第３５卷第２期 ．测绘与空间地理信息 ＧＥＯ ｄＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧｙ Ｖｏ１．３５．Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．，２０１２ ２０１２年２月 城市３维漫游系统在Ｓｋｙｌｉｎｅ下的实现 陈福江 （辽 ｊ 省摄影测量与遥感院，辽宁沈阳１１００３４） 摘要：“数字城市”是城市新的增长点，这一概念的提出源于“数字地球”，是城市化进程加快、可持续发展的必 然要求。Ｓｋｙｌｉｎｅ是当前世界应用较为广泛的３维软件之一，它能够快速地融合数据，更新场景数据库，展现３维 地理空间数据，功能强大 文章探讨并实现了通过收集资料、数据预处理、建立３维地形空间数据库、快速３维建 模、空间数据整合、系统集成等一系列步骤建立起的基于Ｓｋｙｌｉｎｅ、以辽宁省某市景观带为项目区的３维漫游系统 关键技术。 关键词：Ｓｋｙｌｉｎｅ；数字城市；３维 案观；地形数据库；３维建模 中图分类号：ＴＰ３０１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５８６７（２０１２）０２—００８７一Ｏ３ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｉｔｙ ３ Ｄ Ｒｏａｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｕｎｄｅｒ Ｓｋｙｌｉｎｅ ＣＨＥＮ Ｆｕ—ｊｉａｎｇ （Ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ ａｎｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００３４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｔｙ，ｗｈｉ（．｝ｌ‘＿ＩＪｆＩ１ｎ， ＩＩ１１ ｌｌ１ｅ ｔ・ＩＨＩＣ（ ｐｔ ｏｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｅａｒｔｈ，ｉｓ ａ ｎｅｗ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｇｒｏｗｔｈ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃｉｔｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｃ－ ｅｓｓａｒｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｘｐｅｄｉｔｉｎｇ ｕｒｂａｎｉｚａｔｉＩ）ｎ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｓｋｙｌｉｎｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｆｕｓｅ ｄａｔａ，ｕｐｄａｔｅ ｓｃｅｎｅ ｄａｔａｂａｓｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ３Ｄ ｔｏｔ）ｏｇｒａｐｈｉｅａｌ ｓｐａｌｉａｌ ｄａｔａ ｗｉｔｈ（）ａｔ ｄｅｌａｙ．ｉｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ３Ｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｄｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓ— ｓｅｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ３ Ｉ）ｒｏａｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｂｅｌｔ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｉｔｙ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｒｅａ ｔｈｔ’ｏｕｇｈ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｔ ｓｔｅｐｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｄａｔａ ｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，３Ｄ ｔｏｐｏｒｇａｐｈｉｃａｌ ｓｐａｔｉａｌ ｄａｔａｂａｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｑｕｉｃｋ ３ Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｓｔｍｌｉａｌ ｄａｔａ ｆｌＭｏｎ ａｌｌｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｋｙｌｉｎｅ；ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｉｔｙ；３１）ｈｍ（ Ｕｐｅ；ｔｅｌｑ’ａｌｎ ｄａｔａｂａｓｅ；３Ｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ０ 引 言 ３维漫游系统是综合利用计算机虚拟现实技术、仿真技 术、ＧＩＳ技术和数据库技术，通过有机的结合实现３维城 计算机技术和肌代测绘技ｌ＼的进猛发 ，汁算机虚 市再现，并建立人机实时交互操作的空间信息系统。因 拟现实、仿真技术和地理信息系统的紧密结合，为城市空 而３维的城市空间地理信息技术将以其鲜明的技术特点 间地理信息系统的建设提供丁崭新的表现方式。通过计 和应用前景，在城市的建设规划管理中发挥巨大的作用。 算机再现数字城市，在逼真的３维视：蓖和 虚拟的３维 为了探索和研究３维数码城市建模与地理信息服务 “城市”的相互交互巾，对构成城ｆ 空Ｊ１＿ｉ】信息的主要要素， 平台３维漫游系统的方法和技术路线，利用辽宁省某市地 诸如建筑物、道路、水系、桥梁等进行多方位、多层次的观 理信息公共服务平台３维漫子游系统实测地形图和规划 察、分析，为人们认识和改造城市社会提供ｒ崭新的观察 地形图制作３维景观漫游，进一步研究建立城市３维景观 和分析方法。 模型和开发实时交互的城市空间信息系统的技术和 随着“数字城Ｉ 战略的 拖，从 论模型的研究阶 方法。 段过渡到软件产品的开发应用阶段，这也为虚拟现实技 术的应用提供了良好的条件．．『 地理信息系统技术近年 １ Ｓｋｙｌｉｎｅ软件结构及功能 发展也十分迅速，已成功应Ｊ＿１｛到 会经济建没的许多领 本系统采用Ｓｋｙｌｉｎｅ作为３维ＧＩＳ平台，Ｓｋｙｌｉｎｅ是目 域。以传统的２维的平 地理信息技术进行城市地理信 前国际上应用较广泛、技术较领先的３维ＧＩＳ平台，由 息系统建设，虽已取得Ｊ，很好的应用，但其不能提供直观 ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ，ＴｅｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ Ｐｒｏ和Ｔｅ￣ａＧａｔｅｓａｒｅ三个相互独 而且有效的３维空间信息。而地理信息公共服务平台与 立的子系统构成，分别实现数据合成、数据发布、数据展 收稿日期：２０１１～１０—２０ 作者简介：陈福江（１９７４一）， ｊ ｊ：沈…人，高级ｆ 程师，本科，主要从事航空摄影测量及地理信息系统数据生产的管理工作。 测绘与空间地理信息 示三大功能。Ｔｅｒｒａ Ｂｕｉｌｄｅｒ用于融合大量的影像、高程和 矢量数据，以此来创建有精确坐标的３维模型地形数据 库，为３维地理信息系统提供基础地形数据。Ｔｅｍ Ｂｕｉｌｄ— ｅｌ＂通过叠加航片、卫星影像、地形数据、数字高程模型以 及各种矢量地理数据，可以迅速方便地创建海量３Ｄ地形 ２０１２．皋 ３ ３维场景的实现 在本系统中，我们通过收集资料、数据预处理、建立３ 维地形、精确建模、系统集成等一系列步骤建立该市景观 带３维场景。Ｓｋｙｉｎｅ软件使用方面，主要是采用Ｔｅｒｒａ． Ｂｕｉｌｄｅｒ产品融合完成高精度的影像和高程数据，采用 ＴｅｒｒａＧａｔｅ实现３维地理数据的网络化发布，采用Ｔｅ￣ａＤｅ． ｖｅｌｏｐｅｒ的ＡｃｔｉｖｅＸ控件接口在客户端实现基于Ｗｅｂ方式 的３维浏览。 数据库。 ＴｅｒｒａＧａｔｅ是一种强大的网络数据服务器技术，用来 管理如何同时传输海量数字地形数据到众多终端用户。 其提供了一个平台来启动由Ｔｅｒｒａ Ｂｕｉｌｄｅｒ及Ｔｅｒｒａ Ｅｘｐｌｏｒ＇ ｅｒ Ｐｒｏ创建的很多应用，并且提供了数字地球接人功能， 使得众多网络应用具有了地理信息参考的功能。该服务 ３．１ ３维模型地形数据库建立 该市景观带３维地形数据的建立需要高程数据、矢量 数据、航空和卫星影像数据四类。航空和卫星影像数据 经过坐标系的确定与配置、投影转换、金字塔生成、数据 器软件与一般视频流的主要区别在于能在互联网上通过 可变带宽来无缝接入，而不会受到网络连接的反应时间 或中断的影响。 加载、黑边处理、白边处理、影像裁剪等处理过程，最终叠 加矢量数据和高程数据合成３维地形数据。