三維數字城市

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三維數字城市范文第1篇

1建設意義

該項目的實施建設：不僅有利于提升整個城市的綜合實力，而且有利于城市經濟運作與國際市場協調，是推動改革的重要舉措［4］。能實現對城市地理空間信息資源的合理規劃和有效管理。能徹底改善“信息孤島”現象。能較好實現各類地理空間數據的整合，維護更新現勢數據。將在土地利用動態監測、農業、林業、防汛防災、城市規劃乃至日常生活等領域具有廣泛應用前景。

2系統建設目標

系統的建設目標：“數字城市”是一個由多種高新技術支持的計算機網絡信息系統。它不僅能在計算機上建立虛擬城市，更主要的是能促使城市不同部門、層次之間的信息共享，減少資源的浪費和功能重疊，進而從宏觀全局的角度制定城市規劃和管理的整體戰略［5］。“數字城市”的基本內涵包括以下幾個方面：城市信息資源的開發與應用；城市信息基礎設施建設；城市信息技術的開發與信息產業的發展；城市信息化的標準、規范與法規的制定；信息人才的培養與信息知識的普及。

3系統體系架構

系統的整體體系結構遵循三層架構體系，包括數據層、邏輯層和應用層3個應用層次。采用B／S結構的組織模式，為政府提供對多種數據等的管理，系統采用ArcServer為GIS平臺，Oracle為數據庫服務器，利用多種軟件技術，實現對國土規劃數據、安全生產數據等的顯示、查詢、統計等功能，為城市規劃管理工作提供支撐。總體結構圖如圖1所示：數據庫層：為系統提供基本的數據服務。邏輯層：包括GIS服務層和系統功能層2個層：GIS服務層提供底層GIS管理服務；系統功能層在開發接口之上封裝一套統一開發接口，實現對底層數據的訪問。應用層：此層是系統主要應用模塊，用戶通過桌面訪問系統數據，進行查詢、統計分析等工作。

4系統功能設計與實現

系統要為政府網絡辦公和對外服務提供應用，大部分用戶通過瀏覽器來應用系統，政府管理員使用桌面系統維護系統數據。系統運行網絡架構如圖2所示。根據系統的設計目標和用戶需求，三維數字城市平臺由三大子系統組成：三維展示子系統、數據管理子系統和共享服務子系統。系統主要通過局域網及專網實現信息共享，滿足市政府對三維數字城市平臺的數據訪問及編輯的要求。

4．1三維展示子系統

三維展示子系統根據用戶的需求，設計了系統登錄、圖層控制、專題應用、空間分析、路徑瀏覽、視圖工具、信息查詢等功能模塊。圖層控制：能夠對圖層的分類、順序、是否可見等內容進行管理。空間分析：包括量測、通視分析、填挖分析、淹沒分析等分析功能。路徑瀏覽：包括地面瀏覽、航空瀏覽等功能。視圖工具：包括雙屏聯動（如圖3所示）、地形編輯、影像影藏等功能。信息查詢：包括關鍵字查詢、點擊查詢、空間查詢等功能。輔助工具：包括熱點添加、數據導入、方向指北等功能。

4．2共享服務子系統

（1）數據服務接口。提供有關的地理空間數據服務接口，將基礎地理信息數據庫中的DLG，DOM，DEM，電子地圖、多媒體數據、三維模型數據、興趣點等基礎空間數據、元數據等成符合XML，WMS，WFS等標準的數據服務接口，可同時為多個部門的應用提供數據共享服務，達到數據統一更新、實時的目標。（2）基礎地理信息共享服務模式。由于委辦局眾多，各委辦局對基礎地理信息的數據需求、應用系統的開發模式均各不相同，平臺提供4種共享模式。通過數據接口，直接在線訪問的數據模式；基于服務的空間數據共享模式；基于圖片的空間數據共享模式；通過介質拷貝，提供特殊需求的部門服務。

4．3數據管理子系統

提供海量影像數據和DEM數據的合成工具，可生成三維平臺中的應用場景。在三維平臺后續實際應用中，使用合成工具可方便完成影像數據和DEM數據的更新。

4．4系統實現主界面圖

三維數字城市范文第2篇

關鍵詞：三維GIS數字城市城市規劃

引言：隨著GIS應用的深入，人們越來越多地要求從真三維空間來處理問題。數字城市建設已成為測繪領域一個重點研究對象，城市三維信息系統的建設必將成為數字城市系統建設的主要內容之一，它將利用城市現有的空間地理信息、政務信息等信息資源和通訊基礎設施，通過城市建模和三維景觀可視化，實現城市真實三維景觀再現，為電子政務、業務應用和公眾服務搭建3DGIS服務平臺。

1.三維GIS概述

1.1 三維GIS的定義

從不同的角度出發，GIS有三種定義：①基于工具箱的定義，認為GIS是一個從現實世界采集、存貯、轉換、顯示空間數據的工具集合；②數據庫定義，認為GIS是一個數據庫系統，在數據庫里的大多數數據能被索引和操作，以回答各種各樣的問題；③基于組織機構的定義，認為GIS是一個功能集合，能夠存貯、檢索、操作和顯示地理數據，是一個集數據庫、專家和持續經濟支持的機構團體和組織結構，提供解決環境問題的各種決策支持。

