文/杭州市城市规划信息中心  陈晓勇 丁松庆

      原文名：《GIS在三维虚拟现实系统中的应用》

    杭州市于2000 年开始进行基础空间数据库的建设工作，根据基础空间数据的生产、管理和服务的要求，在建立标准化体系的基础上，采用大型商业数据库(Oracle)和空间数据库引擎(ArcSDE)技术，建立了全市范围的准确、动态、高效的共享型基础空间数据库。目前该数据库已成为杭州市各行各业信息系统的空间定位基础，全面实现空间数据共享，为“数字杭州”的建设提供空间基础信息平台。
    如何充分利用GIS数据库和先进的虚拟现实仿真技术，最大限度地表现城市现实面貌，直观地模拟规划实施后的城市景观，最终帮助规划设计与管理人员对各种方案进行辅助评审，为有关领导做出最终决策提供科学依据，是本文研究的课题。

   杭州市 基础空间数据库系统的建设

        根据各个部门对基础空间数据的强烈需求，1999 年5 月杭州市政府确立由规划局牵头进行基础空间数据库的建设工作，并于2000 年8 月正式启动该项目。数据库设计的技术线路是利用ESRI 提供的Geodatabase 模型组织复杂的空间数据，用Oracle8i+ArcSDE 存储空间数据，建立一个开放、稳定的基础空间数据库。管理系统采用ESRI 的Arcobjects 开发，应用系统采用Mapobjects 开发。建立集基础地形、管线、影像、规划专题等多库一体的空间数据库，实现了多源多尺度海量空间数据的存储、索引、查询、应用和服务功能。

        经过一年多的技术积累，取得的主要成果有：

        1、完成了一系列包括《系统需求分析报告》、《系统总体设计方案》、《系统详细设计方案》、《数据库共享、安全和备份方案》等项目技术文档。

        2、建立了一套基础空间数据生产和建库标准化体系。

        3、建立了一整套地形图数据的采集、整理、查错、入库和更新的规范化流程和质量保证体系。

        4、建立了一套完整的安全机制，包括用户权限控制、功能权限控制、图层权限控制和区域权限控制。

        5、完成了基础空间数据库的总体设计、管理系统的设计与开发、应用系统的设计与开发。

        6、完成以下数据的建库工作：1：500、1：5000地形图、1：5000正射影像图、1：500地下管线图、1：5000的数字高程模型以及原市区范围规划审批红线和规划控制线、土地储  备地块、控规用地规划数据、历史建筑保护地块的建库工作。

      西溪湿地 三维虚拟现实系统的建设

        纵观国内，许多三维软件仍处于满足局部区域的立体、直观、沉浸感等要求，局限于浏览观看的层次，没有真正用于城市规划的实际。对于城市规划来说，地域涉及范围大，对三维数据处理能力、三维空间分析能力等要求较强。通过考察比较国内几家不同三维地理信息系统软件，选择了VRMap3.0三维地理信息系统做应用平台，建设了杭州市西溪湿地周边100平方公里的三维虚拟现实场景。

        首先，将杭州市GIS数据库中的1：5000的数字高程模型（DEM）导入VRMap中，自动生成三维地形。用IMAGINE将影像数据进行处理和压缩处理，然后与DEM的LOD结合起来，快速建立真实感三维地形。

        利用GIS查询统计功能，将建筑分不同层次提取数据，把ArcView Shape 格式转成MapInfo数据。多层建筑直接读取房屋的楼层相应字段信息，快速匹配拉起城市建筑群，为不同的房屋定义不同的屋顶类型；高层建筑、标志性建筑物调取规划档案综合管理系统中的资料，在3DMAX、AtuoCAD中精细建模帖纹理后再导入VRMap中，以三维真实的形式再现。

        在VRMap系统中，任何场景对象均可以描述成为结点。地形、道路、楼房、灯光、控制器、触发器、粒子系统等均为结点对象。任何结点对象均可以成为另一个结点的子结点，父子结点之间的关系通常为空间关系上的绑定关系。基于结点的空间描述模型使得在描述真实空间时变得简单和易于理解，所有结点之间都是对等的关系。通过对象视图可以很方便的进行结点的增加、删除、相互关系编辑等操作。每一个结点均带有自己的属性，结点属性通过平台的对象属性列表可以方便的修改。

        除了对象视图外，VRMap还提供另外一个层视图。场景中的每一个结点均附属于一个层，通过层可以对层中的属性进行群组操作。在场景中，根据需求创建层，只要是支持ODBC的数据源都可以绑定到场景对象中，绑定数据库记录后，在数据库属性窗口中可以察看到对象对应的绑定记录。

        三维场景建设完成后，VRMap提供键盘和鼠标两种最基本的实时浏览操作。系统实现了如下基本功能：实时地对GIS、CAD和对象属性查询、分析；提供可视化的交互观察界面；提供可视化的视频图像设计工具；模拟早、中、晚以及晴天、阴天等不同天气时的城市景观。

       三维虚拟现实系统的应用体会

        基于GIS强大的数据管理功能，应用VRMap三维地理信息系统平台，可以快速利用已有数据低成本建立三维虚拟城市景观。在实践应用中，三维虚拟现实是反映真实城市的空间地理。GIS积累了多源多尺度海量空间数据，有数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划图（DLG）、数字栅格图（DRG）、数字模型（DM）、规划专题等，并提供了多种多样的数据转换方法，可以快速利用现有数据生成位置准确、表现真实的三维景观。

        运用虚拟现实技术可以使政府规划部门、项目开发商、工程人员和各界人士从任意角度，实时、互动、真实地看到规划效果，获得前所未有的直观感受，这是传统表现手段如沙盘、效果图、平面图等所不能达到的。而且打破了专业人士和非专业人士之间的沟通障碍，使得各部门能通过统一的仿真环境进行交流，更快的找到问题、达成共识和解决一些设计中存在的缺陷。

        利用虚拟现实系统将需要评审的规划方案插入西溪湿地三维虚拟场景中，通过对现状及不同规划场景中各要素全方位的实时观察，感受建筑建设前后的变化效果，比较规划方案与其他建筑物的协调关系。可以利用人机交互界面，对设计方案实时地进行修改。能够直接用鼠标来平移、旋转等操作。也能通过调整物体属性数值，精确实时调整模型，如改变建筑高度、改变绿化密度、改变外立面的颜色等，大大提高了规划方案设计的速度和质量，为专家、领导决策提供科学的依据。

编后:
        在城市规划领域中，二维GIS应用已较成熟，并取得了可喜成果。三维虚拟现实系统则处于起步阶段，目前基本上已能在城市规划行业局部应用。其场景是城市的一个区域，要扩展到整个城市几千公里的三维虚拟现实系统，还需要不断地进行探索和实践。在不久的将来，二维GIG向三维的GIS的发展，将加快整个城市信息化建设的步伐，促进城市综合管理功能的提升和城市可持续发展的实施，实现“数字城市”的建设目标。