影像数据坐 标系的配置可以用ＡｒｃＧＩＳ软件来实现，其余过程主要用 ３维地理数据加工软件Ｓｋｙｌｉｎｅ ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ来实现。利用 ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ可融合大量的影像、高程和矢量数据，以此来 ＴｅｒｒａＤｅｖｅｌｏｐｅｒ软件开发工具以ＡｃｔｉｖｅＸ控件形式提 供丰富的应用客户化定制功能。开发人员可在ＴｅｒｒａＥｘ— ｐｌｏｒｅｒ Ｐｒｏ环境中，利用ＴｅｒｒａＤｅｖｅｌｏｐｅｒ开发工具，集成Ｔｅｒ－ ｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ Ｐｒｏ软件系统的全部功能，开发自己的３Ｄ可视 化应用系统。客户化开发的系统可以是应用程序，也可 以ＨＴＭＬ网页形式实现。ＴｅｒｒａＤｅｖｅｌｏｐｅｒ可以为基于台式 机、笔记本、网络或无线解决方案的Ｐｃ机应用系统扩充 强大的３维地理空间处理接口功能。 创建有精确坐标的３维模型地形数据库。 ３．２ ３维模型制作 ３．２．１模型精度标准 ３维模型必须能够反映建筑的主要结构和主要细节， 模型整体感强，效果美观。建模必须量化，精细模型或著 名建筑物的建筑轮廓主体结构表现大于等于１．０ ｉｎ时，必 须建模表现，小于１．０ Ｉｎ时可以用贴图来表现。 在满足可视效果的情况下，尽量减少模型的几何面 ２ 系统设计 该市３维漫游系统综合应用了空间３维虚拟现实技 术与ＧＩＳ技术，对２维信息进行仿真，实现多视角、多层次 的３维显示，同时实现了地形模型与用户的交互访问。系 数。模型平面和高程精度须达到ｌ’：５００地形图精度要求。 统包括三个方面的内容：空间地理信息数据库、３维可视 化场景、集成系统平台。 １）空间地理信息数据库 采用数据库组织属性数据，通过ＯＢＪＥＣＴＩＤ对应到场 景中的３维模型，建立一个开放、稳定的基础地理信息数 据库。实现基础信息、专题信息、图片信息、多媒体信息 的统一管理。本系统采用ＳｑｌＳｅｒｖｅｒ作为信息管理数据 库，并与３维模型进行挂接。 ２）３维场景可视化 ３．２．２建模内容 １）房屋 建构筑物按照模型精度标准要求建模，每栋建 筑形成的文件，并保证建筑完整性。 ２）地形 地形模型成果包括小区景观、内部道路、植物、花台、 水池等设施，和地面构成统一体的面。 ３）道路 道路模型成果能基本反映车道、隔离带、照明、交通站 点等情况，包括道路、交通轨道、桥梁及道路附属设施模型。 ４）其他 首先利用ＴｅｒｒａＢｕｉｌｄｅｒ叠加ＤＯＭ与ＤＥＭ建立空间场 景数据库，然后利用ＴｒｒａＥｘｐｌｏｒｅｒ Ｐｒｏ进行系统集成，将２ 维数据、３维场景、３维模型进行整合，添加漫游方式及建 需用模型表示的其他物体，桥梁要建模。 立漫游路径等。利用３维ＧＩＳ平台Ｓｋｙｌｉｎｅ实现在高精度 ３维电子地图上的信息发布展示功能，根据航空影像、卫 星数据、数字高程模型创建３维地形景观数据库，创建３ ３．２．３模型分级标准 １）精细模型 精细模型真实精确表现建筑物的外观，在不影响建 筑物真实性几何结构的基础上，部分非常精细的细部实 维交互式环境，为城市信息的立体化分析和空间展现提 供支持。 ３）集成系统平台 系统采用Ｂｓ结构，应用．ｎｅｔ ２００８调用组件、开发包 体结构允许被忽略。这类建筑一般为城市公共建筑和要 求重点建模的建筑物。立体屋顶、凹凸的阳台、一楼突出 门厅等几何结构不能被忽略，不能用贴图代替，需要用几 何实体来表现，屋顶贴图要求清晰美观。 技术参数标准（单个精细模型）：三角面数在ｌ ５００以 开发３维ＧＩＳ系统，实现３维地理信息的任意浏览、自动 飞行、监测点位分布展示、３维模型叠加显示等功能，要求 具有与数据的集成交互功能，能通过３维ＧＩＳ操作直接完 内，贴图单边象素数＜１ ０２４，格式要求ｊＰｇ（透明贴图要求 为带透明通道的ｄｄｓ，ｐｎｇ或ｔｇａ格式），单个一组输出的 成对数据、视频、报表等信息的查阅。 第２期 椭 ｉｉ：城ｌ ３维漫游系统在Ｓｋｙｌｉｎｅ下的实现 ８９ ．ｘ文件和其调用的所有 总数据 趟过１ Ｍ ． ２）一般建筑模型 一般建筑模型准确表现缱 物的儿ｆｕ『文体结构，在 不影响建筑物真实性几何结构的基础ｌ ，郭分实体结构 允许被忽略。一般为城Ｉ 居 小 楼和］ｃ他一些非重点 建模的建筑物。小区居民楼平段坡的大的 体犀顶几何 结构不能被忽略，其他一些小的角顶、 凸的Ｉ；Ｈ台，一楼 突出的门厅等几何结构允许采ｊｔｊ灿 来表现，但所有贴 图均要求比较清晰美观 技术参数标准（单个精细模 Ｊ： ｆｆＪ Ｉ（１ｌ放在５００以 内，贴图单边象素数＜５１２，格式要求 ｇ（透明贴网要求为 带透明通道的ｄｄｓ，ｐｎｇ或ｔｇａ格Ｊ｜＝），单个一・组输出的．