城市三维景观可视化研究与应用

概述了城市三维景观可视化的过程及关键技术,给出了一个基于两种流行3D API的系统框架,讨论了基于网络的城市三维景观发布技术,并提供了一个城市三维景观实例系统M3DView。     

城市沿线景观布局特征三维智能标定方法仿真

针对当前景观布局特征三维智能标定方法准确性差、效率低的问题,提出基于Facet模型的城市沿线景观布局特征三维智能标定方法。首先,模拟城市景观产生的透视效果,根据透视投影将景观变换到屏幕坐标系中,利用几何变换矩阵对城市三维景观图形的几何变换进行讨论,并计算双眼生理视差,采用漫游技术对城市沿线景观进行三维可视化研究,增强用户在城市三维景观中视觉的沉浸感,获得景观图像的旋转矩阵;其次,通过获取城市三维景观的空间坐标来分析和查询城市景观信息,并对三维景观地形图展开空间分析,能够查找到景观中任意点的地面空间坐标;最后通过构建Facet模型来实现对城市沿线景观布局特征的三维智能标定。实验结果表明,在对城市沿线景观布局特征进行三维智能标定时,提出方法不仅能够准确完成对景观局部特征的标定,还具有较高的效率,验证了提出方法良好的性能。     

3DS MAX在三维城市景观建模中的应用研究

本文主要介绍使用3DSMAX软件实现城市景观三维建模的理论和方法,并以实例构建了高精度的三维城市景观111。使用3DSMAX技术建立建筑物模型．不仅可以解决视觉问题,还可以对视觉问题进行调整,以达到很好的仿真立体效果。     

数字城市遥感信息三维景观生成系统

数字地球是近几年提出的一个重要概念。与此相对应的是数字城市的概念。课题组及时进入了数字城市的研究前沿。该文阐述了数字城市遥感信息三维景观生成系统的初步研究成果,内容主要包括将空中拍摄的遥感图象进行模式识别形成和存储矢量数据,读取数据绘制三维景观,动态显示三维景观等,取得了比较好的效果。     

数字城市中快速自动生成三维景观的研究

数字地球、数字中国、数字城市是当前数字信息化领域的一个研究热点。其中的一个关键问题是利用遥感图像形成三维景观,其处理方法是首先将遥感图像矢量化,然后以矢量化数据为基础完成三维立体化工作以形成三维景观。本文阐述了以矢量化数据为基础完成三维立体化工作以形成三维景观的技术方法,包括获取矢量化数据、快速自动生成三维景观等处理步骤。应用效果良好。     

基于分解组合法的三维景观网络共享

各地的数字城市建设积累了大量城镇区域的三维景观数据,但因为采用的标准规范、技术路线不同,之间不能互相共享和应用而成为"信息孤岛"。针对社会、公众三维景观网络在线共享的需求,分析三维景观数据内容、数据组织等标准规范和共享要求,比较二维、三维地理信息数据共享模式和集成机制,研究三维景观在线发布技术,提出基于分解组合法的跨地区三维景观在线共享的基本思路和技术路线,通过将三维信息在服务端分解为地形、影像、模型等组成单元,利用标准的地理信息服务发布,在客户端利用HTML5实现三维信息的组合和表达。通过省、市、县三级的共享实验表明,该方法对现有三维景观成果进行少量的改造就能够有效地实现共享。     

数字城市中的遥感信息三维重现分析系统

与近几年提出的数字地球相对应的是数字城市的重要概念。本课题组及时进入了数字城市的前沿领域。本文阐述了数字城市中的遥感信息三维重现分析系统的初步研究成果,主要包括将空中拍摄的遥感图像进行模式识别形成和存储矢量数据,读取数据绘制三维景观,动态显示三维景观等内容,取得了比较好的效果。     

三维城市景观实时漫游的分析与设计

虚拟现实技术在许多领域有着广泛的应用，但是由于传统的二维GIS的数据模型的限制，对于城市三维景观实时漫游，它的应用开发还比较困难。本文探讨了三维城市景观实时漫游的设计方案，给出了模型的建立、显示优化及数据调度的方法。     

数字三维城市演示系统的建立

三维数字城市景观模型(CyberCity，又称数码城市)技术不仅在城市规划、旅游等方面优于常规二维矢量的地理信息系统，而且是未来数字地球、数字城市和电子商务的基础。建立多比例尺、多数据源(包括航空影像、数字高程模型、建筑三维景观模型)的空间数据框架将进一步推动城市空间数据基础设施的建设。本文介绍了基于三维城市模型的虚拟现实在深圳城市信息化建设中的应用，以及演示系统的总体框架、功能和效果。     

