三维地图简介

1. 概述

三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游、独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。

近年来，数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略、争先抢占的科技、产业和经济制高点之一。加速城市的发展，提高管理水平，需要借助于现代化的科学手段--3D网站，进行城市体系规划与管理建设。

据目前对我国大部分城市的摸底调查，除少数大、中城市已建立了城市管理信息系统外，而绝大部分地区的空间信息管理手段仍然沿用比较落后的手工操作方式，即便是用一些地理信息系统（GIS）管理着空间数据，但仍停留在简单的二维数据管理、显示的基本功能，分散地、相对独立地和非标准地管理模式，很难进行地域管理的三维综合研究和空间分析，使各级领导部门不可能及时地得到对空间的清晰、直观的认识。

城市规划设计的主要研究对象是城市的体形结构与各个要素，在设计过程中需要进行大量的空间形象思维。传统的城市模型只能获得城市的鸟瞰形象；效果图只能提供静态局部的视觉体验；动画不具备实时的交互性，人是被动的，并且制作周期长。这些传统技术只能实现简单、固定的演示功能，尚不能很好地满足当前城市设计的需要。另外，随着空间范围的扩大，传统的方法也无法胜任空间数据的管理和维护。

同时，城市中存在大型的港口、工厂、地下管网、人防设施等部门，它们具有地形起伏较大、管网密集、需要精确定位等特点，用传统二维的表示方法很难加以准确描述和信息管理。

VR虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。从二维地图、沙盘、动画，到虚拟视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展的必然结果。

2. VR虚拟城市与仿真技术发展

美国目前已经有50个城市计划建立了“数字虚拟城市”。我国北京、上海、香港、台北、深圳、广州、南海、厦门等城市也正在积极筹建之中。普遍认为，

3D-GIS、空间视景数据库的建立是建立数字虚拟城市首先要解决的问题。国际上已经专门成立了类似组织，主要为城市服务。如德国的Rostock、Stuttgart等研究机构，对一些城市进行了研究，建立了原型系统。三维虚拟仿真技术最早主要应用在军事领域，从国内近几年来的发展情况，三维虚拟仿真技术在国内外快速发展，目前国内已有数家公司开发出城市仿真应用平台，已在城市设计和决策中得到很好的应用，同时培养了一批优秀的三维虚拟仿真开发技术人才，济南亿时代科技有限公司就是一个专门研发三维虚拟仿真软件的公司，并取得了丰硕的成果。

2.1 三维仿真技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)

是用计算机生成逼真的三维视、听、触觉等感觉，使人能通过适当装置对虚拟世界进行交互式体验。70年代Even & Sutherland公司引入计算机作为场景图像生成设备发展出计算机虚拟现实。Silicon Graphic Inc.公司制定了开发图形系统的运用程序标准OpenGL，同时为视景仿真实时漫游提供了一套Performer。Multigen-Paradigm、Coryphaeus等软件均以Performer为基础，进行二次开发。最初的仿真主要用于飞行模拟。

城市仿真(Urban Simulation)

是虚拟现实技术应用于城市的一种视景仿真（Visual Simulation 简称VisSim）。城市仿真具备几个特点：其一是良好的交互性，提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的建筑；其二是形象直观，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；其三由于采用数字化手段，其维护和更新变得非常容易。仿真系统可利用地理信息系统（GIS）的数据生成三维地形模型，再利用卫星影像和航空影像作为真实的纹理贴图，充分展示了城市仿真与GIS的结合。

2.2 国外城市仿真主要实例

虚拟洛杉矶（Virtual Los Angeles）3d网站建设

是美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）始于1994年的一个科研与运用相结合的项目，计划覆盖面积超过10,000平方英里，是当今城市仿真系统中最成功最为复杂的系统。视景包括从洛杉矶盆地的卫星影像到街道景观，精确到植物、建筑物的窗口、外墙的纹理等。其中洛杉矶大学医院的仿真详细到可以对建

筑内部的每一个层面进行漫游，用鼠标点击墙面或天花板就能得到平面设计图及相应的属性数据，实现了在仿真中对GIS、CAD及对象属性的实时查询。该系统作为城市规划和建设的重要手段，在加州Pico Union区地震破坏的重建中得到应用。设计人员通过仿真模型和地理信息数据来确定毁坏的建筑物数量以及需要改造的街道、绿地、房屋等，对重建城区进行规划设计，再将新数据存入该系统，实现了信息系统的良性循环。

费城城市模型(ModelCity Philadelphia)