1.2 三維GIS的特點

在三維GIS中，空間目標通過X、Y、Z三個坐標軸來定義，它與二維GIS中定義在二維平面上的目標具有完全不同的性質。三維空間數據庫是三維GIS的核心，三維空間分析則是其獨有的能力。與功能增強相對應的是，三維GIS的理論研究和系統建設工作比二維GIS也更加復雜。

1.3三維GIS的功能

基于二維GIS的發展狀況和從空間信息集成的需求角度來講，筆者個人認為，三維GIS除了具備二維GIS的傳統功能以外，還應該具有如下獨有的功能：

①包容一維、二維對象

三維GIS不僅要表達三維對象，而且要研究一維、二維對象在三維空間中的表達。將一維、二維對象置于三維立體空間中考慮，存儲的是它們真實的幾何位置與空間拓撲關系，這樣表達的結果就能區分出一維、二維對象在垂直方向上的變化。

②可視化2.5維、三維對象

三維GIS的首要特色是要能對2.5維、三維對象進行可視化表現。三維對象的幾何建模與可視表達在三維GIS建設的整個過程中都是需要的，這是三維GIS的一項基本功能。

③三維空間DBMS管理

三維GIS的核心是三維空間數據庫。它可能由擴展的關系數據庫系統也可能由面向對象的空間數據庫系統存儲管理三維空間對象。

④三維空間分析

在二維GIS中，空間分析是GIS區別于三維CAD與科學計算可視化的特有功能，在三維GIS中也同樣如此。空間分析三維化，也就是在直接在三維空間中進行空間操作與分析，連同上文述及的對空間對象進行三維表達與管理，使得三維GIS明顯不同于二維GIS，同時在功能上也更加強大。

⑤應能及時受益于現代數據獲取方法的進展和大數據量處理技術的發展

目前，由于科技水平的限制，人類獲取地學三維數據的能力的弱小是阻礙三維GIS迅速發展的一個重要原因。因此現時的三維GIS設計與開發應充分考慮未來三維地學數據獲取能力的提高，以便及時受益于現代數據獲取方法的進步。

2.三維GIS與數字城市建設

世界的本原是處在三維空間中的，城市三維現在已成為當前三維GIS中研究與開發的一個重要方面。信息化目前正成為社會發展的主流，城市作為信息存在與傳播的主體，理所當然地也成為三維GIS表達的一個重要對象。

空間分析能力在二維GIS中就比較薄弱，目前大多數的GIS都不能做到決策層次上來，只能作為一個大的空間數據庫，滿足簡單的編輯、管理、查詢和顯示要求，不能為決策者直接提供決策方案。因此，研究開發GIS的基本空間分析及將各領域的專家知識入嵌入GIS中，是三維GIS發展的一個重要方面。

2.1數字城市的基本框架

數字城市有一個基本的框架，主要由三大部分組成：

1）數字城市建設的信息支撐技術。主要有遙感技術、全球定位系統(GPS)、地理信息系統技術、城市綜合功能GIS技術、數字城市的管理信息技術、虛擬技術、數據庫建設技術、元數據和寬帶網絡等，應用這些技術可以實現城市空間數據的獲取、分析、歸納與整合。

2）數字城市建設的基本內容。首先，建立由城市空間基礎信息平臺、城市綜合信息平臺和城市電信基礎平臺組成的核心系統，達到共享和支持。其次，建立應用系統，它們是數字城市發揮作用的根本。第三，網絡與信息接入設備，它們是數字城市應用的前端，直接面向最終用戶。第四，政策法規與保障體系，它數字城市建設及運行提供法律、經濟、標準、組織和管理等方面的保障。

3）數字城市的服務對象。包括政府、企業、社會和公眾四大類。

2.2三維GIS技術在城市總體規劃中的應用

城市區域三維GIS將以GIS為核心的技術應用于城市三維海量空間數據的存儲與管理，進行各類城市三維空間數據的綜合顯示與融合分析，并且在此基礎上進行多種專業分析與相關三維信息的網絡，從而為城市指定科學的、合理的發展規劃及管理提供基礎資料和決策依據。基于三維GIS的城市總體規劃信息管理系統，不僅具備一般的MIS系統的報表和統計功能，而且還具有空間分析功能，用戶可根據不同的要求來對城市信息進行分類統計，構建相應的土地利用專題，直觀的了解城市規劃的總體情況。城市總體規劃中涉及到的土地的空間特征和屬性特征處于不斷的變化之中，三維GIS技術可以成為土地數據管理、更新、評價的有力工具，可以建立覆蓋整個行政區域的數字高程（DEM）模型，通過DEM與航空攝影資料的合成建立起三維立體旋轉景觀模型，使得修訂城市總體規劃更具有現實性和科學性。

