CN111489431A - 一种智慧城市规划仿真动态模拟系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，包括数据获取模块：用于获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；数据预处理模块：用于对数据获取模块所获取的数据进行分类处理；三维建模模块：用于根据数据获取模块和数据预处理模块所获得的数据，进行三维建模；仿真渲染模块：用于对生成的三维模型进行渲染；数据输出模块：用于将经过渲染后的三维模型数据输出；场景集成模块：用于将三维模型形成三维虚拟场景；模拟输出模块：用于将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
Description
技术领域
本发明涉及城市规划技术领域，具体来说，涉及一种智慧城市规划仿真动态模拟系统及其运行方法。
背景技术
城市是人类社会生活的聚居地，作为人口、资源、环境和社会经济要素的地理综合体城市与人们的生活息息相关城市的结构、面貌及规划状况将直接影响人们的生活。由于城市是一个在空间、时间上动态变化的有机系统因此对它的描述也越来越困难。另外现代城市的信息量正快速增加这也迫使人们必须寻求解決信息爆炸与信息需求之间的予盾。以往只以一张城市规划图来了解城市的做法现在已显得无能为力，现代社会的发展要求控制城市的总体景观，要求建立三维甚至四维(包括时间维)的城市景观模型这些都为虚拟城市的产生与发展提供了良好的社会需求动力。
综上所述，如何能够提供一种智慧城市规划仿真动态模拟系统是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种智慧城市规划仿真动态模拟系统及其运行方法，来解决上述背景技术中的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，包括：
数据获取模块：用于获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
数据预处理模块：用于对所述数据获取模块所获取的数据进行分类处理；
三维建模模块：用于根据所述数据获取模块和所述数据预处理模块所获得的数据，进行三维建模；
仿真渲染模块：用于对生成的三维模型进行渲染；
数据输出模块：用于将经过渲染后的三维模型数据输出；
场景集成模块：用于将三维模型形成三维虚拟场景；
模拟输出模块：用于将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
进一步的，所述数据获取模块包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取，其中，所述基础数据获取由平面位置和高程数据两种信息组成，数据获取的方法包括在野外利用GPS、全站仪等仪器直接进行测量，从航空影像遥感图像及已有地形图上采集，利用数字摄影测量系统获取等，方法的选用取决于源数据获得的可行性、DEM的分辨率、精度要求、数据量大小和技术条件等，DLG的获取方法有全野外数字化测图、已有图纸矢量化及利用全数字摄影测量系统生成等，数字正射影像DOM采用全数字摄影测量方法获取。
进一步的，所述数据预处理模块包括空间基础数据处理和纹理数据处理；
空间基础数据处理：对于DOM数据的质量控制，首先验证数据精度，其次对于影像的拼接，按照精度要求进行，在使用镶嵌纠正时，控制点与检查点的误差应调整到理论误差范围内以确保纠正结果的几何精度，对于DEM数据的质量控制要求为DEM数据精度合格没有错误，对于DLG数据需要分层加载，数据需要去除冗余，其中建筑物层必须包括楼高和楼层字段；
纹理数据处理：纹理数据的处理过程主要是原始资料通过数码相机或扫描仪传入计算机，运用Photo-shop软件进行编辑(包括变换、扭曲、拼接、亮度比度和色调平衡等)，生成三维物体纹理。
进一步的，所述三维建模模块中模型的建立分为素模，简模和精模三类，素模建模过程中不粘贴纹理，对规划区域和城市边缘区域建筑物采用素模建设方法；简模建模过程中粘贴纹理结构简单，对一般建筑，如居民小区等采用简模建设方法；精模建模过程中粘贴纹理结构复杂，一般城市的规划方案、现状公共建筑、主干道及其两侧建筑物、重要的标志性建筑物的三维模型采用精细建模。
进一步的，所述场景集成模块中地形的生成是将导入的DEM和DOM的数据通过CityMakerBuilder地形生成工具生成相应的地形，然后将生成的地形Live文件导入到CityMakerBuilder场景中，保存在地形图层中，最后将生成好的地形导入到场景中完成地形的导入功能；对于模型导入之前要先使用Auto-CAD布置总图定义块，输出块，输出MDB，由提供的插件输出OSG文件和DDS文件。OSG，DDS和MDB文件放在同一个文件夹内，通过CityMakerBuilder的“导入MDB文件功能一次将一个或多个模型导入到场景中，对导入的模型可以进行编辑；通过地形跟随功能，可以让生产的三维模型、矢量数据等整体准确、无误地跟随地形的起伏而落到相应的地理位置和海拔高度上，最后为了体现三维场景的美观，还需为场景增加绿化(添加树木，花草，座椅，垃圾箱，路灯等小品)、动态粒子系统运动物体等各种虚拟特效。