城市规划中虚拟现实景观设计及其应用展望

以虚拟现实技术为核心的虚拟现实景观设计,将是开展城市规划设计的最佳辅助手段之一。文章结合城市虚拟现实景观系统的研制,分析了三维可视化城市虚拟现实景观系统的关键技术,并对虚拟现实景观在城市规划中的应用进行了展望。     

面向智慧城市的3维城市在线可视化

目的 3维城市可视化是智慧城市信息显示的基础,对城市信息的实时准确传递起着重要作用。而现有的3维城市可视化方法和系统存在两点局限性:一是数据模型不适合于海量建筑物显示;二是对整个城市采用单一绘制方式,而建筑物的纹理、结构、高度等特征相似,绘制结果容易引起视觉混淆,为此提出一种基于人类感知理论的3维城市在线可视化技术。方法在预处理阶段,系统采用建筑综合算法建立3维城市建筑物的多分辨率表示;在运行时刻,系统根据用户交互,自适应选择建筑物相应的层次进行显示。结果采用几个3维城市数据对系统进行了测试,实验结果证明,该系统有效地提高了3维城市绘制效率。Leverkusen城市的5 530座建筑物,绘制效率达到19.4帧/s。结论基于感知的3维城市多分辨率表示,有效提高了3维城市系统的显示效率以及用户获取信息的效率,同时提高了用户的交互效率。     

基于X3D技术的数字城市交互研究

在互联网上采用基于X3D的动态交互技术,是当前虚拟现实领域发展的核心,在城市数字化过程中具有巨大的实用价值。通过虚拟平台,用户可以看到直观形象的场景,并通过交互行为参与其中。本文提出一套城市景观设计和关键技术的应用方案,以X3D为基础,利用ArcGIS和Sketchup建立城市建筑和地面模型,并且通过Java3D和Weblogic构建的网络平台,同时兼顾模型的真实感、显示速度和跨平台特性,为后期的数字城市提供服务。     

城市GML文档三维特征的快速获取与可视化

随着网络技术的发展,对城市三维数据的需求愈益增加,然而众多的城市三维数据缺乏统一的模型,使数据不能有效地进行共享与交互。开放式地理信息系统协会（Open GIS Consortium,OGC）提出了地理标记语言（Geography Markup Language,GML）,城市GML规范定义了城市空间信息模型的标准,有利于三维数据在网络上进行传输、共享。通过分析城市GML文件的结构,提出一种适合一般城市GML文件的数据结构集合,使得在采用DOM接口解析文件后,能够快速获取城市GML文件的3D信息。实验部分使用Java 3D编程显示快速获取的3D信息,证明了提出的数据结构集合的有效性。     

Virtual 3D City Model for Navigation in Urban Areas

In this paper, we propose to study the integration of a new source of a priori information, which is the virtual 3D city model. We study this integration for two tasks: vehicles geo-localization and obstacles detection. A virtual 3D city model is a realistic representation of the evolution environment of a vehicle. It is a database of geographical and textured 3D data. We describe an ego-localization method that combines measurements of a GPS (Global Positioning System) receiver, odometers, a gyrometer, a video camera and a virtual 3D city model. GPS is often consider as the main sensor for localization of vehicles. But, in urban areas, GPS is not precise or even can be unavailable. So, GPS data are fused with odometers and gyrometer measurements using an Unscented Kalman Filter (UKF). However, during long GPS unavailability, localization with only odometers and gyrometer drift. Thus, we propose a new observation of the location of the vehicle. This observation is based on the matching between the current image acquired by an on-board camera and the virtual 3D city model of the environment. We also propose an obstacle detection method based on the comparison between the image acquired by the on-board camera and the image extracted from the 3D model. The following principle is used: the image acquired by the on-board camera contains the possible dynamic obstacles whereas they are absent from the 3D model. The two proposed concepts are tested on real data.     

Towards the generation of 3D OpenStreetMap building models from single contributed photographs

