑物三维建模时，首先根据技术设计要求，统计需要进行精细建模的建筑物，并根据已有的基础地理信息数据（大比例尺地形图数据、高分辨率遥感影像等）提取目标建筑物的形状和空间位置，根据实测数据或遥感影像阴影信息获取建筑物的高度信息；在3dsMax中冻结需要建模的建筑底图，在保证精度的前提下，使用尽可能少的点面进行精细建模；根据实地拍摄的建筑物纹理，使用Photoshop软件对图片进行处理，添加建筑物纹理，使建筑物三维模型更加真实、直观；建筑物三维模型建立完成后，统一保存为便于识别的平台支持格式。

（2）小品模型的构建。

小品是数字城市三维建模的重要组成部分，主要包括植被、道路附属设施、建筑物附属设施等，数量众多，若逐个建立模型费时费力。根据分析，小品主要起烘托场景的作用，且同类小品形状大多相似，可以考虑快捷的建模和插入方式。在数字城市三维建模中，可以采用ArcGIS软件进行小品数据处理。首先调查小品的主要种类和特点，建立对应的三维模型符号库。建模时，通过三维平台，直接导入小品点位坐标，点状数据通用的气泡显示方式，小品数据都是以通用符号气泡代替，同时对气泡点进行分类，最后将气泡符号全部替换成符号库中小品三维符号，完成小品建模。

根据三维地形数据、三维建筑物模型、三维小品模型，可以时间数字城市的三维建模，直观形象的反映城市的三维信息，为数字城市建设提供基础数据。

4 结论

城市基础地理信息数据极为复杂，传统的二维数据已经难以满足城市管理的需要。三维模型的建立，为数字城市建设提供了基础数据。目前数字城市已经得到了广泛的应用，为城市管理、规划等工作提供了有力的帮助。随着社会的发展及技术的进步，智慧城市已经成为未来发展的趋势，如何针对数字城市的建设现状，综合运用物联网技术、智能传感技术、数字通信技术建立智慧城市，值得进一步研究和探讨。

参考文献

[1] 阎凤霞，张明灯.三维数字城市构建技术[J].测绘，2009，32（2）：93-97.

[2] 雷林辉.基于数字城市地理空间框架的GIS应用系统建设[J].测绘工程，2013，22（4）：48-51.

[3] 李德仁，邵振峰，杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J].地理空间信息，2011，9（6）：1-5.endprint

摘 要：数字城市是城市信息化的重要途径，开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成，分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求，提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用，为数据城市建设提供了保障。

关键词：GIS 数字城市 三维模型 3DMAX

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0024-01

随着城市信息化进程的加快，数字城市成为研究的热点，全国各地纷纷开展数字城市建设工作。数字城市以地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、全球定位系统（GNSS）、虚拟现实技术（VR）为基础，对城市基础地理信息数据进行采集，建立空间地理信息数据库，综合运用WebGIS等先进技术，为行政管理部门、企事业单位及人民群众提供多尺度、多分辨率、多时态的综合信息服务应用，并为政府决策提供依据。三维数字城市具有三维视觉感，清晰表达数字城市的功能，能满足公众的需求，建立三维可视化模型是实现三维数字城市的基本保证。研究三维数字城市构建方法，具有重要意义。

1 基于GIS的三维数字城市系统结构

目前三维数字城市结构一般由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成。数据资源层主要包括基础资源数据库、2D数据、三维模型数据组成，其中基础资源数据库主要包括数据高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字线画图（GLG）三部分组成。基础资源数据库数据经过处理后生成地表数据集（MPT文件），2D数据、三维模型数据构成了扩展GIS数据库；数据处理层主要由数据库、驱动平台、用户界面三部分组成，以地表数据集与扩展GIS数据库为基础，构建三维数字城市驱动平台，综合运用WebGIS、网络技术，通过三维数字城市系统用户界面，为用户提供基础地理信息服务。数据应用层经过数据处理，可以实现三维场景漫游、三维场景评价、三维场景空间分析等功能。三维数字城市系统结构（见图1）。

2 三维数字城市数据

2.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据主要包括控制数据、DEM数据、DOM数据、交通数据、道路街道数据、行政区划数据、水体数据、房产数据与地籍数据等，是三维数字城市的基础。

2.2 三维数据

三维数据主要包括三维地形数据与三维场景数据。三维数字城市的关键在于三维数据的获取，其中三维地形数据主要通过数字正射影像图（DOM）与高程信息叠加获取，过程相对比较简单。三维场景模型一般使用专业建模软件完成，过程较复杂，需要重点探讨。