系統應能將城市地上的建筑、道路、水系、管道及地下構筑物等景觀內容利用現有的資料在三維場景中展現出來，并且可針對城市地質的特性將城市地質勘查資料揭示結果在三維空間中綜合起來，重現地下地質界面和地質體的空間形態和組合關系，重建三維地質構造形態模型，并將地上、地下的三維模型用三維可視化技術生動地表現出來，從而實現地上、地下復雜空間結構與位置關系的表達、分析。系統可以利用空間分析和數據挖掘技術支持復雜問題的決策研究。

三維城市規劃還將在實施漫游的基礎上實現對各種信息進行集成與分析的基本功能，具體來說具備以下幾種主要功能：實現各種信息的二維查看、查詢和測量等一系列功能；實現二維與三維的交互性查看、漫游。利用數據模型的一些特點進行相應的加工處理，要實現數據庫與模型庫的對應關系，同時要實現對各種信息的查詢、調用、分析和處理，就必須利用GIS及相關工具建立一個高效率的數據庫，并使之具備對信息進行搜集、分析、處理和更新的功能，將數據庫中的信息與實施場景中的模型進行綁定，從而達到對各種信息的即查即用，實現豐富的查詢和分析、決策功能。

3 結束語

三維GIS是物質城市在數字網絡空間的再現和反映，是以空間信息為核心的城市信息系統體系。它將地理信息技術、數字化技術和網絡技術滲透到城市經濟和社會生活的各個方面，為政府部門、企業、社區、公眾提供多層次、高質量、高效率的信息服務及決策支持，以提高城市和社區建設與管理的現代化水平和效率，提高人們的生活質量。目前，我國以“數字城市”為目標，面向城市可持續發展的全數字化信息系統建設正在探索中，全國已有100多個城市陸續展開各自的數字城市建設計劃。

三維GIS是數字城市的重要基礎空間信息。三維城市的建立能夠全方位地、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息，構建出一個真實、直觀的虛擬城市環境，為城市管理者面對復雜的城市，實施科學的、人文的、生態的規劃，提供有力的決策手段。由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是三維可視化技術應用的主要領域，建立基于影像的城市三維系統，構建真實、準確的虛擬城市場景，實時互動地評估與分析規劃方案，為城市規劃的決策提供更加直觀與科學的依據，這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的，是當今城市規劃信息化發展的重要方向。

參考文獻：

[1]李榮杰，宋照才，劉電芬，等．數字城市建設[J]．河南科技，2008，07：10-11．

[2]頡繼珍，城市3維地理信息服務系統框架研究[J]．測繪與空間地理信息，2008，6：95-99．

[3]龔知凡，三維GIS技術及其發展[J]

[4]周游，“數字城市”三維仿真平臺建設的研究綜述[N],科技創新導報，2008，27（19，21）．

[5]張治中，陳鵬霄．數字城市三維地理信息系統在武漢江岸地區的實現[N]

三維數字城市范文第3篇

關鍵詞：三維；地理信息技術；數字城市

數字城市是城市發展的必然產物，是城市發展的戰略目標。數字城市指的是將信息化技術運用到城市的規劃、建設以及人們的生活中去。數字城市包括了城市設施的數字化、城市的網絡化、智能化等多個方面。隨著經濟的發展，科技的進步，數字城市將會不斷被賦予新的涵義。三維地理信息技術作為一種先進的科技手段，在數字城市的建設中發揮著重要的作用。

一、數字城市與三維地理信息技術概述

城市經濟的快速發展，城市人口的增加等這些現象的產生需要強有力的對城市空間布局的調控，對人口密度的疏導，對資源的有效配置和使用，對各行各業的結構調整，對交通狀況的改善以及對環境質量的保證等。城市發展過程中的問題急需解決，這就必須要改進和提高傳統的城市規劃、建設、管理的方法。數字城市的出現就是致力于建立一個能夠服務于城市居民，服務于各行各業的多功能的信息系統。建立數字城市是數字地球發展戰略的需要，也是城市自身發展的需要，符合可持續發展的規律。

現實中的城市可以看作是一個復雜的空間地域系統，其中建筑物、市政工程設施以及承載他們的載體即城市土地都是以物質實體形態存在的。城市實體所處不同的空間位置和他們所具有的相應的屬性是城市實體的重要性狀。城市所處的空間位置是相對不變的，但是它們的屬性值是按照使用和管理的需要選用的，可以有很多種選擇。將城市的對象用點、線、面、體等幾何對象表示，構成數字地圖，然后將集合對象的屬性與現實中城市實體的屬性相關聯，就完成了對城市實體的空間位置和屬性的模擬，也就是用三維地理信息技術建立的數字城市。

三維地理信息為數字城市的建設提供了重要的基礎空間信息。三維數字城市的建立可以全方位、立體、直觀的將城市的各種場景等信息真實的展示在人們面前，從而形成一個真實的、直觀的虛擬場景。由于城市規劃的一些具體要求，三維地理信息技術一直是城市規劃所使用的重要手段，用于建立真實的城市三維模型，構建虛擬的城市場景。

