VRCITY数字城市



一、 概述

    Vrcity数字城市,基于国际流行的三维图形开发库OpenGL,采用C/S、B/S混合网络技术架构,集成数据库技术、三维可视化技术、多媒体技术、海量数据存储与调度技术等,实现城市三维场景创建、浏览、分析等功能,可以为城市规划提供直观、科学的辅助决策。
    系统主要基于二维规划地理数据、三维建筑模型数据,建立精确的城市三维虚拟仿真系统,同时搭建一个规划方案评审及辅助决策支持平台,实现规划建筑方案在三维状态下的动画效果展示,为方案评审与对比提供真实的三维场景。
    系统主要功能包括建筑模型的制作、模型实时导入与修改编辑、地形分析、日照分析、通视分析、规划指标查询与计算、二维导航、路径巡游及快速生成视频等。可为规划辅助决策和公众展示提供一个直接、生动、形象的三维展示方式。

二、 技术要点

    1、 系统平台
    系统基于国际上成熟和先进的OpenGL三维技术平台,结合三维城市的特点,进行了深入的技术研发、深化和改进,实现了城市大场景的加载、存储和浏览及编辑。

    2、 数据库平台
    系统采用Oracle Database 11g Enterprise Edition数据库管理平台。Oracle数据库为系统应用程序提供了高效、可靠、安全的数据管理,提供了满足三维城市大数据量的可用性和可伸缩性需求的工具和功能。系统图形数据和属性数据均导入数据库管理,以保障数据管理的安全和规范。

    3、 数据创建与更新
    系统以树形目录结构对模型数据进行分页、加载管理,使用高效的场景调度技术来实现场景数据的动态加载,各类图形或影像数据可任意叠加显示,叠加查询三维场景中的二维地理信息数据和规划成果数据,实现三维场景和二维地理信息数据库的数据连接。

    (1)二维数据
系统支持城市规划各类二维数据的创建,如城市电子地图、各种比例的地形图、影像图、总规控规编制成果图等,具有GIS的管理功能。

    (2)三维数据
    通过影像、数字高程模型以及各种矢量数据快速创建海量地形数据集,支持地形、景观、建筑等的基础、标准和精细模型。系统通过小图拼大图、场景树结构、快速背面裁减等多项技术,减少了渲染批次、数量,提高了渲染、裁减效率。
    系统支持3dsmax模型,可将3ds模型导入系统并进行分页、替换和快速显示。
    系统支持CityPlan规划设计与Eplan报批软件的数据格式,可实现规划成果的动态入库和更新。同时,支持规划设计多方案对比。

    4、 数据传输与缓存
    为了支持大场景海量数据的访问速度,系统采用高效的压缩算法来对二进制流进行压缩处理,从而减少存储空间、降低数据传输量,提高了系统资源利用率和传输速度,使大场景数据的加载和浏览顺畅自如。
系统采用优秀的空间索引机制和动态负载均衡技术,对网络传输到客户端的数据进行高速缓存,最大限度的减少网络的传输量,提高了模型的加载速度,从而使客户端的远程访问得以保证。

    5、 三维浏览
    系统提供具有实景仿真的三维城市交互浏览功能,可以通过鼠标、键盘等多种控制模式在三维场景中浏览漫游,可实现三维场景浏览、分析、信息查询以及二维地理信息数据与三维场景数据的叠加显示等功能。
    通过绘制、编辑路径,就可以生成丰富的漫游效果,并能生成图片、视频等。

    6、 规划方案展示
    系统支持CityPlan、Eplan软件制作的规划方案整体入库,导入的方案包含相应的规划指标数据,与周边三维现状场景融为一体,且同一地块可加载多个规划方案,为规划方案的分析、评审、比较提供真实的三维辅助决策支持。
    多方案对比分析,可从不同的角度、方位来观察各个规划设计方案,比较不同的方案对城市景观、周围建筑的协调或影响。

    7、 起伏地形与叠加技术
    系统能通过读取DOM、DEM高程数据生成真实起伏的地形数据集。
    系统提供了模型和地形的无缝叠加技术,可以将矢量数据(如shp文件)、CityPlan软件生成的模型数据叠加到地形模型上。

    8、 模型属性数据管理
    CityPlan、Eplan软件创建的模型可自动附带相关属性入库,并可在大场景中查询显示。建筑属性可任意添加、查询和编辑等。

    9、 信息查询
    系统提供了对建筑物、道路、公共设施等的地名、方案、空间属性等要素的多种查询方式,可快速定位到方案、模型,进行信息查询和浏览。

三、 功能分析

    1、 主界面
    操作界面主要划分为图库管理区、显示区、属性管理区等。如下图所示:


    2、 功能框图
    根据系统基础架构设计和规划需求,系统所要实现的功能如下框图汇总所示:

    3、 三维可视化

    (1) 三维交互浏览
    ① 提供灵活多样的二维图形和三维场景的导航工具,包括但不局限于以下功能:放大、缩小、全图、漫游、旋转视图、倾斜视图、前一视图、后一视图、左移、右移、上移、下移、定位到指定位置、调整视图倾角等,且浏览画面流畅。
    ② 导航工具设计要考虑对鼠标、键盘、方向盘和操纵杆的功能键的有效使用。
    ③ 提供行走、驾驶、飞行等多种浏览模式,并能进行相关参数设置;驾驶或飞行时可改变多种视角。
    ④ 支持在三维场景中保存用户感兴趣的位置并能快速定位到这些兴趣点。
    ⑤ 支持在三维场景中自定义飞行路径,能在三维场景中进行飞行穿越。能够预先设置飞行路径中的各段飞行速度和观测视角,并能录制飞行穿越的动画视频。
    ⑥ 支持设置选择三维模型(例如建筑物、交通工具、树等)在导航浏览时是否可以穿越,穿越三维模型内部时也要在真实方位上显示方向。
    ⑦ 支持设置三维场景的坐标系统,能进行地方坐标系和球面坐标系(WGS84)数据的网络发布,但坐标可根据需要显示。

    (2) 三维联动
支持同步显示二维图形和三维场景,在三维场景中漫游时,二维图形实时指示用户的位置和行走方向;能随时切换二维图形和三维场景两种模式进行浏览。

    (3) 显示地下三维空间
    ① 能够对地表透明度进行设定,以便直观了解地下管线的分布情况。
    ② 能进入地下进行浏览,显示地下空间三维场景(如地下管线、地铁等)。
    ③ 能根据现有地下管线二维矢量数据(含管径、埋深等属性信息),批量生成整个城市的三维地下管线场景。
    ④ 能进行地下管线属性查询等操作,能测量地下管线的长度、埋深等。
    ⑤ 能设置地下模型(地铁)贴图的双面渲染。

    (4) 分类显示
    支持在三维场景中用不同颜色分类显示不同性质的地块、建筑物等。

    (5) 三维标注
    ① 在三维场景中能将地名、路名、建筑物名称等标注附着显示于地球表面或像广告牌一样始终面向当前用户显示。
    ② 标注的样式,包括颜色、字体大小等可自定义。
    ③ 能够方便的添加属性信息、注释或多种超链接,并能够通过数据库字段进行挂接属性信息。

    (6) 模型时序变化
    支持处理时间场景和在时间序列中显示三维模型,能反映过去、现在、未来的三维场景的不同形态。

    (7) 导入GPS轨迹数据
    支持GPS轨迹数据导入成图并实时显示。

    (8) 办公协作
    支持网络中的用户发起、实时加入办公协作环境,同其他用户进行交互会议、在三维场景中标注范围和信息。

    (9) 三维场景真实美观
    ① 支持烘焙材质,支持动态图片、骨骼动画等基本特效。
    ② 支持物体在动画中的运动,如走动的人、运行的车辆等运动特效。
    ③ 支持模拟现实世界的各种光照效果,能调节光源类型、位置、强度等。


    (10) 城市设计成果管理与浏览
    根据城市设计文件,在三维场景中展示城市设计成果。通过调整城市设计中的关键技术参数,显示不同的城市设计效果。具体包括:
    ① 规划设计二维图形管理、显示,如地形图、总规图、控规图等:


    ② 规划设计三维成果展示:



