摘要：本文介绍了GIS 的三维仿真的模型的构建，属性关联，平台开发，以及在城市规划发展中的应用，描述了其在城市规划、城市建设和城市管理中的广泛应用前景。
关键词：GIS；三维仿真；城市规划；城市建设；应用前景
1 概 述三维仿真技术是20 世纪末才兴起的一门新的综合性信息技术，是近年来多媒体技术广泛应用后，兴起的更高层次的计算机技术，它利用三维图行生成技术、多传感交互技术及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户利用键盘、鼠标等输入设备或戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟仿真世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会，达到真实体验和基于自然技能的人机互换，这样的虚拟环境给计算机仿真工作者带来莫大的好处。
城市规划是对城市内未来一定时期经济社会发展和城市发展的总体部署。城市规划和管理中的绝大多数规划要素都与空间位置相关，城市三维仿真，就是综合运用计算机三维仿真，虚拟现实、GIS和数据库等技术，根据现实或规划构造三维虚拟仿真城市，并集成城市规划、城市建设、业务管理等信息，形成一个融空间信息和属性信息为一体、允许用户实时交互的三维空间可视化仿真环境，为城市规划和管理提供了一个崭新的平台。
2 关键技术传统的城市规划设计通常是以二维的地形图为基础，进行场地平面位置规划设计、城市设计等工作，其设计成果多为二维平面；而设计结构的三维效果，多是利用计算机仿真的立体透视图来表示。尽管在城市规划设计方案中使用的CAD 建模软件已经非常成熟，也具有三维可视化功能，但却很难与具有真实地理空间坐标的建筑物和环境联系起来。要将三维仿真应用于城市规划中，必须解决如下关键技术问题：城市增强型三维仿真模型环境的构建、基础地理信息与三维仿真成果的关联、在三维可视化仿真应用平台的构建。
2.1 城市增强型三维仿真模型环境的构建城市增强型三维仿真模型环境的构建，以1：500 地形图、1：500或1：2000 数字高程模型、1：2000 真彩色数字正射影像图、高分辨率遥感卫星影像等为基础资料，通过野外实地采集建筑物纹理信息，内业进行建筑物建模、贴纹理、渲染等工作，真实地再现城市现状；根据城市规划、城市设计成果制作成为城市规划、涉及三维仿真效果模型，无缝地叠加到城市现状模型之中，实现了城市现状与城市规划设计效果的集成，真实地展现出城市未来的发展趋势，构建出城市三维仿真增强模型。
由于城市三维仿真模型是基于真实的地理空间位置再现城市现状及城市规划设计成果，具有坐标、高程的真实性，模型中的每栋建筑物，都具有准确的空间地理坐标及比例，可以进行量测、计算。
2.2 基于地理信息与三维仿真模型的关联地理信息系统数据的来源多种多样，涉及数字高程模型、地形图、影像图、属性信息等，而将三维仿真模型融入地理信息系统中，使系统具有直观、可视化好的特点，同时也带来了多源空间数据的集成融合、海量数据的快速处理、基础地理信息数据与三维仿真模型数据关联等问题。
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在实际应用中，通过试验采用将海量数据建立自适应LOD（Levels of Detail）节点分级、分块动态调用等办法，解决了海量数据的快速调用问题；通过二维、三维软件平台的集成开发，实现了基础地理信息数据与三维仿真模型数据的关联、数据库的共用及数据动态调用，解决了二三维的联动，使三维仿真与地理信息系统完全融合集成在一起，增强了地理信息系统的可视化。
2.3 三维可视化仿真应用平台的构建三维虚拟仿真环境比二维地理信息（或带三维坐标的二维地理信息）更能形象、直观地表达地形及地物的空间位置关系，是地理信息系统向三维可视化发展的基础。三维可视化仿真应用平台首先要将地理数据变为可视化的地理信息，在实际开发应用中采用在地理信息系统的基础上叠加三维仿真模型，在三维仿真系统环境中将地理信息系统的软件功能模块、数据库模块等，通过软件开发集成到三维仿真系统中，融合三维仿真模型和地理信息构建一个三维立体表达和模拟，生成一个逼真的、可交换的、动态的三维可视化仿真应用平台。