进一步的，所述用户界面包括显示控制模块、数据输入输出模块、查询统计模块、动态规划模块、信息发布和反馈模块和帮助模块。
根据本发明的另一个方面，提供了一种智慧城市规划仿真动态模拟系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据获取：通过数据获取模块获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
数据预处理：通过数据预处理模块对所述数据获取模块所获取的数据进行分类处理；
三维建模：通过三维建模模块对预处理完的数据进行三维建模；
仿真渲染：通过仿真渲染模块对生成的三维模型进行渲染；
数据输出：通过数据输出模块将经过渲染后的三维模型数据输出；
场景集成：通过场景集成模块将三维模型形成三维虚拟场景；
模拟输出：通过模拟输出模块将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
进一步的，所述数据获取包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取。
进一步的，所述数据预处理包括空间基础数据处理和纹理数据处理。
进一步的，所述模型的建设分为素模，简模和精模三类。
本发明的有益效果：
1、本发明通过将三维仿真与地理信息系统结合起来，充分实现了地理信息的三维可视化应用，为城市的规划、建设、管理搭建了一个实用的平台，将极大地促进三维仿真技术在城市规划、建设、管理中的应用，推动城市规划建管理部门用三维城市仿真技术来评估和管理所有开发项目，将不但加快项目审批进度，而且帮助设计单位、开发商发现一些项目的设计缺陷，避免重大损失，使城市的规划建设更协调，极大地促进城市的可持续发展。
2、本发明实现了各种实时光照效果、实时阴影计算和显示如早晨、黄昏、春夏秋冬四季等的实时变化，从而使得三维场景更加逼真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统的运行方式的流程图。
图中：
1、数据获取模块；2、数据预处理模块；3、三维建模模块；4、仿真渲染模块；5、数据输出模块；6、场景集成模块；7、模拟输出模块。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明实施例的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，包括：
数据获取模块1：用于获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
数据预处理模块2：用于对所述数据获取模块1所获取的数据进行分类处理；
三维建模模块3：用于根据所述数据获取模块1和所述数据预处理模块2所获得的数据，进行三维建模；
仿真渲染模块4：用于对生成的三维模型进行渲染；
数据输出模块5：用于将经过渲染后的三维模型数据输出；
场景集成模块6：用于将三维模型形成三维虚拟场景；
模拟输出模块7：用于将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
具体的，所述数据获取模块1包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取，其中，所述基础数据获取由平面位置和高程数据两种信息组成，数据获取的方法包括在野外利用GPS、全站仪等仪器直接进行测量，从航空影像遥感图像及已有地形图上采集，利用数字摄影测量系统获取等，方法的选用取决于源数据获得的可行性、DEM的分辨率、精度要求、数据量大小和技术条件等，DLG的获取方法有全野外数字化测图、已有图纸矢量化及利用全数字摄影测量系统生成等，数字正射影像(DOM)采用全数字摄影测量方法获取。
具体的，所述数据预处理模块2包括空间基础数据处理和纹理数据处理；
空间基础数据处理：对于DOM数据的质量控制，首先验证数据精度，其次对于影像的拼接，按照精度要求进行，在使用镶嵌纠正时，控制点与检查点的误差应调整到理论误差范围内以确保纠正结果的几何精度，对于DEM数据的质量控制要求为DEM数据精度合格没有错误，对于DLG数据需要分层加载，数据需要去除冗余，其中建筑物层必须包括楼高和楼层字段；
纹理数据处理：纹理数据的处理过程主要是原始资料通过数码相机或扫描仪传入计算机，运用Photo-shop软件进行编辑(包括变换、扭曲、拼接、亮度比度和色调平衡等)，生成三维物体纹理。
具体的，所述三维建模模块3中模型的建立分为素模，简模和精模三类，素模建模过程中不粘贴纹理，对规划区域和城市边缘区域建筑物采用素模建设方法；简模建模过程中粘贴纹理结构简单，对一般建筑，如居民小区等采用简模建设方法；精模建模过程中粘贴纹理结构复杂，一般城市的规划方案、现状公共建筑、主干道及其两侧建筑物、重要的标志性建筑物的三维模型采用精细建模。