二、三維地理信息技術在數字城市建設應用中的問題

數字城市的建設處于不成熟的階段，在建設過程中結合我國的實際國情，出現了很多問題，而且我國的三維地理信息技術發展的并不十分成熟，在運用過程中難免會出現問題。以下幾種是比較突出的問題。

第一，中西部經濟欠發達的地區由于經濟水平的限制以及地理環境的影響，信息化、數字化的水平較低，地區的基本信息等還未實現數字化，三維地理信息技術也還沒有發展起來，這對于數字城市的整體建設不利，應該先致力于這些地區的城市基礎信息的數據庫建設，這也是建設數字城市的基本要求，才能為日后三維地理信息技術的運用提供保障。

第二，地理信息系統的數據更新較慢，并且較為復雜。為確保數字城市的順利建設，地理信息系統應根據地區的實際情況進行及時的更新，才能方便于工作人員的信息查詢工作，這也為數字城市的建設、規劃起到指導的作用。

第三，數據庫系統的維護存在的問題。隨著地理信息技術的不斷發展，計算機技術的提高，原有的數據庫系統已經不適合于現如今的數字城市的建設。這就需要在對過去的數據庫系統進行維護，將原有的有用的數據完整、安全的轉移到新的系統中，并轉換成新系統所規定的數據類型，與新系統的數據進行融合。想要實現數字城市的建設，利用三維地理信息技術進行數據庫系統的維護是很重要的。

第四，現如今阻礙數字城市發展的主要因素更多的在于數據政策。我國的數據政策存在有一定的問題，要改變“資源割據，信息孤島”的現狀，需要對數據政策進行徹底的改革，使得數據能夠正確的快速的發展，才能夠為三維地理信息系統的建立提供數據等信息，為數字城市的建立提供基礎。

三、數字城市建設中的三維地理信息技術

數字城市的建設根本上在于解決城市發展過程中的生活和工作的交流方式，調節政府、企業、居民之間的關系以及人與環境的關系。數字城市的建設是一項巨大的工程，功能多樣，結構復雜。它的建立需要各種高科技技術的綜合運用才能得以實現，數字城市建設的主要技術有遙感技術、三維地理信息技術、城市的綜合功能GIS技術、網絡寬帶等。

其中，最主要的技術是三維地理信息技術。數字城市的建設離不開三維地理信息系統的建立。三維地理信息系統與二維地理信息系統相比，同樣具有基本的空間數據處理的功能，比如數據的獲取、組織、操縱、分析等功能。三維地理信息系統的空間信息展示更加直觀。三維地理信息技術運用到數字城市建設中，可以更加直觀的將城市場景模擬展現在人們面前。而且，三維地理信息系統的多維度空間分析的功能更為強大。空間信息分析的過程通常比較復雜、抽象，三維地理信息系統同時可以完成二維地理信息系統的空間分析功能，還能夠完成一些高級的空間分析功能，比如日照分析、地址分析等。

三維地理信息技術的應用使得數字城市的建立更加方便，功能更加多樣。

四、三維地理信息技術在數字城市建設中的運用

三維地理信息技術在數字城市建設中的運用分別體現在以下的幾個方面：

第一方面，三維地理信息技術在城市規劃中的運用。在城市的區域規劃中，需要對城市的人口、資源的分布，對城鎮的布局等進行詳細的分析，充分考慮該區域的地形、地勢、氣候等條件，這就需要用到三維地理信息技術，通過對該區域進行詳細的分析可以使得城市規劃更為合理。而且城市的規劃管理是與城市的地理空間數據密不可分的，它需要對規劃圖進行反復的操作，這也需要三維地理信息技術作為基礎。另外，城市規劃管理作為一種重要的行政許可，它有著嚴格的規章制度和數據管理方法。因此將三維地理信息技術和傳統的信息管理系統相結合，應用到城市的規劃管理中去，是我國數字城市發展的必然趨勢。

第二方面，三維地理信息技術在城市設施功能的虛擬實現中的運用。城市設施的功能除了要為居民提供水、電、氣等能量、物質資源之外，還需要提供文化、娛樂等非物質資源。將城市設施的有關功能屬性與虛擬對象進行關聯，形成一個基于三維地理信息技術的信息平臺，可用于對城市災害的應急指揮、公安信息系統、城市的規劃管理等提供資料。而且，在這個平臺上，通過實現電子政務和電子商務的功能，可以使得各行各業的人員充分利用各種信息，實現信息共享，提高工作效率，實現城市管理的信息化和社會事業的信息化。通過計算機進行遠程的教育、保健、醫療服務等功能推動服務行業的改革。

結語：

三維地理信息技術必將得到迅速的發展，它為數字城市的建設提供了技術支持。現如今的數字城市建設中，由于存在缺乏統籌規劃、標準不統一等問題，三維地理信息技術的成果無法達到數字城市建設的要求。因此在日后的數字城市建設中，需要制定規范的符合實際的數字城市發展規劃，充分的利用地理信息技術，三維地理信息技術也應在數字城市建設的指導、促進下，不斷深入發展，為數字城市的建設奠定基礎。