3 作用与意义基于GIS 的三维仿真在城市规划管理中的应用的作用与意义主要表现在以下几个方面：3.1 规划地块展示通过航空像片与数字高程模型的叠加，制作地形模型，展示规划地块现状为开发商和管理者提供方便，减少到野外现场的次数，节约时间、提高效率；同时将规划道路与现状地形结合起来，可以清楚反映地块的边界以及周边的大环境，还可以检验规划道路设计的合理性与科学性。
3.2 建筑设计设计师可从任意角度，观看设计项目的虚拟三维效果（空间的位置、形状、大小、色彩、材质等）。可通过实时三维场景调整、信息查询以及多媒体信息集成等技术，为方案的比较推敲、设计风格、造型特点，以及相关信息的展示等，提供了强有力的支持，大大加快了方案设计的速度和质量。
通过三维仿真虚拟现实环境开拓设计师的想象力，提高创造力，有助于设计师产生多样化设计方案，提高设计质量。
减轻设计人员劳动强度，缩短设计周期，提高了方案设计和修正的效率，节省投资。
可将设计方案动态形象融入系统进行展示和比较选择，为选择最为合理、经济的建设方案提供支撑。
3.3 规划管理多方案的比较选择并提供空间分析功能，使专业人士和非专业人士之间的沟通障碍得以解决，通过集成多元化的成果，为招商引资及宣传提供平台。
3.4 保留城市发展和变迁的轨迹将城市发展和建设的历史、现状通过三维仿真进行表现和保存，为城市的发展变化提供接近现实的真实轨迹记录，供日后存档，这不仅极大地方便了规划管理部门的管理工作，而且可以提高效率，节约成本；同时也通过三维方针对城市的发展进行对比，展现城市建设发展的辉煌成就。
3.5 丰富了城市问题研究的角度应用三维仿真系统来研究城市问题时，提供的特定使用者能获得更丰富的信息，研究角度更全面，对作出更科学、更客观的判断祈祷辅助支持作用；同时，由于三维仿真系统能够实时的对规划项目进行真实地“再现”，很多不易察觉的设计问题就能轻易地被发现，大大减少了由于规划不周全而造成的问题与损失。
3.6 搭建了宣传和展示城市的平台三维仿真系统的沉浸感和互动性不但能够让用户获得身临其境的体验，同时还能随时获取项目的属性数据资料；还可以此为基础平台，制作多媒体宣传材料，进一步提高宣传展示效果。
4 应用前景展望下一步若将三维仿真与3S 技术进行集成开发应用、建立城市三维可视化仿真应用平台应用于城市规划管理中，将会促使我院基础地理信息数据深加工应用方面得以突破，并会为我院创造良好的社会经济效益。
城市化的加速将带来诸多的城市问题，对城市问题的研究势必成为今后学术界的热点之一。基于GIS 与三维仿真技术创造的三维仿真虚拟城市，既真实再现了现实城市又超越了现实城市，具备虚拟化和智能化的双重特征，为研究者提供了非常方便的研究平台。如旧城改造更新是目前诸多城市所面临的问题，如何正确评估新城建设对传统的历史文化空间形态的改变，通过虚拟城市，研究者可以真实模拟出建设活动对历史文化空间形态的影响，尽早发现潜在的问题，从而避免实际建设中可能出现的难以恢复的遗憾。
由于三维仿真虚拟城市是采用三维仿真技术、GIS 和RS 技术建立的仿真模型，集成了大量的基础地理信息数据和属性数据，因而比现实城市具有更改的智能化程度，使用者可以直接利用这些基础数据进行科学分析，从而免去了繁重的基础调查工作。
GIS 与三维仿真技术是电子沙盘、虚拟仿真、3DGIS 技术在城市规划中的应用和延伸，GIS 与三维仿真技术相结合在城市规划中的应用使城市规划产生一次技术革新，极大地拓展和丰富了城市规划的工作思路，向人们展示了广阔的应用前景。随着国民经济与社会发展、城市规划的需要和应用，GIS 与三维仿真技术的应用将会越来越广。
参考文献[1] 范文斌 3S 技术在城市规划及建设中的应用[J]. 安徽建筑，2006.[2] 韩英剑，吕宝红。VR 技术及其在城市规划中的研究与应用[J]. 国土资源信息化。
论文作者:刘志磊
论文发表刊物:《工程管理前沿》2015年第7期供稿
论文发表时间:2015-6-15
标签：城市论文; 城市规划论文; 模型论文; 数据论文; 环境论文; 仿真技术论文; 地理信息论文; 《工程管理前沿》2015年第7期供稿论文;