3 三维数字模型的建立

3.1 常用的三维建模方法介绍

（1）使用3DMAX等动画软件建模。该方法建模功能强大，模型精细，可以进行大比例尺高精度建模，但是存在数据量大、不能与地形信息叠加、不能进行交互查询等缺点。

（2）MutiGen Creator。三维虚拟现实与仿真功能强大，经常与Vega软件组合，可以进行大范围的地形建模且支持建筑物建模，数据结构简单，可以方便的与遥感影像数据、矢量数据、DEM数据进行叠加。但是存在模型不够精细、无法交互编辑、数据查询功能弱等缺点。

（3）ArcGIS等地理信息软件。ArcGIS的三维扩展模块（ArcScene/ArcGlobe）提供了三维建模功能。一般使用ArcGIS支持的三维符号进行三维模型建立，并将地理位置等数据存储在矢量数据层中。地理信息三维模型支持各类数据的叠加分析，可以方便的进行数据查询分析，但模型建立过程较繁琐，建立时对技术人员水平要求高。

可以看出，以上三种建模方法各有优劣，可以综合使用。目前在三维模型建立时，3DMAX应用最为广泛，因此，该文重点针对3DMAX软件的建模方法进行探讨。

3.2 3DMAX三维模型建立方法

（1）建筑物三维模型的建立。

进行建筑物三维建模时，首先根据技术设计要求，统计需要进行精细建模的建筑物，并根据已有的基础地理信息数据（大比例尺地形图数据、高分辨率遥感影像等）提取目标建筑物的形状和空间位置，根据实测数据或遥感影像阴影信息获取建筑物的高度信息；在3dsMax中冻结需要建模的建筑底图，在保证精度的前提下，使用尽可能少的点面进行精细建模；根据实地拍摄的建筑物纹理，使用Photoshop软件对图片进行处理，添加建筑物纹理，使建筑物三维模型更加真实、直观；建筑物三维模型建立完成后，统一保存为便于识别的平台支持格式。

（2）小品模型的构建。

小品是数字城市三维建模的重要组成部分，主要包括植被、道路附属设施、建筑物附属设施等，数量众多，若逐个建立模型费时费力。根据分析，小品主要起烘托场景的作用，且同类小品形状大多相似，可以考虑快捷的建模和插入方式。在数字城市三维建模中，可以采用ArcGIS软件进行小品数据处理。首先调查小品的主要种类和特点，建立对应的三维模型符号库。建模时，通过三维平台，直接导入小品点位坐标，点状数据通用的气泡显示方式，小品数据都是以通用符号气泡代替，同时对气泡点进行分类，最后将气泡符号全部替换成符号库中小品三维符号，完成小品建模。

根据三维地形数据、三维建筑物模型、三维小品模型，可以时间数字城市的三维建模，直观形象的反映城市的三维信息，为数字城市建设提供基础数据。

4 结论

城市基础地理信息数据极为复杂，传统的二维数据已经难以满足城市管理的需要。三维模型的建立，为数字城市建设提供了基础数据。目前数字城市已经得到了广泛的应用，为城市管理、规划等工作提供了有力的帮助。随着社会的发展及技术的进步，智慧城市已经成为未来发展的趋势，如何针对数字城市的建设现状，综合运用物联网技术、智能传感技术、数字通信技术建立智慧城市，值得进一步研究和探讨。

参考文献

[1] 阎凤霞，张明灯.三维数字城市构建技术[J].测绘，2009，32（2）：93-97.

[2] 雷林辉.基于数字城市地理空间框架的GIS应用系统建设[J].测绘工程，2013，22（4）：48-51.

[3] 李德仁，邵振峰，杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J].地理空间信息，2011，9（6）：1-5.endprint

摘 要：数字城市是城市信息化的重要途径，开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成，分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求，提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用，为数据城市建设提供了保障。

关键词：GIS 数字城市 三维模型 3DMAX

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0024-01

随着城市信息化进程的加快，数字城市成为研究的热点，全国各地纷纷开展数字城市建设工作。数字城市以地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、全球定位系统（GNSS）、虚拟现实技术（VR）为基础，对城市基础地理信息数据进行采集，建立空间地理信息数据库，综合运用WebGIS等先进技术，为行政管理部门、企事业单位及人民群众提供多尺度、多分辨率、多时态的综合信息服务应用，并为政府决策提供依据。三维数字城市具有三维视觉感，清晰表达数字城市的功能，能满足公众的需求，建立三维可视化模型是实现三维数字城市的基本保证。研究三维数字城市构建方法，具有重要意义。