參考文獻：

[1]李初英.三維地理信息系統在數字城市建設中的應用研究.地理，2013（1）

三維數字城市范文第4篇

1 引言

隨著cad基礎理論和應用技術的不斷發展，對cad系統的功能要求也越來越高。設計人員不再僅僅滿足于借助cad系統來達到“甩圖版”的目的。而是希望它能從本質上減輕大量簡單煩瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創造性的高層次思維活動中。由于三維cad系統具有可視化好、形象直觀、設計效率高、以及能為cims工程中各應用環節提供完整的設計、工藝、制造信息等優勢，使其取代傳統的純二維cad系統已成為歷史發展的必然。但是，由于經濟實力、技術水平和習慣定勢等的影響，二維圖紙不僅不會在短期內全部消亡，反而還會作為工程語言的載體長期存在并不斷發展。

據統計，從目前我國機械行業的cad應用狀態來看，基本呈現三角形結構。占據三角形底部的是已被廣泛應用的基于pc平臺的二維cad系統，如：autodesk公司的autocad系列，國內華正的caxa電子圖版、高華的ghcad、凱思的picad等均擁有大量用戶群。高居三角形頂端的是少量基于unix工作站的純三維cad系統，如：euclid, catia, pro/e,sdrc/i-deas等高端產品。主要被一些大中型企業所采用，但因其價格、系統開放性、軟件本地化特性和用戶素質要求等眾所周知的限制，多數企業并未使其發揮應有的作用。從企業應用的實際需求和市場分析來看，今后cad的用戶類型分布將發展為：

從事純二維繪圖和設計的約占25%，以適應上下游廠商對二維圖形數據的需要。

從事純三維設計的將小于25%,集中用于大型裝配設計和復雜工程分析。

既從事二維繪圖又從事三維設計的將大于50%,廣泛用于零部件及其一般裝配設計和分析。

目前國內外各大cad供應商也都看到了這一發展態勢，相繼推出pc平臺的二、三維一體化系統解決方案。由此可見，研究基于pc平臺的二、三維一體化cad系統軟件技術將具有廣闊的市場前景和現實意義。而根據三維cad的模型數據源自動產生二維圖紙信息是其中一個重要研究方向。本文對基于三維cad模型數據源自動生成二維圖紙和二、三維相互關聯等相關技術進行了深入的探討。并在國產二、三維一體化cad系統“金銀花2000”中予以實現。

2 二三維一體化系統簡介

當用戶使用二、三維一體化cad系統進行機械產品的設計時，首先在三維環境下開始設計工作，在“變量化的三維特征造型系統”的支持下，三維零件的設計變得即直觀又快捷。伴隨著零件的設計過程，三維統一模型數據源（在sdrc的i-deas系統中也稱之為“主模型”）也就同時生成。利用這一數據源可進行裝配件設計和許多后期試制工作，如進行干涉檢查、物性計算、機構分析、運動學和動力學分析、真實感顯示等等。當然，該數據源也是生成二維工程圖紙的唯一數據來源。三維統一模型數據源不僅包括模型的幾何和拓撲信息還包括特征、尺寸、公差、屬性、關系等信息。因此在生成圖紙時，不僅可以自動產生各種二維視圖等幾何數據，同時也可根據用戶需求生成各種標注和屬性數據。由于采用了統一模型數據源，為維護模型數據的一致性，三維模型的更改必須保證二維視圖和標注的更新，反之，對二維投影幾何和尺寸的改變也必須更新三維模型，即：實現二、三維聯動，這也正是二、三維一體化cad系統的本質所在。

3 二維圖紙自動生成

我們知道，一張傳統的二維圖紙上主要包括以下幾類信息：

點、線、圓、樣條曲線等各種幾何元素

尺寸、公差、粗糙度、基準符號、焊接符號、零件標號和文本注解等標注信息

標題欄、明細表、參數表等表格數據

其實，二維圖紙自動生成也主要集中在這幾方面。其中幾何元素是以視圖方式進行創建和管理的。因此，以下主要研究視圖、標注、屬性三個方面的自動生成技術。

3.1 視圖自動生成

3.1.1 視圖分類

當前國內外pc平臺二、三維一體化cad系統中一般將視圖分為如下幾類：基本視圖、向視圖、剖切視圖、截斷視圖、局部放大視圖等。

其中剖切視圖又可分為階梯剖、展開剖、旋轉剖（展開剖的一種特例），結果可為剖面圖和剖視圖。這種分類方法概念清晰，實現自動生成較為簡單，而且也能滿足大多數用戶的需要。但在實際工程表達中視圖是很復雜的，以上分類和生成方法并不能完全滿足用戶的需要。（如圖5中這些視圖我們在圖紙中經常可以遇到，但目前市面上的該類cad系統對自動生成它們大都無能為力，對這類視圖用戶往往不得不采用以前純二維系統的老方法--徒手繪制。本文提出“分割視圖”的概念并將視圖按圖1所示分類，通過分割視圖，用戶可以隨心所欲的創作出理想的視圖表達方式,包括由以上各種視圖組合而形成的組合剖切視圖和局部剖切視圖，半剖視圖等等復雜形式（詳細說明見后），從而徹底解決了二維視圖的自動生成問題。