具体的，所述场景集成模块6中地形的生成是将导入的DEM和DOM的数据通过CityMakerBuilder地形生成工具生成相应的地形，然后将生成的地形Live文件导入到CityMakerBuilder场景中，保存在地形图层中，最后将生成好的地形导入到场景中完成地形的导入功能；对于模型导入之前要先使用Auto-CAD布置总图定义块，输出块，输出MDB，由提供的插件输出OSG文件和DDS文件，OSG，DDS和MDB文件放在同一个文件夹内，通过CityMakerBuilder的“导入MDB文件功能一次将一个或多个模型导入到场景中，对导入的模型可以进行编辑；通过地形跟随功能，可以让生产的三维模型、矢量数据等整体准确、无误地跟随地形的起伏而落到相应的地理位置和海拔高度上，最后为了体现三维场景的美观，还需为场景增加绿化(添加树木，花草，座椅，垃圾箱，路灯等小品)、动态粒子系统运动物体等各种虚拟特效。
具体的，所述用户界面包括显示控制模块、数据输入输出模块、查询统计模块、动态规划模块、信息发布和反馈模块和帮助模块。
显示控制模块：该模块实现二维与三维图形数据和属性数据的显示、设定路线漫游、图层控制以及整个系统界面视图管理。通过属性査询向用户提供建筑物的结构类型、所有者、用途、层数、高度、占地面积、建筑年代等并可对规划的建筑属性信息进行编辑。
数据输入输出模块：该模块主要完成对规划工作区的加载与保存、二维数据的加载与导入、查询统计结果输出和栅格图像输出等功能。
查询统计模块：模抉提供多种选择、査询方式的组合设定可根据用户提供的任意条件查询并提供根据任意属性字段进行统计的功能。
动态规划模块：该模块主要提供二维图形的基本绘制与编辑、三维图形的基本绘制与编辑、二维图形与三维模型匹配、属性编辑、辅助道路选线、项目资料管理和多方案比较等功能。可对不同方案的总平面图、交通、消防、绿化分析、剖立面图、效果图等进行介绍进行不同方案之间的三维实时切换和对比。
信息发布和反馈模块：系統用户包括领导技术入员和广大市民，相关技本人员可以从多视角、多路径对规刘方案从全局到细部的推敲和修改广大市民也可以调用浏览和查询功能查看发布的规划方案，以留言板投票统计等形式进行信息反馈。
帮助模块：系统提供用户友好果面以直观生动的表达方式将城市规划信息呈现给领导、规划师、技术入员和市民。向各用户介绍系統的软硬件配置、用途结构和各功能模块的使用方法以及面对可能遇到的操作题的解决方案等。
如图2所示，根据本发明的实施例，还提供了一种智慧城市规划仿真动态模拟系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101数据获取：通过数据获取模块1获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
步骤S103数据预处理：通过数据预处理模块2对所述数据获取模块1所获取的数据进行分类处理；
步骤S105三维建模：通过三维建模模块3对预处理完的数据进行三维建模；
步骤S107仿真渲染：通过仿真渲染模块4对生成的三维模型进行渲染；
步骤S109数据输出：通过数据输出模块5将经过渲染后的三维模型数据输出；
步骤S111场景集成：通过场景集成模块6将三维模型形成三维虚拟场景；
步骤S113模拟输出：通过模拟输出模块7将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
具体的，所述数据获取包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取。
具体的，所述数据预处理包括空间基础数据处理和纹理数据处理。
具体的，所述模型的建设分为素模，简模和精模三类。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将三维仿真与地理信息系统结合起来，充分实现了地理信息的三维可视化应用，为城市的规划、建设、管理搭建了一个实用的平台，将极大地促进三维仿真技术在城市规划、建设、管理中的应用，推动城市规划建管理部门用三维城市仿真技术来评估和管理所有开发项目，将不但加快项目审批进度，而且帮助设计单位、开发商发现一些项目的设计缺陷，避免重大损失，使城市的规划建设更协调，极大地促进城市的可持续发展。此外，本发明实现了各种实时光照效果、实时阴影计算和显示如早晨、黄昏、春夏秋冬四季等的实时变化，从而使得三维场景更加逼真。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (10)
1.一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，包括
数据获取模块(1)：用于获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
数据预处理模块(2)：用于对所述数据获取模块(1)所获取的数据进行分类处理；
三维建模模块(3)：用于根据所述数据获取模块(1)和所述数据预处理模块(2)所获得的数据，进行三维建模；
仿真渲染模块(4)：用于对生成的三维模型进行渲染；