    (11) 环境效果
    实现三维场景中的天空盒、雾效、雨效、雪效等环境、天气效果,模拟不同天气、环境下真实设计方案效果。


    4、 多源数据管理

    (1) 数据管理
    ① 支持大范围、海量、多源多尺度时态数据的无缝集成与管理,包括城市地形图、正射影像、数字高程模型、行政区划、路网、街区道路、三维建筑、场地环境等空间数据的集成调用显示管理,支持地形图、控规图等多种二维平面规划数据的叠加显示等。
    ② 数据更新。支持导入符合一定标准要求的通用格式区域三维模型到三维平台中,可以自动替换掉原有的区域旧模型,旧模型可作为历史数据保留。
    ③ 数据裁剪。在指定范围内,自动生成通用格式的三维数字地图用于设计和管理使用。
    ④ 支持名称与空间要素查询。提供地名、建筑物名称与空间位置的相互查询。
    ⑤ 提供量算功能。提供位置、距离、面积、体积等空间量算。
    ⑥ 提供快速模型建立检查工具和效果工具。支持多层纹理和动态贴图,在浏览三维场景过程中显示动态的三维数据,如跑动的汽车、喷泉等。
    ⑦ 属性数据连接。对空间元素能够附加属性或连接外部数据库属性。

    (2) 数据多格式转入转出
    ① 多数据格式导入:可导入数字高程模型(DEM)生成三维地形;支持数字正射影像(DOM),可以准确匹配到三维地形上,并设置不同的表现精度;支持数字栅格地图(DRG),支持导入数字线划图(DLG),生成道路、河流、湖泊、绿地等;支持导入二维等高线(DLG)生成三维地形;支持Shape、DWG等标准数据交换格式;支持导入数字模型(DM),包括3Dmax的*.3DS文件、AutoCAD的DWG文件。
    ② 多数据格式导出:支持输出3Dmax的*.3DS文件、AutoCAD的DWG文件、ArcView的Shape文件。

    (3) 规划数据集成
    ① 基础地理数据汇入三维场景。基础地理数据包括基础地形图、道路、绿地和水系等数据,根据规定的入库标准,实现与三维数据的集成。
    ② 控规项目方案信息汇入三维场景。按照控规项目组织原则,遵循详细规划数据入库标准,实现二维规划数据与三维数据的集成。
    ③ cityplan或eplan提供的三维数据汇入三维场景。提供对已建成的三维建筑地理数据库(Geodatabase)的转换工具,实现三维建筑地理数据向三维场景建筑数据转换。

    (4) 系统建模
    系统与cityplan、eplan三维规划设计成果无缝集成,具有高效的模型建立能力,能在系统中快速进行模型加载,对模型有纹理编辑、属性无损迁移连接等功能。

    5、 规划辅助分析
    (1) 方案比较
    能同时对同一位置的多个规划项目方案进行切换、对比,也能进行多屏比较。


    (2) 方案调整
    能实时动态地调整规划项目建筑物的位置、角度、高度等,相应指标随之变化。


    (3) 统计分析
    能在三维场景中对指定地块或划定区域内的规划用地面积、建筑物类型、容积率等进行统计。

    (4) 日照效果
    ① 能够根据当前系统时间,反应真实时间中城市的明暗变化,并能够表现出建筑物不同面的明暗变化。
    ② 输入要查看的区域半径,创建阴影,通过时间条分析当前区域一天之中不同时间段的日照变化,一年之中同一时间的日照变化。