3.1.2 視圖生成算法

二維視圖自動生成的基本原理是：三維實體在某一個觀察方向上經過消陰計算和投影變換后，轉換到二維視圖坐標中。觀察方向和視平面參數是由所要生成的目標視圖確定的。由于視圖種類繁多，因此自動生成算法也不盡相同，但基本流程是一樣的。如圖2所示：圖中矩形虛線框內為生成基本視圖和向視圖的原理圖也是其它各種視圖生成時必經的過程，右邊是產生剖切視圖的原理圖。以下分別進行說明：

(1) 基本視圖：是指那些不需要依賴于任何父視圖直接將三維實體在某一觀察方向上消陰并投影變換而成的視圖。例如：常見的主視圖、俯視圖、左視圖、右視圖、上視圖、下視圖以及軸測圖等。這些視圖均含有明確的投影方向信息。假設世界坐標系(oxyz)如右圖3所示：如果用戶希望沿x軸負向看去得到圖中長方體的主視圖，只要將矢量vec1（-1，0，0）作為主視圖的投影方向，yoz平面作為視平面，z軸作為向上up矢量就可得到理想的結果。(其中xoy為二維視圖坐標系)

當然，實際算法要復雜一些，因為三維消陰后，產生的是離散線段，必須先經過擬合處理（具體方法可參閱參考文獻[2]）才能投影；在投影構造視圖中的幾何元素時，必須同時考慮原三維對應幾何點、邊、面的屬性問題。比如：在二維線段中記錄對應三維邊、面的id號以便修改模型重建視圖幾何時能匹配相關的標注信息；記錄對應三維邊、面的可見屬性以確定是否用虛線表示物體的內部結構等。

(2) 剖切視圖：是指用一個或幾個相交平面（特殊情況下也可能是曲面）切開三維實體，然后在指定方向上投影并進行剖面填充所生成的視圖。這些相交平面（又稱剖切平面）可以由用戶在三維設計環境中創建，然后用來切分三維實體，這樣比較直觀。但在實際應用中，這種做法對用戶反而不太方便，因為用戶在進行二維設計時，更希望直接在圖紙上描述出剖切方式，由系統自動產生所要的剖切視圖。鑒于此，我們為用戶提供了直接在二維視圖內創建剖切線生成剖視圖的方法。剖切視圖創建流程見圖2。下面通過一個實例（見圖4）介紹剖切視圖生成的具體算法。假定用戶已用前述基本視圖創建方法在圖紙中生成了視圖view1,然后在view1中畫一條直線line1（也可以是多段直線和曲線的組合等）,欲用line1自動切開實體產生剖切視圖a-a，具體算法如下：

1） 得到view1的（視點eye,目標點target,up矢量）等投影參數；

2）計算實體從三維視平面投影變換到二維視圖view1所進行的投影變換（ctrans1）和視窗變換(ctrans2)，則三維到二維的總變換：

cmodeltoviewtrans = ctransf1 * ctransf2；

3） 由于二維視圖view1中剖切線a-a是由直線段line1構成，只要將line1從view1中變換到三維視平面即可。假設該變換為cviewtomodeltrans,顯然cviewtomodeltrans就是cmodeltoviewtrans 的逆變換，即有：

cviewtomodeltrans = cmodeltoviewtrans.inverse( );

4） 設line1變換到三維視平面后如圖示為line1，則有：

line1 = line1 * cviewtomodeltrans ;

5）同時將剖切線a-a的方向矢量vec1也變換到三維視平面即投影方向vec1；

6) 將直線邊line1沿圖中掃描方向vec2掃描形成一平面face1;

7) 用face1與原三維實體body1進行布爾運算，即用face1將body1剖切成上下兩部分;

8）根據vec1的方向決定保留下半部分實體body2，刪除另一部分;

9) 在剖切面（即圖中body2的上表面）內搜索出邊環并記錄；

10）根據用戶指定的視圖定位點和投影方向vec1等信息，創建新的剖切視圖view2;

11) 對body2在視線方向上消陰、擬合并投影到body2到視圖view2中，產生所有投影幾何，并根據三維邊屬性對投影幾何賦屬性值；

12）將剖面線邊環同時投影到視圖view2中并填充剖面線。

以上是產生普通剖切視圖的算法，對于復雜視圖還需要對算法做局部修改。對于裝配件在填充剖面線時還必須區分不同零件分別填充。

(3) 分割視圖：是指在基本視圖或剖切視圖的基礎上繼續剖分或切割而產生的視圖。由于所選父視圖的種類各異、分割線的構成和方向不同、以及生成過程中的不同選項的組合可產生各種復雜視圖，如：半剖視圖，局部剖切視圖，局部視圖等。