1 基于GIS的三维数字城市系统结构

目前三维数字城市结构一般由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成。数据资源层主要包括基础资源数据库、2D数据、三维模型数据组成，其中基础资源数据库主要包括数据高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、数字线画图（GLG）三部分组成。基础资源数据库数据经过处理后生成地表数据集（MPT文件），2D数据、三维模型数据构成了扩展GIS数据库；数据处理层主要由数据库、驱动平台、用户界面三部分组成，以地表数据集与扩展GIS数据库为基础，构建三维数字城市驱动平台，综合运用WebGIS、网络技术，通过三维数字城市系统用户界面，为用户提供基础地理信息服务。数据应用层经过数据处理，可以实现三维场景漫游、三维场景评价、三维场景空间分析等功能。三维数字城市系统结构（见图1）。

2 三维数字城市数据

2.1 基础地理信息数据

基础地理信息数据主要包括控制数据、DEM数据、DOM数据、交通数据、道路街道数据、行政区划数据、水体数据、房产数据与地籍数据等，是三维数字城市的基础。

2.2 三维数据

三维数据主要包括三维地形数据与三维场景数据。三维数字城市的关键在于三维数据的获取，其中三维地形数据主要通过数字正射影像图（DOM）与高程信息叠加获取，过程相对比较简单。三维场景模型一般使用专业建模软件完成，过程较复杂，需要重点探讨。

3 三维数字模型的建立

3.1 常用的三维建模方法介绍

（1）使用3DMAX等动画软件建模。该方法建模功能强大，模型精细，可以进行大比例尺高精度建模，但是存在数据量大、不能与地形信息叠加、不能进行交互查询等缺点。

（2）MutiGen Creator。三维虚拟现实与仿真功能强大，经常与Vega软件组合，可以进行大范围的地形建模且支持建筑物建模，数据结构简单，可以方便的与遥感影像数据、矢量数据、DEM数据进行叠加。但是存在模型不够精细、无法交互编辑、数据查询功能弱等缺点。

（3）ArcGIS等地理信息软件。ArcGIS的三维扩展模块（ArcScene/ArcGlobe）提供了三维建模功能。一般使用ArcGIS支持的三维符号进行三维模型建立，并将地理位置等数据存储在矢量数据层中。地理信息三维模型支持各类数据的叠加分析，可以方便的进行数据查询分析，但模型建立过程较繁琐，建立时对技术人员水平要求高。

可以看出，以上三种建模方法各有优劣，可以综合使用。目前在三维模型建立时，3DMAX应用最为广泛，因此，该文重点针对3DMAX软件的建模方法进行探讨。

3.2 3DMAX三维模型建立方法

（1）建筑物三维模型的建立。

进行建筑物三维建模时，首先根据技术设计要求，统计需要进行精细建模的建筑物，并根据已有的基础地理信息数据（大比例尺地形图数据、高分辨率遥感影像等）提取目标建筑物的形状和空间位置，根据实测数据或遥感影像阴影信息获取建筑物的高度信息；在3dsMax中冻结需要建模的建筑底图，在保证精度的前提下，使用尽可能少的点面进行精细建模；根据实地拍摄的建筑物纹理，使用Photoshop软件对图片进行处理，添加建筑物纹理，使建筑物三维模型更加真实、直观；建筑物三维模型建立完成后，统一保存为便于识别的平台支持格式。

（2）小品模型的构建。

小品是数字城市三维建模的重要组成部分，主要包括植被、道路附属设施、建筑物附属设施等，数量众多，若逐个建立模型费时费力。根据分析，小品主要起烘托场景的作用，且同类小品形状大多相似，可以考虑快捷的建模和插入方式。在数字城市三维建模中，可以采用ArcGIS软件进行小品数据处理。首先调查小品的主要种类和特点，建立对应的三维模型符号库。建模时，通过三维平台，直接导入小品点位坐标，点状数据通用的气泡显示方式，小品数据都是以通用符号气泡代替，同时对气泡点进行分类，最后将气泡符号全部替换成符号库中小品三维符号，完成小品建模。

根据三维地形数据、三维建筑物模型、三维小品模型，可以时间数字城市的三维建模，直观形象的反映城市的三维信息，为数字城市建设提供基础数据。

4 结论

城市基础地理信息数据极为复杂，传统的二维数据已经难以满足城市管理的需要。三维模型的建立，为数字城市建设提供了基础数据。目前数字城市已经得到了广泛的应用，为城市管理、规划等工作提供了有力的帮助。随着社会的发展及技术的进步，智慧城市已经成为未来发展的趋势，如何针对数字城市的建设现状，综合运用物联网技术、智能传感技术、数字通信技术建立智慧城市，值得进一步研究和探讨。

参考文献

[1] 阎凤霞，张明灯.三维数字城市构建技术[J].测绘，2009，32（2）：93-97.

[2] 雷林辉.基于数字城市地理空间框架的GIS应用系统建设[J].测绘工程，2013，22（4）：48-51.

[3] 李德仁，邵振峰，杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J].地理空间信息，2011，9（6）：1-5.endprint