虛擬城市的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊敏龍

摘要：虛擬技術(shù)能夠以圖形圖像方式把虛擬的事物直觀的表達(dá)出來，直觀的呈現(xiàn)出各種變化形態(tài)，方便人們直接獲取靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特征。本文對(duì)ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行研究，通過對(duì)技術(shù)平臺(tái)的整合，二維矢量數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)了虛擬城市。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)MapGIS二維矢量數(shù)據(jù)虛擬城市

0引言

虛擬城市帶來全新的體驗(yàn)，能夠直觀的全面的了解城市的立體化信息，虛擬城市的建設(shè)，全面提升城市的形象，增強(qiáng)體驗(yàn)程度，增強(qiáng)了城市可視化管理。通過虛擬城市的漫游，可以達(dá)到身臨其境的效果，全面、直觀的了解城市全貌。同時(shí)對(duì)以后的城市管理和人們生活都很有幫助。

本文基于結(jié)合了ArcGIS、SketchUp和MapGIS技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和整合，將二維矢量數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行了無縫的融合和聯(lián)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了虛擬城市系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維漫游、日照分析、地形剖切和坡度、坡向分析等功能。

1二維數(shù)據(jù)處理

首先在MapGIS的數(shù)據(jù)庫(kù)中建立數(shù)據(jù)庫(kù)。再在數(shù)據(jù)庫(kù)下面的空間數(shù)據(jù)集創(chuàng)建要素?cái)?shù)據(jù)集。并且在柵格數(shù)據(jù)集中導(dǎo)入學(xué)校的衛(wèi)星遙感圖。在繪制二維地圖的時(shí)候，因?yàn)榉课莸膶傩耘c道路等的屬性各不相同。所以需要建立點(diǎn)、線、面、區(qū)格式的數(shù)據(jù)。建立區(qū)代表建筑類，線代表道路類的矢量圖形。接下來就是利用軟件開始二維數(shù)據(jù)的繪制。其原理主要是根據(jù)遙感地圖數(shù)據(jù)的地物特征用矢量數(shù)據(jù)勾畫出其輪廓。將遙感數(shù)據(jù)中的所有地物用矢量數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來。

1.道路矢量化

首先創(chuàng)建道路類、周圍道路類、主干道路類。道路屬于線要素類，在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候把所有的道路創(chuàng)建為線要素類，不同的道路由于寬度不同，要區(qū)分為道路種類，例如：主道路，次道路。方便后面成功的對(duì)道路進(jìn)行緩沖分析，可以加以區(qū)分各條不同的道路。

2.建筑物矢量化

在對(duì)建筑物進(jìn)行矢量化的時(shí)候需要用不同的顏色區(qū)分不同的建筑物。首先需要在要素?cái)?shù)據(jù)集下面創(chuàng)建一個(gè)建筑類的數(shù)據(jù)庫(kù)。然后添加創(chuàng)孵化園、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、賓館等要素信息。

3.綠化的矢量化

建立綠化數(shù)據(jù)庫(kù)。然后創(chuàng)建樹木以及綠化區(qū)兩個(gè)要素。樹木屬于點(diǎn)要素，而綠化區(qū)屬于區(qū)要素。在繪制綠化的時(shí)候可以分為樹木以及綠化帶。樹木屬于點(diǎn)集。可以先繪制一條閉合的曲線，然后點(diǎn)擊沿線布點(diǎn)。這樣可以使建造的樹木均勻的分布在這條曲線上。

4.河流以及湖泊的矢量化

創(chuàng)建河流以及湖泊數(shù)據(jù)庫(kù)。創(chuàng)建河流以及湖泊兩個(gè)要素。河流屬于線要素，湖泊屬于區(qū)要素。在進(jìn)行矢量化的過程中河流可以用線編輯，而湖泊可以用區(qū)編輯。這樣做的目地都在于后期制作三維的時(shí)候方便進(jìn)行緩沖分析。湖泊一般適用藍(lán)色加以區(qū)分。

2. 三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)

三維場(chǎng)景是為了保證虛擬城市的真實(shí)性。為了使虛擬的城市更加真實(shí)，對(duì)三維建模的模型要求非常高。對(duì)建模的貼圖的縮放比精確度要求很精確。虛擬場(chǎng)景的基礎(chǔ)是二維矢量化以及三維建模，利用SketchUp建立城市中的特殊模型，然后通過MapGIS矢量化的二維圖形建立三維模型，然后在貼圖。采用ArcGIS和MapGIS矢量化二維圖形，然后進(jìn)行屬性的添加。要保證模型的精度，必須對(duì)建模進(jìn)行材質(zhì)和紋理貼圖的處理。而紋理貼圖的過程中對(duì)圖片的縮放比的要求非常高，要調(diào)試到最佳比例才能達(dá)到良好的效果。

三維模型的建立需要用SketchUp來完成，三維模型數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵在于添加的屬性是否合適，所貼的圖片比例是夠合適。這些都影響到三維模型的美觀程度。在導(dǎo)成三維模型之后，為了達(dá)到美觀的效果就必須對(duì)所導(dǎo)入的三維模型加以審視，比如：道路被建筑物所侵占。這樣就必須要?jiǎng)h除從前畫的道路，進(jìn)而重新繪制道路。而三維貼圖有一定的難度。在貼圖的過程中必須要考慮是否美觀，是否達(dá)到效果。如果出現(xiàn)問題則需要調(diào)試圖片的縮放比。由于沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，所以在調(diào)試過程中需要一邊選取縮放比，一邊觀察貼圖是否合適。

3. 三維漫游

據(jù)需求，設(shè)置好各種參數(shù)，把速度設(shè)置為固定速度10，把高程設(shè)置為固定高程2，角度設(shè)置為仰俯角10°這樣更能利于使用者的觀察。然后我們選擇路段開始漫游，選取所需要漫游的路徑，我們根據(jù)道路來依次選取點(diǎn)位，讓間距大概保持一致以免瀏覽者不適應(yīng)，最后，把所有點(diǎn)位確認(rèn)是否是在對(duì)應(yīng)的位置，能否瀏覽完城市的全景。漫游路徑在場(chǎng)景中如圖1所示。坡度分析的主要作用是可以讓瀏覽者事先了解一個(gè)地方的坡度緩陡的程度。這對(duì)于許多方面的應(yīng)用都極具研究?jī)r(jià)值。如圖2所示。

4.總結(jié)

本文采用ArcGIS、MapGIS技術(shù)進(jìn)行二維矢量化數(shù)據(jù)處理，采用SketchUp進(jìn)行三維模型的建立，通過MapGIS平臺(tái)對(duì)三維場(chǎng)景、三維模型和二維矢量數(shù)據(jù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了虛擬城市系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了城市場(chǎng)景漫游、坡度分析等多個(gè)虛擬化功能，實(shí)現(xiàn)的效果好。為今后虛擬城市的建設(shè)提供了技術(shù)參考。

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