分割視圖的生成方法與剖切視圖基本一致，但是在上述算法的步驟7）處布爾運算得到的兩部分實體并不是簡單的按照8）的方式保留一部分刪除另一部分。根據選項對兩部分進行不同的處理（如：一部分直接投影，另一部分進行剖面填充）即可生成不同視圖種類，圖5是用此方法自動生成的幾種分割視圖的例子。

(4) 其它視圖：主要包括局部放大圖、截斷視圖等，這些視圖的生成方法與剖切視圖也很相似，差別也主要集中在剖切后對實體的處理方式不一樣，此不再贅述。

3.2 標注自動生成

用戶在設計三維零部件的同時一般也會添加尺寸、標注公差、粗糙度等，這些幾何參數和加工要求信息與幾何、拓撲信息同等重要。圖紙設計時用戶當然不愿意再去重復這些枯燥的操作，因此一個好的系統也應該提供自動生成標注的能力。

生成標注的基本思路可概括為：一一對應、投影賦值、符合國標。一一對應是指二維標注與三維標注應該是對應的；投影主要是指標注符號的幾何表示應該從三維中投影到二維視圖；賦值即將尺寸的數值，公差、粗糙度的大小、類型等不變數值直接傳給對應的二維標注。由于圖紙中的各種標注必須符合國標，因此投影賦值后系統還必須進行一些標準化處理和調整才能生成既與三維標注對應又符合國標的二維標注。

由于尺寸的數量一般相對較多，在投影和標準化處理后還要考慮綜合布局的問題，使得尺寸間盡量無重疊、無干涉、分布清晰合理。

3.3 屬性值的生成

屬性值主要指邊、面的唯一索引id號、邊是否為相切邊或陰影邊、特征是否已隱藏、裝配件中相同零件或標準件的個數、零件的材料加工要求等等參數。這些參數在投影生成視圖幾何的過程中賦值（在上面基本視圖部分已經提到）。雖然屬性值的生成方法比較簡單，而且對用戶來說一般也是透明的，但作為系統設計和開發人員如果能充分利用它們，就可大大提高圖紙生成和重建的準確率。有些數據對于自動填充明細表、生成bom報表以及標注零件標號也是非常重要的。

4 二、三維雙向關聯

由于二三維一體化cad系統采用了統一模型數據源，圖紙中的絕大多數信息都是根據三維模型自動生成的。因此二三維之間是一致的、相互關聯的。當任何一方模型改變時，系統將向另一方發送更新消息，然后自動同步更新（當然，用戶也可根據需要選擇放棄更新的操作）。對于設計人員來說，為了在設計后期細化、更正自己的設計意圖，或進行變異設計等，一般只需要在二維或三維環境下簡單的修改某些尺寸參數，系統就可以自動更新所有相關零部件或圖紙。盡管操作很簡單，但重新生成的算法實現是很復雜的。我們在系統中采用唯一id號的方式在重建過程中對幾何和標注等信息進行逐一匹配，實踐證明，效果相當理想。限于篇幅，其具體算法另文闡述。

5 結論

隨著pc機圖形圖象顯示和處理能力的增強以及cad軟件基礎技術的發展，基于pc平臺的二、三維一體化cad系統因其采用統一的數據模型、二、三維的相關聯動、友好的用戶界面和低廉的成本贏得了設計人員的普遍歡迎。工程圖紙的自動生成與傳統的二維繪圖系統相比可極大的減輕設計人員的負擔和提高產品的設計效率。本文對工程圖紙的自動生成這一技術進行了深入的探討，給出了一些具體算法，并在商品化cad系統中全部予以驗證和實現，對于開發此類cad系統有很好的指導意義。

參考文獻

1 范玉青、馮秀娟、周建華。cad軟件設計。北京航空航天大學出版社 1996.9

2 評測專家組。三維cad/cam軟件評測總結。計算機輔助設計與制造。1999(5)

三維數字城市范文第5篇

目前，在七里河區西湖街道社區，居民通過家里的“民情通”裝置，可以隨時呼叫轄區單位、派出所、物業公司、醫療機構、家政服務站、衛生服務站；撥打12456熱線，將會有專職業務人員從資料庫調取信息應答；轄區內任何背街小巷發生了緊急事故，工作人員可以當即通過“三維數字社區”系統應急處置。這是西湖街道社區歷時3年自主研發運行的“三維數字社區管理系統”。

據蘭州市數字城市建設辦公室主任鄭紀華介紹，“三維數字社區”服務管理系統于2010年8月在西湖街道社區試運行。目前，該系統將西湖街道轄區94個科級以上企事業單位、892家各類經濟組織、1210棟各類建筑物、9條主次干道、56條背街小巷、114個小區院落、1.8萬戶、71978名居民家庭和區域地貌，立體、直觀地搬上管理平臺，形成了一個完整真實的三維實景立體虛擬街區。管理人員在虛擬地圖上點擊轄區建筑，平臺上立刻彈出這棟樓的詳細信息：所屬社區、小區名稱、樓宇名稱、樓棟長姓名、治安負責人、樓層數、戶數、常住人口數以及流動人口數等。