3D city models are valuable and useful for many experts using this information for a wide array of environmental and sustainable analyses and services. To produce 3D city models, conventional production processes are typically conducted by authoritative mapping agencies, which mostly rely on aerial photogrammetry and laser scanning. Consequently, obtaining public domain 3D city models is challenging and limited, where the majority of open data is collected and mapped by participatory mapping driven communities. These are still limited to 2D data collection proficiencies due to the used mapping infrastructures and technological limitations. Thus, the 3rd (height) dimension is mostly missing from these maps and models, resulting in the fact that public domain 3D city models are still limited, and only scarcely used for environmental applications. Perhaps one of the most important features in 3D city models are the buildings, since they serve as a major geospatial element in many environmental applications. Our objective is to use a single contributed photograph and OpenStreetMap vector data to precisely calculate the photographed building height, and add this data to the OpenStreetMap map to enable the creation of open source Level of Detail 1 (LoD1) city models. To this end, we have developed a Newton's-based method in optimization to accurately calculate building heights from single contributed photographs taken by citizens using smartphones or tablets. An Android app, OpenStreetHeight, is developed to carry out the experiments. Based on the various medium-height buildings that were photographed using the app and processed using the developed algorithms we received accurate building height values. When compared to reliable reference field measurements, the average height mean absolute error was 30 cm. Combined with the OpenStreetMap footprint vector data, we were able to produce an average LoD1 volume mean absolute error of less than 5%, satisfying the CityGML standard quality. This research presents a framework for a semi-automatic crowdsourced user-generated content calculation of OpenStreetMap building heights, and the creation of reliable and accurate LoD1 building models, as a first step to enhance the already established 2D OpenStreetMap map infrastructure to the 3D domain. This enables expanding the use of OpenStreetMap as a comprehensive and detailed representation of our urban environment for various environmental and sustainable applications and analyses.     

三维建模中的纹理处理

纹理是影响三维模型逼真程度的最主要因素，当三维模型建立以后，需要将纹理映射在DSM上，真实地模拟三维景观。在大范围的城市三维建模中，纹理处理的工作量非常大，因此如何进行纹理处理是城市三维建模中的关键。本文将对城市三维建模中采用航空遥感影像和地面摄影影像进行地表纹理、建筑物顶部以及侧面纹理等处理的有关问题进行讨论。     

The city metaphor in software visualization: feelings,emotions, and thinking

Software visualization is a program comprehension technique used in the context of software maintenance, reverse engineering, and software evolution analysis. In the last decade, researchers have been exploring 3D representations for visualizing programs. Among these representations, one of the most popular is the city metaphor, which represents a target program as a city. Recently, this metaphor has been also implemented in interactive software visualization tools using Virtual Reality (VR) in an immersive 3D environment medium. We report the results of a study to assess the city metaphor implemented in a VR-based tool and in a 3D-based tool with respect to users’ feelings, emotions, and thinking. To this end, we contrasted these tools with a non-visual exploration tool (i.e., Eclipse). The main result of our study is: the use of the city metaphor implemented in a VR-based tool positively affects users’ feelings and emotions, while the thinking about this implementation is positive and comparable with that of a traditional 3D implementation of the city metaphor and it is slightly better than the thinking about a non-visual exploration tool (i.e., Eclipse).

     

城区建筑物3D景观模型建立

为了在2D GIS基础上实现城市建筑物的3D显示,提出了一种建立建筑物3D模型的方法,该方法首先采用最大包围盒法将建筑物3D模型与2．5D DEM集成在一起,然后采用了Meier关系数据结构的表示城区建筑物几何模型中的拓扑信息和属性信息,并通过VRML浏览器业实现城市景观的交互显示,从而实现了利用常规2D GIS数据建立建筑物3D景观虚拟模型,实验结果表明,该方法能在VRML浏览器中以各种视角,在各个位置和按各种缩放比例,对建筑物模型进行动态观察,并在计算机屏幕上实现立体显示,根据实验结果和分析可见,随着2D GIS的发展成熟,利用常规2D GIS数据来建立建筑物3D景观模型的条件已经具备。     

IKONOS卫星图像的快速三维场景重建

IKONOS卫星立体像对一般经过图像匹配,采用RPC模型,通过繁杂的多项式迭代获取DEM,实现三维重建,其计算花费很大。在对城市三维重建时,认为城市局部的地面是平坦的,有近似相同的海拔,城市的三维信息集中就是建筑物的三维信息,针对IKONOS影像的特点,利用几何光学成像模型快速计算同名点的相对大地坐标,实现城市场景的快速三维重建。实验结果表明,场景重建结果有较好的精度,满足观测和处理的需求,实现了快速处理和分析环境数据。     

城市建筑物框架轮廓三维自动重构研究

建筑物是城市景观中一个重要组成部分,因此快速自动实现城市建筑物的三维可视化对于建立数码城市具有重大意义。针对传统三维建模人工劳动强度大、自动化程度低和花费高等问题,提出了一套自动化程度较高的基于线、面信息的城市建筑物框架轮廓快速三维重构方法。通过普通数码相机获取影像数据大大降低了实际应用成本,而且采用线面基元进行三维重构相比于经典的点云重构方法不仅提高了效率,而且获得了清晰的三维边缘轮廓。通过实验验证了方法的有效性和可行性。