由美国Bentley公司利用MicroStation和MasterPiece软件以及自我开发的软件工具于1996年开始制作，已完成费城中心区35个街区。该项目主要特点是将整个费城的模型以VRML数据格式，通过Internet网让任何人可以享受到实时费城旅游的体验。城市设计人员和建筑师通过Internet浏览器对城市三维景观进行直接的漫游，可以对真实的城市景观进行分析，获得精确的土地和建筑结构方面的资料信息，解决了在委托设计项目时缺乏资料的问题。费城模型同时提供精确可视的三维地下管线系统，方便城市地下管网系统的维护和更新，因此获得美国建筑师学会(AIA)高度评价。

2.3 三维仿真和其他展示方式的比较

仿真应用的是模拟真实和想象的世界，用高度细节模型，产生平滑连续的运动，并以一定的FPS（帧/秒）进行绘制来达到无缝的演示。动画主要用于电影、印刷图画以及预先设计好的演示。仿真主要用实时互动演示，需要对于用户输入做出反应，并马上看到结果。如：飞行训练、影视游戏和规划建筑设计的立体演示。

3. 三维仿真平台功能特点

三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游，包容和拓展常规GIS独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。系统所采用三维仿真平台具有独特的特性和强有力的可扩展性能，使用了万视达公司的边缘融合处理机，画面和文字都能实现高度清晰。

4.数字城市的内容

数字城市的内容包括数字化、网络化、智能化与可视化等几个方面。

4.1．城市设施的数字化

在统一的标准与规范基础上，实现设施的数字化，这些设施包括：

城市基础设施：建筑设施、管线设施、环境设施；

交通设施：地面交通、地下交通、空中交通；

金融业：银行、保险、交易所；

文教卫生：教育、科研、医疗卫生、博物馆、科技馆、运动场、体育馆，名胜古迹；

安全保卫：消防、公安、环保；

政府管理：各级政府、海关税务、户籍管理与房地产；

城市规划与管理：背景数据（地质、地貌、气象，水文及自然灾害等）、城市监测、城市规划。

4.2．城市网络化

三网连接：电话网、有线电视网与Internet，三网实现互联互通；

通过网络将分散的分布式数据库、信息系统连接起来，建立互操作平台；

建立数据库与交换中心；

数据处理平台；多种数据的融合与立体表达，方正与虚拟技术；数据共享平台。

4.3．城市的智能化

盖茨提出的数字神经系统与网络生活方式的新构想，其原意是指公司的管理方式，但也适用于城市管理与城市行为方式的智能化研究。例如，电子金融，电子商务等也离不开空间分布概念，如人们可以通过网络对虚拟商场和厂家进行网

上购物，但货物还不能直接到顾客手中，还要通过运输手段送货上门。送货就有最佳路径问题，就需要采用城市GIS技术。城市智能化方面包括：

电子商务：网上贸易、虚拟商场、网上市场管理；

电子金融：网上银行、网上股市、网上期货、网上保险；

网上教育：虚拟教室、虚拟试验、虚拟图书馆；

网上医院：网上健康咨询、网上会诊、网上护理；

网上政务：网上会议等。

另外，城市规划的虚拟、城市生态建设或改造虚拟实验等，也属于城市智能化的内容。它们不仅可以提高城市规划或城市生态建设的科学性，同时还能缩短设计时间。

5. 数字城市的应用

数字城市的广泛应用，对城市的繁荣稳定及可持续发展都有着巨大的促进和推动作用。主要表现在以下方面:

5.1．城市交通的智能管理与控制;

5.2．城市资源的监测与可持续利用;

5.3．城市灾害的防治;

5.4．城市环境治理与保护;

5.5．城市通讯的建设与管理;

5.6．城市人口、经济、环境的可持续发展决策制定;

5.7．城市生活的网络化和智能化。

6.数字城市有哪些全新的表现

数字城市对城市规划、建设、管理与服务工作的影响是全方位的，特别是表现在三个方面:

6.1．城市规划手段的全面革新；

6.2．对突发性城市灾害进行准确的追踪调查、评估及制定应急对策；

6.3．城市管理手段的现代化。

7.结束语

数字城市、信息城市或智能城市是指将城市的部分或大部分的基础设施、功能设施进行数字化，建立数据库，并用计算机高速通信网络相连接，实现网络化管理和调控，并且是高度自动化智能化的技术系统。

通过信息化，城市能够充分和高效地利用信息，使信息快速流动，不仅提高了对城市的管理效率，而且能大幅度提高生产和贸易效益，扩大生产规模，提高服务质量，促进社会经济发展。

数字城市网络化，还可以节约市中心宝贵的土地资源，减少市中心或商业区的交通拥挤。通过网络办公，节省了经费，加快了速度，减少雇员，降低成本，避免交通堵塞。

数字城市还将推动科教兴国和可持续发展的进程。网络化加快了科教信息的传播，提高了教学与科研水平，有利于实现我国的中长期战略目标。

从数字家庭到数字大厦，到数字小区、数字城市、数字国家并不是科学幻想，而是活生生的现实，是未来人类社会的发展模式和人类的生存方式。