    (5) 通视效果
    对三维场景中两点之间可见性进行通视效果演示,并以不同颜色的线来表示。

    (6) 天际线效果
    系统提供天际线效果演示功能,以描绘城市景观在不同视角下的天际线效果。

    (7) 断面分析
    通过三维场景不同位置设置断面,快速得到街道立面、建筑物剖面、建筑立面。

    (8) 拆迁分析
    选定要拆迁的区域,分析指定范围内的拆迁量及相关的一些指标信息。

    (9) 淹没分析
    划定选择区域,系统将自动计算随不同水位高度下的洪水淹没建筑物的情况。

    (10) 空间分析
    能对给定的点和半径进行空间半球体的影响范围分析。

    6、 查询定位

    (1) 场景漫游
    ① 多种运动控制模式:提供鼠标、键盘或游戏杆控制,用户可以在三维场景中前进、后退,改变行走方向,升高、降低视点。
    ② 多种浏览方式:提供行走、驾驶等浏览模式。
    ③ 可设定游览路径:提供多条游览路径,用户可沿固定路径交互式浏览飞行。
    ④ 大场景的无缝浏览:采用先进的图像压缩和调入技术,实现无缝连接。
    ⑤ 电子地图跟踪指引:用户在三维场景中漫游时,二维电子地图可以实时指示用户的位置和行走方向(即视点和视角)。
    ⑥ 快速空间定位功能:二维地图中点击任意点,三维场景可迅速切换到此处。


    (2) 兴趣点搜索定位
    可基于系统提供的搜索查询功能,输入感兴趣的地物名,系统可快速实现搜索匹配,选择搜索到的对象,实现快速定位。


    (3) 空间量测
    ① 面积测量:提供面积测算工具,可对系统指定的三点或多点围成的面积大小进行计算和显示。
    ② 距离测算:提供距离测算工具,可对系统的指定的两点或多点之间的距离进行计算和显示,同时计算高差和坡度。
    ③ 高度测量:提供高度测算工具,可对系统的指定的两点之间的高度进行计算和显示。


    (4) 图层控制
    利用图层控制功能,可以实现图类分类显示。例如城市规划宏观方面划分为影像图、地形图、控规图、三维建筑模型图等,用地分成居住用地、公建用地、道路、绿地等多种类型。利用分类显示功能,可以在场景中给不同类型的建筑或用地用不同的颜色加以区分,并可以控制显示叠加效果。


    (5) 三维模型展示
    可以在三维场景中从多角度多方式进行观察和展示建筑物、基础设施等的三维设计模型。如下图所示:

    (6) 三维搜索查询
    网络客户端可基于系统提供的搜索查询功能,输入感兴趣的地物名,快速实现搜索匹配,选择搜索对象,实现快速定位。
    搜索定位
    在搜索对话框中输入所要搜索的地名,系统将快速的搜索到该地名,并可执行飞往或跳往到该地物,并显示该地物。
    属性查询
    通过选择属性查询键,就是在图中拾取所要查询的地物,就能快速查询到该地物的属性内容。同时在信息框中输入或选择目标名称,三维场景中此目标被选中,并高亮显示,同时列出此目标的属性信息。
    显示场景组合信息
    叠加或查询三维场景中的二维地理信息数据和规划成果数据,实现三维场景和二维地理信息数据库的数据连接。

    7、 输出

    (1) 视频输出
    将事先录制的飞行路径输出为视频文件,如AVI或一系列帧文件;3D视窗中的快照功能及影像文件输出功能。
    (2) 图像截屏输出、打印
    提供方便的三维场景截图工具,并可保存成BMP或JPG等图像格式。
    (3) 成果输出功能
    场景录制/播放:视点保存;视点列表快速定位;动画录制、播放。
    演示系统定制:演示范围选择;演示范围内模型输出;演示系统文件生成。
    (4) 打印输出
    将三维场景输出为高质量的图像(jpg、bmp、gif、tif等格式),并打印输出。
    (5) 动画输出
    能按飞行穿越路径录制三维动态场景(avi、wmv、mpeg等常用格式)。
    (6) 三维数据裁剪
    能对网络发布数据按选择范围内的三维场景数据进行裁切生成一个独立的三维场景,以提供给专业版软件和免费单机浏览软件使用。

    8、 三维场景的网络发布与浏览

    为了支持将三维场景发布到Internet上,便于公众浏览,采用实时转换技术,将场景模型转换为普通浏览器能支持的虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language , 简称VRML)格式。

四、 系统主要特点

    投资少:只需少量的费用投资系统平台,与传统系统动辄数百上千万相比不可同日而语。
    见效快:高效的建模模块是传统方法建模的30倍以上,且学习操作简单,一般城市月等可成。
    更新巧:电子报批成果自动兼容入库为该系统的更新提供了强力保障。
    属性全:各模型与环境对象均记录属性,支持各类专题分析和查询统计。



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