浅谈虚拟城市建模技术

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［摘要］本文从地形建模和地物建模两方面阐述了虚拟城市建模的主要技术和方法以及采用的常用软件。

［关键词］虚拟城市；地形模型；地物模型

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，成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。为了加速城市的发展，提高管理水平，需要借助于现代化的科学手段进行城镇体系规划与管理。以虚拟现实技术和GIS技术为关键核心技术的数字城市，已经在政府决策，城市规划，城市景观建筑评价，学校、医院、工厂等单位的选址，环境分析，公共设施的规划和管理，电信网络布置，房地产管理，突发事件应急计划，以及保安、旅游、娱乐等领域显示了巨大作用。美国目前已经有50个城市计划建立“数字虚拟城市” 。我国的北京、上海、香港、台北、深圳、广州、南海、厦门等也正在积极建设之中。

城市虚拟的前提是城市模型的建立，城市模型主要是地形模型和地物模型，本文主要从这两方面加以详细论述。

一、城市地形的生成及实时显示技术的研究。大致可以分为三类：

（1）基于真实地形数据的地形生成及实时显示技术，这是实际工作中使用的最多的一类，目前，大多数是基于数字高程模型（DEM）来生成的，DEM数据由规则网格地形上采样所得的高程值构成，遥感影像数据与DEM数据相叠加，纹理影像在地形表面重构时被映射到相应的位置生成具有真实感的三维景观。如图所示：

（2）基于分形技术的地形可视化，fBm(fractional Brownian motion)能有效表达自然界中许多的非线性现象，是迄今为止能够描述真实地形的最好随机过程。但这种对地形的生成和可视化基本停留在“视觉上可以接受”上，没有同实际所需的地形地貌联系。

（3）基于数据拟合的地形仿真技术。一类方法是由稀疏分布点的高程值构成一些简单的三角形平面，从而形成框架，并贴以纹理图像的方法。另一类方法则是注重根据地学图形数据的精确描述，来进行真实地形的仿真，如根据地形特征参数进行地形生成的方法。

二、地物模形即城市其它景观模型重建和虚拟。主要存在三种方法：

（1）利用现有商业软件，如MultiGen、Vega 、ImaGIS 、3DMAX等，直接构建建筑物等地物的模型，并在该系统中实现城市的虚拟。

（2）基于OpenGL函数库和Visual C++等可视化高级语言，直接从底层做起，模型搭建和系统功能都在自己编制的程序中实现。

（3）建筑物等复杂地物的模型在Sketchup、CAD、3DMAX等软件中制作，然后将模型转成所用漫游系统识别的数据类型，实现城市的虚拟。SketchUp软件是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不但能够充分表达设计师的思想，而且极大满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。因此简单模型利用Sketchup软件，复杂模型利用3DMAX建模，可以让整个的三维建模即达到数据量小又能美观。如图所示：

在SketchUp软件中建立的模型：

转入漫游系统后的模型：

随着虚拟现实技术和网上三维虚拟环境的发展，以及数字地球概念的提出和广泛的实践，国内对现实城市的数字化和虚拟化的研究与构建也越来越多。因此，如何利用中低挡微机来实现虚拟城市，研究基于微机平台的虚拟现实的技术和方法具有重要的意义和广泛的应用价值。

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