近些年，三維GIS技術(shù)發(fā)展非常迅速。目前，國內(nèi)許多城市已建立了三維GIS系統(tǒng)，為規(guī)劃和城市形象服務(wù)。國內(nèi)三維GIS發(fā)展，目前面臨的主要問題是采用直接建模方式，建設(shè)成本高、設(shè)計更新周期長且效率低下。

　　GIS軟件提供商Esri為提高ArcGIS的三維建模和三維設(shè)計能力，收購了瑞士公司Procedural和其旗艦產(chǎn)品CityEngine。CityEngine的特點是基于規(guī)則建模，用戶可以根據(jù)GIS數(shù)據(jù)中建筑物和設(shè)施的各種屬性自動實時建模，例如建筑物的高度、樓層數(shù)、層高、屋頂樣式、外墻樣式等;公共設(shè)施的屬性、尺寸、間距、功能等;道路橋梁的用途、尺寸、材質(zhì)等都可以實時調(diào)整修改，并立即展現(xiàn)。這可以為城市規(guī)劃、設(shè)施管理、建筑設(shè)計提供快速建模和展示工具。此外，用戶可以直接在三維場景中進行規(guī)劃設(shè)計，并對其他建模軟件建立的模型進行規(guī)則定義和修改，降低了三維GIS建模、規(guī)劃、更新的人力物力成本，極大地提高了工作效率。CityEngine對ArcGIS的完美支持，使很多已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不需轉(zhuǎn)換即可迅速實現(xiàn)三維建模，減少了系統(tǒng)再投資的成本，也縮短了三維GIS的建設(shè)周期。

由ArcGIS和CityEngine創(chuàng)建的荷蘭鹿特丹市的三維未來市景(3sNews 配圖)

　　那么，用戶如何使用CityEngine，從事GIS工作。CityEngine提供的關(guān)鍵功能是利用簡單的二維GIS數(shù)據(jù)創(chuàng)建高端的三維內(nèi)容。CityEngine包括三個核心成分：特征、屬性和既定規(guī)則。用戶提供任一成分的信息越多，所創(chuàng)建的3D內(nèi)容就越復(fù)雜、越逼真。CityEngine能從這三個成分中創(chuàng)建各種各樣的3D內(nèi)容。目前，專注于通過建筑物的組成部分、建筑物內(nèi)部構(gòu)造、街道以及場景填充物體，如樹木、電線桿、車輛和人，創(chuàng)建城市環(huán)境。

　　為了簡單理解如何使用CityEngine，首先要創(chuàng)建建筑物的外部環(huán)境。用戶在地理數(shù)據(jù)庫中，如果恰好有表示建筑物多邊形特征的數(shù)據(jù)，將CityEngine的物體建筑規(guī)則與數(shù)據(jù)連接起來，即可創(chuàng)建物理建筑的三維模型。

　　首先，使用建筑物高度(BuildingHeight)屬性,將建筑物的二維多邊形底部向上拉伸，形成三維區(qū)塊。為了獲取更多信息，比如建筑物的屋頂類型，使用CityEngine里的建筑規(guī)則，即可形成各種各樣的屋頂，凸起的、扁平的或是三角形狀。如果用戶擁有一個包含圖層數(shù)(FloorCount)的區(qū)域，可以使用建筑規(guī)則，將建筑區(qū)塊分成不同樓層，每個樓層可以分成不同的帶有窗沿和陽臺的窗戶。只要使用這一工作流，都可實現(xiàn)。

　　為了增加三維建筑物的真實感，CityEngine具有定義紋理質(zhì)地的規(guī)則，紋理即搭建在所創(chuàng)建模型的屋頂和各邊的圖像。比如，建筑物的屋頂可以定位為屋頂材料類型(RoofMaterialType),該屋頂材料類型包括磚塊、混凝土或瓦楞鐵等屬性值。同樣，用戶也可以采用不同的方法，如提取一小塊衛(wèi)星影像或是一塊真實質(zhì)地的紋理在所創(chuàng)建模型的屋頂上。接下來，是建筑物的各面，用戶同時可以根據(jù)地面、中部和頂層設(shè)置不同的紋理，這樣，所創(chuàng)建的模型就自動覆蓋了一層實際可用的建筑材料，如木質(zhì)、磚塊或石料。用戶也可以一步定義一整套方案。

　　但是，如果用戶沒有建筑物的這些屬性，還能不能使用GIS數(shù)據(jù)建立模型呢?答案是肯定的。CityEngine可以根據(jù)用戶提供的或多或少的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建具有代表性的建筑物模型。從帶有區(qū)段劃分法令或是一些簡單的街道網(wǎng)絡(luò)的土地所有權(quán)塊狀中創(chuàng)建非常詳細的城市環(huán)境。以下詳細介紹如何實現(xiàn)這些城市環(huán)境的創(chuàng)建。

符合當?shù)胤謪^(qū)法的建筑物區(qū)塊和住宅設(shè)計(3sNews  配圖)

　　用戶可以通過各種各樣的方式使用CityEngine創(chuàng)建的模型。城市設(shè)計者將這些模型帶入他們的GIS數(shù)據(jù)庫，使用由ArcGIS和ArcGIS3DAnalyst分析提供的地理處理功能進行深入分析。娛樂業(yè)和安全性仿真驗證方面的專業(yè)人員可以使用這些模型，與其他三維渲染和游戲包裝，一起形成更大的工作流。其他領(lǐng)域的創(chuàng)新人員同樣可以使用這些新工具，創(chuàng)建最大容量的三維輸電線路。

　　目前的問題之一是，CityEngine面對更多的是三維創(chuàng)建方面的專業(yè)人士，而非一般的GIS用戶。尤其是對于城市規(guī)劃者來說，他們實際上需要將CityEngine中最好的部件(規(guī)則、高端三維創(chuàng)建)和ArcGIS最好的部件(數(shù)據(jù)管理、分析和共享)相結(jié)合，并在一個工作流中實現(xiàn)城市規(guī)劃。Esri目前也正在設(shè)計新的解決方案滿足這一需求。

　　新方案的主要目標是當城市規(guī)劃者探索為其生活和工作的人們提供更多的垂直解決方案時，使可視化、設(shè)計和理解城市環(huán)境變得簡單可行。新的解決方案將允許用戶體驗內(nèi)部設(shè)計、開發(fā)商建議、甚至是基本的分區(qū)法(像是最大建筑高度)，并能獲得針對這些決策后果的及時的視覺和分析反饋。比如，城市規(guī)劃者如果通過了高建發(fā)展的決策，建筑物之間的遮擋以及居住視野的減小將可能影響現(xiàn)有住戶。抑或是，更改分區(qū)法來增加最大建筑高度，那么對現(xiàn)有住戶的影響比對現(xiàn)有道路和下水道網(wǎng)絡(luò)更難處理。這也將是Esri新解決方案所要解決的問題。(編譯 劉茜茜)