ｘ 文件和其调用的所有贴『鬈１总数 量 越过４００ Ｋ。 ３）贴图标准 纹理的象素尺寸应该足２“：２，４ ８，ｌ６，３２，６４，１２８， ２５６，５１２，１ ０２４）。在贴『冬１清晰程度【ＪＪ以接受的情况下，尽 可能小，保存时保证分辨率为７２ 保存 坫质为８， 保存纹理尺寸最好是止 的， 范和岛的象索大小 不能超过１ ０２４，贴图长宽比 为ｌ：ｌ，１：２．ｆｎ１果贴图实 在太长或太宽，则将模型面进行分割， 独贴 ３．２．４．ＸＰＬ格式模型的获取 通过ＭａｋｅＸＰＬ Ｔ具，＿口『以１ ｎ ｔ ¨包，直接 将．ｘ格式的文件生成．ｘｌ’Ｉ．恪式 Ｅ ｆ以逃择义件央 （Ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｎｔｉｒｅ ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ荣单）批量创建，奠¨果模型导出 成．ｘ格式之前，没有进行模型ｒ１ 一＿ 杯归零的操作，那 么需要使用ＭａｋｅＸＰＬ Ｔ具，将模型坐 值 零， 记录。 模型和其所调用的贴圈需要放在 艾件央１．－，在批量 创建ｘｐｌ的过程中，如有错误提示， 股为．ｘ模型的问 题，出现错误提示的模型一一般都无法寻人ＴＥＰｒｏ，需要返 回检查。 ３．３ ３维ＧＩＳ系统集成 完成３维地形数据和建筑物模型谴 后，我们在ｎｅｔ． ２００８环境下调用ＳｋｙＬｉｎｅ组建进行系统的开发。在开发 过程中通过复调试系减少系统运行错误，确保系统运行 的正确性、可靠性和稳定性 利刚Ｓｋｙｌｉｎｅ组件进行开发， 可获取其所提供的３维可视化功能， 通过不『ｕ］的视角对 空间数据、地形数据和业务数据进彳ｉ－查谗Ｊ，进行３维动画 模拟，主要包括以下功能 １）基本功能 包括地图放大、缩小、 移、飚 航、令 乐、同 到初始视野、测量距离／面积、图层控制、图例，这些为ＧＩＳ 的基本功能，查询和空问分析１ ： 不包含在内，结合业务 分别阐述。 ２）浏览功能 支持在３维可视化场景【｝Ｉ越仃多模 匕４ ｒ，包括自由 飞行、转向、升降、调速等，同时埘感必趣的【）ｓ＝域进行路径 定制播放。 ３）动态标注功能 ３维可视化系统会将各 临测刮的 发数据动态 实时地在图中显示出来，优先 示测点ｒ｛ｌ检测到的超标 指标，并以红色高亮显示。 ４）查询功能 系统对３维地形数据和业务数据库进行了关联，在３ 维可视化ＧＩＳ中可对场景内的任意节点进行相关属性信 息的查询。属性信息可以通过文字、数据、图纸、图像以 及多媒体等形式表现出来。 ４系统特点 １）运用计算机虚拟现实技术、仿真技术、ＧＩＳ技术和 数据库技术，通过有机的结合将３维可视化技术、３维地 理信息系统应用于该市地理信息公共服务平台进行城区 规划，实现数字化城市。 ２）基于Ｓｋｙｌｉｎｅ的数字城市解决方案来制作该市地理 信息公共服务平台３维漫游子系统，技术处于全省领先 水平。 ３）运用日照分析功能与方案分析功能，为城市规划 建设提供了便利条件。 ４）将多媒体技术运用于３维景观漫游系统中，表现 渲染能力强，能更好地推广该市城市建设，使城市数字化 具有极高的社会经济效益。 ５ 结束语 数字城市３维景观系统提供了一个３维交互数字地 图窗口，通过系统的工作流程指导，用户能够进行基本数 据建模、数据可视化和数据分析。用户还可以通过初始 化界面设定适合自己的数字地球３维场景，生成不同的应 用系统，生成飞行文件的地表数据集，能够在２维和３维 ＧＩＳ之间相互传送地表数据。 ３维景观公共服务平台的建立，可以用于城市规划、 电子沙盘及地形仿真、电信、遥感测绘、环保、地质、石油 化工、房地产、观光旅游、运动会和传媒等领域，是模拟３ 维场景建设最佳的基础软件平台之一。将为城市的建 设、道路交通、市政管理、土地管理、管网设计、区域开发 规划等领域建立便捷、直观、高效的分析模型。可轻松实 现对建设规划的直观模拟，从而为规划部门、建设部门以 及管理部门提供一种高效的分析决策手段，在一定 程度上减轻了工作量和强度，它将是２１世纪广泛应用的 一种新技术，在数字城市领域有着广阔的发展前景。 参考文献： ［１］ 寇有观．“数字城市”的规划研究［Ｊ］．电脑知识与技术： 数字社区智能家居，２００６（６）：９４—９９． ［２］姚士谋，管驰明，王书国，等．我国城市化发展的新特点 及其区域空间建设策略［Ｊ］．地球科学进展，２００７，２２ （７）：２７１—２８０． ［３］ 文俊浩，赵有声，青虹宏．数字城市与城市可持续发展的 相互关系的分析［Ｊ］．重庆建筑大学学报，２００４，２６（１）： ３１—３４． ［４］马娟，秦凯．数字城市建设的初步探讨［Ｊ］．科技咨询导 报，２００７（１）：９７—９８． ［编辑：胡雪］
