三维可视化在城市规划的应用

1 三维可视化在城市规划的应用

三维可视化以其强大的功能和应用的广泛改变了城市规划和建筑设计表现形式从传统效果图、沙盘模型、三维动画的设计模式提升到数字技术发展的变革。更重要的是实现了对城市环境从过去到未来变化状态及趋势进行科学的仿真、模拟和预测。利用城市空间数据建立一个逼真的、立体的、可交互的虚拟城市环境，可实现城市规划的全方位、自动化设计理念；并且利用三维可视化技术构建的虚拟城市景观可以从众多的规划方案中选择具有最佳效益的一个。

1.1研究现状

目前，许多国外学者己经开发了三维GIS原型系统，使三维可视化技术在建筑、交通、城市规划等许多领域得到应用。德国Rostock大学、Stuttgart大学等研究机构联合研究了三维GIS在数字城市模型中的应用，他们对城市的空间对象进行了分类和表示，建立了数字城市模拟系统，对城市基础设施(包括房屋、道路、绿地等)可方便地进行查询、分析和显示。一些商用GIS系统中，也加入了三维GIS模块，如ArcINFO的ArcScene、IMAGINE的Virtual GIS模块，能在实时三维环境下，提供GIS分析和实时三维飞行方式的访问和漫游。还有许多其它一些模拟实验系统，其研究集中于三维可视化和虚拟现实功能方面，以及与计算机网络的结合上。目前，国际上成立了许多专门机构进行三维GIS的基础研究，大量有关三维GIS的学术论文开始涌现。20世纪90年代后，三维GIS研究得到了极大的发展。由于GIS 的容涉及很广，包括天文、地理、地质、城镇建设、环境评估等，同时GIS又是一门新兴的边缘学科，它涉及到图形学、管理学、计算机科学、测绘科学等众多的学科，各专业领域的专家都有人在根据自身学科的特点对真三维GIS进行研究。

在国，关于城市三维可视化软件较典型的有灵图软件技术的VRMap和适普软件的IMAGIS。VRMap是三维地理信息系统平台，可以在三维地理信息系统与虚拟现实领域提供从底层引擎到专业应用的全面解决方案，（如图 1－1为 VRMap 的界面）;IMAGIs三维可视地理信息系统，是一套以数字正射影像(DOM)。数字地面模型(DEM)、数字线划图(DLG)和数字栅格图(DRG)作为处理对象的GIS系统。该系统结合了三维可视化技术与虚拟现实技术，完全再现管理环境下的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界中，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。（图1－ 2 为IMAGIS 电力系统解决方案）

图 1－1 VRMap 的界面

图1－2 IMAGIS 电力系统解决方案

1.2三维可视化给城市规划工作带来的优势

（1）决策的科学性

城市规划管理是一个以土地空间使用为主要表征的多信息处理、复合过程，需要分析大量的信息以辅助规划决策，并且实时动态查看、修正的需求也极为频繁，需要决策者做出更具科学性、权威性的决策。

（2）先进的管理方式

城市的快速发展使规划管理部门的业务工作量不断增加，由各种数据、图形和文字资料综合而成的信息量也随之急剧膨胀，传统的管理手段和人工作业方式在现势性、准确性、科学性和效率方面已不能适应目前的需要，更不能满足将来的发展，一个高效、规、自动化、智能化的城市规划管理信息系统能够有效的处理这些问题。

（3）实现标准化的工作模式

实现办案过程程序化和标准化、审批成果的规化以及义务数据及图形数据的集成化管理，并使办公自动化达到先进水平，不仅使得审批项目环节上实现办公自动化，也建立起一整套完善的窗口和部门之间的网络联系，建立计算机程序化的工作汇报制、备案制、检查制。1.3 三维可视化 GIS 在城市规划中的功能

三维可视化 GIS 在规划中的应用，除了具有管理信息系统和二维的地理信息系统的功能，如日常的办公管理、二维信息管理、二维的信息查询和分析等，还具有对城市和城市规划中三维信息的管理和处理和分析的功能。

1.3.1 二维、三维信息的联合管理

无论是城市规划的管理和城市规划的编制，都是把数据作为开展工作的基础。三维 GIS 系统秉承了管理信息系统和地理信息系统的特点，同时又加入了三维信息管理、显示、查询、分析的功能，因此，城市规划中三维 GIS 系统的首要用途就是数据管理和信息管理。

1 现状信息的管理

对现状信息的掌握和分析，是城市规划编制、审批和实施的首要步骤。城市规划管理的现状信息错综复杂，并且数据量极大。现状信息分为：现状地形信息、现状建筑物信息、现状的专题信息。

（1）现状地形信息

传统的地形信息是以地图的形式储存的，在三维 GIS 中，既可以存储和管理传统意义的二维的地图信息，也可以存储和管理三维数据特有的信息。由于城市规划工作涉及到的部门很多，数据的格式上有可能产生不统一的情况，如在某些测绘部门习惯使用 Mircostation 来绘制地形图，在城市规划管理习惯使用 AutoCAD 来查看地形图，这就产生的数据的转换和兼容问题。在 GIS 数据库中，能够融合各种数据格式，把它们统一管理起来，并能统一

更新。现状地形信息包括以下几个部分：传统的二维数据：二维矢量地图、栅格地图、航空摄影资料和卫星遥感影像资料。三维地形数据：地形的数字高程模型（DEM）或者数字地形模型(DTM)，以及数字正射影像（DOM）。

（2）现状建筑物信息

传统的建筑物信息是存储在二维数据中，建筑物的平面数据是以建筑物投影在水平面上的轮廓表示，高度信息作为属性存储在数据库中。人们要从这种二维的信息推测建筑物的三维体量需要加入自己的主要判断和分析，十分不便。尤其对于重要的建筑物，在进行规划的时候可能要作为主要的参考信息，三维建筑物就能够满足这样的要求。对于所存储建筑物信息的详细程度，可以按照建筑物的重要程度来划分，对于重要的建筑物，建立详细得模型并附上纹理。

（3）现状专题信息

专题信息可以包括以下几个部分，行政区划、人口经济、基础设施、公共服务设施、文物保护、道路管线、建筑物高度、容积率等。专题信息一般是以二维来表示的，但是对于建筑物高度这样的信息，用三维的形式来表达就更合适一些。

2 规划信息的管理

规划信息的管理是对城市规划的成果进行管理。按照传统城市规划的编制阶段来说，规划的成果分为以下几个部分：城市总体规划成果、城市分区规划成果、城市控制性详细规划成果和城市修建性详细规划成果。

（1）总体规划成果

总体规划的成果包括规划文件和主要图纸。规划文件包括文本和附件。总体规划的图纸主要包括：1）现状图：市域城镇布局的现状图和市区现状图；2）用地评价图；3）市域城镇体系规划图；4）城市总体规划图；5）各项专业规划图，包括：综合交通体系及道路交通规划图，给水、排水工程规划图，电力、电信、热气燃气工程规划图，环境卫生设施与环境保护规划图，绿化系统及园林绿化规划图，名胜古迹和风景规划图，地下空间开发及人防工程规划图，河湖水系及防洪规划图。城市总体规划所要求的数据的比例尺的较小，总体规划图纸的比例：大中城市为 1：10000 或 1：25000；小城市为 1：5000～1：10000，其中建制镇为 1：5000。因此在三维可视化的地理信息系统中，模型的详细程度可以选用最粗略的等级。

（2）分区规划成果

在实际工作中，大中城市的总体规划的图纸比例较小，深度也是有限的，主要是在结构上