所謂“三維數字社區”服務管理系統，主要是利用GPS全球定位系統、GIS地理信息技術、遙感控制、傳統拍照技術、“三維數字”仿真模擬及實景視頻技術，通過互聯網、移動網絡，基于數據庫資料共享，對轄區的治安狀況、城市管理、環境保護、突發性事件等進行全天候、多方位監控。規避基層管理中底數不清、數據不實、重復勞動、重復耗資、各部門工作相互分離、資源不能共享等問題，使街道社區日常服務管理工作更為智能快捷。

據了解，西湖街道社區在“三維數字社區”研發過程中，搭建成一套B/S架構（瀏覽器/服務器模式）的自有知識產權地圖平臺，集合三維地理信息平臺、人口和單位法人庫信息平臺、三維全景視頻監控平臺三大基礎平臺；依托全面互聯互通的政務網、互聯網、無線網，充分運用三維GIS地理信息技術、GPS衛星定位系統、無線傳輸、轄區實景視頻等多種先進的信息技術手段，構建起規劃、應急預警、地理信息標注、司法援助等14個相關的管理模塊，整合了公安、城管、交通、環保視頻監控“四網合一”的一體化管理系統。在社區服務管理領域實現了資源、渠道、模式的融合創新，滿足轄區建筑、道路、單位、人口信息服務管理等功能。使街道社區辦公室成為服務、管理、應急一體化社會服務管理中心。

這一發自基層，貼近民生的“三維數字社區”系統，在兩年多的運行測試中，對社區居民的生活產生了極大影響，有效地解決了軟件開發與實際應用相脫節等難題，實現了社區管理的信息化，使街道社區工作由管理型向服務型轉變。目前，蘭州市南山社區、蘭玻東社區、莊東西社區的“三維數字社區”已逐步建成。蘭州的“三維數字社區”的建設正從街道平臺向區平臺拓展。

“數字社區”的智慧轉型

據介紹數字社區，就是通過數字化信息將管理、服務的提供者與每個住戶實現有機連接的社區。隨著蘭州“智慧城市”建設的深入，將數字、網絡技術與可視化、遙感服務、分析管理相融合，成為更為智慧的發展方向。而與“智慧城市”建設密切相關的社交網絡、大數據處理、云平臺共享、物聯網應用等技術正成為“三維數字社區”發展的主要支撐。

以三維地圖為總依托，蘭州把社區工作的傳統按職能劃分的部門條塊分割的社會管理模式，轉變為跨部門一體化綜合管理和服務的模式，實現職能和資源整合，以及通過管理和職能下沉，在社會基層建立針對社會問題的統一協調管理和服務的信息化平臺。這是實現信息共享和集成管理的重要技術途徑。

而人口、建筑、司法、環衛、咨詢等數據庫構建，實現海量數據的快速、高效存取、運算和傳輸，也是支撐“三維數字社區”的建設關鍵。不斷更新的數據為社區服務、社會穩定風險評估、矛盾糾紛排查、分析對比研判、輿情收集檢測、管理決策提供分析論證的數據支撐。

“三維數字社區”與城市空間地理位置密切相關，需要全球定位系統為社區空間地理信息的定位與測量提供先進手段，需要三維可視地理信息將社區社區存在直觀呈現，需要通過遙感系統實現社區觀測。采用高新技術和方法來高效管理地下擔負信息、能源傳輸的各類專業管線，滿足決策、管理部門和施工單位的需要已成為當務之急。三維管線測繪也是“三維數字社區”服務管理平臺升級完善的新方向。

成熟的社區，通過不斷拓展的業務應用和服務，及其形成的技術產品成果的市場化推廣，將有效促進城市家政、汽修、餐飲等現代信息服務業的發展，這不僅對經濟發展形成直接的效益，也將直接對城市人員的就業結構和經濟收益產生改變和提升的影響。

鄭紀華同時在采訪中提到，“蘭州‘三維數字社區’成功的關鍵之處，也在于底層研發，西湖街道社區結合自身實際提出需求，開發符合自己需要的系統功能，并且在系統部署后，能將系統切實使用起來，并不斷更新。才使三維數字社會管理系統輔助政府決策、提升工作效率的優勢得到更好的顯現。”

正在推廣的“三維數字社會管理系統”

談到2013年的建設規劃，蘭州數字城市建設辦公室的負責人說，蘭州的智慧城市建設，選擇了一條在整合信息資源的基礎上自下而上逐步推廣的道路，“三維數字社區管理系統”的升級版本“三維數字社會管理系統”目前已進入整合測試階段，它將在城市全景漫游、衛星定位、實時治安防控、城市管理等方面有更大提升，預計將于今年下半年。