数据输出模块(5)：用于将经过渲染后的三维模型数据输出；
场景集成模块(6)：用于将三维模型形成三维虚拟场景；
模拟输出模块(7)：用于将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
2.根据权利要求1所述的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，所述数据获取模块(1)包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取，其中，所述基础数据获取由平面位置和高程数据两种信息组成，数据获取的方法包括在野外利用GPS、全站仪等仪器直接进行测量，从航空影像遥感图像及已有地形图上采集，利用数字摄影测量系统获取等，方法的选用取决于源数据获得的可行性、DEM的分辨率、精度要求、数据量大小和技术条件等，DLG的获取方法有全野外数字化测图、已有图纸矢量化及利用全数字摄影测量系统生成等，数字正射影像(DOM)采用全数字摄影测量方法获取。
3.根据权利要求1所述的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，所述数据预处理模块(2)包括空间基础数据处理和纹理数据处理；
空间基础数据处理：对于DOM数据的质量控制，首先验证数据精度，其次对于影像的拼接，按照精度要求进行，在使用镶嵌纠正时，控制点与检查点的误差应调整到理论误差范围内以确保纠正结果的几何精度，对于DEM数据的质量控制要求为DEM数据精度合格没有错误，对于DLG数据需要分层加载，数据需要去除冗余，其中建筑物层必须包括楼高和楼层字段；
纹理数据处理：纹理数据的处理过程主要是原始资料通过数码相机或扫描仪传入计算机，运用Photo-shop软件进行编辑(包括变换、扭曲、拼接、亮度比度和色调平衡等)，生成三维物体纹理。
4.根据权利要求1所述的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，所述三维建模模块(3)中模型的建立分为素模，简模和精模三类，素模建模过程中不粘贴纹理，对规划区域和城市边缘区域建筑物采用素模建设方法；简模建模过程中粘贴纹理结构简单，对一般建筑，如居民小区等采用简模建设方法；精模建模过程中粘贴纹理结构复杂，一般城市的规划方案、现状公共建筑、主干道及其两侧建筑物、重要的标志性建筑物的三维模型采用精细建模。
5.根据权利要求1所述的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，所述场景集成模块(6)中地形的生成是将导入的DEM和DOM的数据通过CityMakerBuilder地形生成工具生成相应的地形，然后将生成的地形Live文件导入到CityMakerBuilder场景中，保存在地形图层中，最后将生成好的地形导入到场景中完成地形的导入功能；对于模型导入之前要先使用Auto-CAD布置总图定义块，输出块，输出MDB，由提供的插件输出OSG文件和DDS文件，OSG，DDS和MDB文件放在同一个文件夹内，通过CityMakerBuilder的“导入MDB文件功能一次将一个或多个模型导入到场景中，对导入的模型可以进行编辑；通过地形跟随功能，可以让生产的三维模型、矢量数据等整体准确、无误地跟随地形的起伏而落到相应的地理位置和海拔高度上，最后为了体现三维场景的美观，还需为场景增加绿化(添加树木，花草，座椅，垃圾箱，路灯等小品)、动态粒子系统运动物体等各种虚拟特效。
6.根据权利要求1所述的一种智慧城市规划仿真动态模拟系统，其特征在于，所述用户界面包括显示控制模块、数据输入输出模块、查询统计模块、动态规划模块、信息发布和反馈模块和帮助模块。
7.一种智慧城市规划仿真动态模拟系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据获取：通过数据获取模块(1)获取城市规划所需的地理、交通、建筑、人文、景观、生态等多方面的信息；
数据预处理：通过数据预处理模块(2)对所述数据获取模块(1)所获取的数据进行分类处理；
三维建模：通过三维建模模块(3)对预处理完的数据进行三维建模；
仿真渲染：通过仿真渲染模块(4)对生成的三维模型进行渲染；
数据输出：通过数据输出模块(5)将经过渲染后的三维模型数据输出；
场景集成：通过场景集成模块(6)将三维模型形成三维虚拟场景；
模拟输出：通过模拟输出模块(7)将形成的三维虚拟场景输出给用户界面。
8.根据权利要求7所述的智慧城市规划仿真动态模拟的运行方法，其特征在于，所述数据获取包括基础数据获取和纹理数据及其他数据获取。
9.根据权利要求7所述的智慧城市规划仿真动态模拟的运行方法，其特征在于，所述数据预处理包括空间基础数据处理和纹理数据处理。
10.根据权利要求7所述的智慧城市规划仿真动态模拟的运行方法，其特征在于，所述模型的建设分为素模，简模和精模三类。
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