传统规划的三维延续——规划方案的三维可视化分析

李力;詹庆民

【摘 要】Considering the results of the traditional urban planning and design are often conducted in two-dimensional plan, which cannot be fully perceived in real 3D space, this paper combines SketchUp that has 3D modeling capability and ArcGIS that has advantages on analysis and query of 3D scenes together with a case of residential area planning. It begins with initial 2D planning based on SketchUp and turns the 2D environment and surface features to 3D and finally uses ArcScene module of ArcGIS to browse.inquire and analyze in a 3D environment which provides an effectivemeans for the modification and optimization of a planning and design project. This method has certain inspiration effect on 3D model analysis for real estate development .houses market even a wide range of urban planning and design applications.%基于传统的城市规划设计的规划成果多局限于二维的平面图,人们不能充分地感知真实的三维空间的事实,该文从一个居住区规划的案例出发,结合具有三维建模优势的设计软件SketchUp和具有强大数据查询分析能力的地理信息系统软件ArcGIS,从最初的二维平面规划图开始,利用SketchUp将二维的环境和地物三维化,最后利用ArcGIS的模块ArcScene建立浏览查询分析三维的虚拟环境,为规划设计方案的调整优化提供了有效的手段.该方法对小范围的房地产开发、楼盘销售乃至大范围的城市规划设计的三维建模分析均有借鉴价值.

【期刊名称】《华中建筑》

【年(卷),期】2011(029)012 【总页数】3页(P107-109)

【关键词】居住区规划;ArcGIS;SketchUp;三维建模分析 【作 者】李力;詹庆民

【作者单位】武汉大学城市设计学院430072;武汉大学城市设计学院430072 【正文语种】中 文 【中图分类】TU205

传统的城市规划设计得出的最终成果往往是二维平面图形以及固定视角的立体效果图，人们无法获得在空间中的真实感受,规划设计方案的科学性与合理性也因此难以得到保证，其中最典型的例子就是许多在二维平面上看似优秀的的规划设计方案在具体的实施过程中出现了许多视线遮挡、天际线凌乱等三维空间尺度上混乱不堪的现象。大量的研究实践表明，建立三维GIS 模型代替传统的平面图纸、立体效果图，可以从空间的角度分析和显示设计场景，从而帮助人们更加准确真实地认识和感受客观世界，并实现灵活的交互式操作，相对于传统的规划表现方法，三维GIS系统在具体规划方案中的比较、调整及微观视角观察等方面具有明显的优势。 相对于城市规划师和设计师，传统的三维GIS模型的构建方法操作过于复杂，效率不高，难以模拟城市中复杂的物体，并且会因为数据量过大而造成系统速度缓慢。这些都与城市规划设计简洁高效、直接面向规划设计过程的需求相悖，严重影响了三维GIS模型在城市规划设计领域的应用与发展。因此基于软件简洁高效，直接面向设计过程等方面的考虑， Google公司的SketchUp软件是一个不错的选择。因为SketchUp是针对设计过程而研发的专业设计软件，无论是从大的建筑物入

手逐步细化，还是有了细部的想法再逐步扩展成整体，或者是有了草图平面用计算机验证自己的想法，SketchUp都能帮助用户在简单的操作中直接得到令人满意的过程和结果。相比于其他的建模工具，SketchUp是一款易学易用的三维建模软件，软件界面简洁高效，其直接面向设计过程的特点奠定了在建模过程中的优势。简言之，SketchUp直接面向设计过程的特点使其成为了实现快速简易精准建模和使用方便的新型建模软件。

本研究以城市某一地块居住区的规划设计方案为例，利用Google SketchUp建模方法分别对地物进行组件化，化建模，然后将模型分类导出为Multipatch格式文件，利用ArcScene加载Multipatch三维模型数据，构建逼真的居住区三维GIS模型，其技术路线图如图1所示。 （1）CAD数据的预处理

在将CAD数据导入到SketchUp前，需要对原来的CAD数据进行一系列的处理。因为CAD绘图精度问题以及导入过程中产生的误差，导入的CAD平面图部分区域无法形成封闭的面，即不能构成面域。然而面域是SketchUp构建三维模型的基础，为了解决此问题，可行的方法利用ArcGIS直接加载CAD文件中Polyline要素，将DWG格式的文件转换为Feature Class，并在ArcCatalog中建立拓扑关系进行数据质量检查，同时利用编辑工具手动修正几何差错，重建拓扑关系，然后利用修正后的线要素生成封闭的多边形，最后利用SketchUp6 ESRI 插件工具，将其导出为SketchUp 格式，最终结果如图2所示。 （2）纹理贴图的制作

为了使 Google SketchUp 中的建筑物更具真实感，需要使用数码相机拍摄建筑物来获取其整体外观。通过相片，可以获取纹理信息以及建筑物的层数。拍摄时均有一定倾斜角，相片必须采用相应的图形编辑软件如Photoshop进行处理。具体的处理过程为：从实地拍摄的数码相片中选取合适角度的照片在Photoshop中进行

拉伸扭曲得到所需贴图单元，并且无缝地合成建筑一个面的完整贴图，最后保存为jpg格式，最终结果如图3所示。 （1）三维地形建模

要实现三维景观的比较逼真的模拟再现，对于起伏大的地区，地形的三维构建十分重要。关于地形的构建主要有两种方法，一种是在ArcGIS中直接利用高程点数据生成不规则三角网（TIN），另一种就是利用SketcUp中的扩展工具栏——沙盒（SandBox）能实现创建类似TIN（不规则三角网）的地形。相比于第二种方法，第一种方法建立起来三维模型比较精确，本研究采用的也是这种方法，经过边线柔化和赋予材质的最终结果如图4所示。 （2）地物建模

对于居住区内的建筑群进行三维建模时，需要对不同类型的建筑物按照不同的建模要求分别进行建模，这样处理不仅会提高建模的效率，而且能够减少数据量，有利于三维场景的显示和漫游。

对于普通建筑的建模，只需按照建筑的高度进行拉伸处理，得到建筑物体块，并辅以简单统一的纹理。对于相同或类似的建筑体，可以进行复制，提高建模的效率。居住区内的住宅建筑一般采用这种建模方式，最终结果如图5所示。

对于一些复杂的建筑，如果采用自动拉伸的方法建模会使建筑物产生严重变形失真。因而对于这类建筑都需要进行单独的建模，并赋以精细的材质，最后调整好这些模型位置，从而完成复杂建筑的建模。居住区内的复杂的公共建筑一般采用这种建模方式，最终结果如图6。

对整个居住区起着点缀作用的环境景观不仅使居住区变得美丽，而且会让在漫游中的景物具有强烈的层次感和真实感，对于增强居住区的真实性有着不可替代的作用，因而居住区的环境景观建模的质量对最终的三维浏览和分析的影响至关重要。对于居住区环境的建模，主要有两种方式：一种是对于标志性的雕塑以及居住区入口景

观等以类似建筑物的方式对其进行建模（图7）；另一种是对于树木和围栏、围栏等建筑小品可以直接调用SketcUp模型库中已有的内容丰富的2D、3D配景，或者对这些调入的配景进行修改以达到特定的要求。对于居住区内的道路和绿地的处理，可以相对灵活，可以采用真实纹理的方式，也可以用单一颜色表示，也可以使用SketcUp中的推拉工具产生一定的立体效果。

最后将所有的场景和模型进行归并，得到完整的居住区三维模型，其最终效果如图8所示。 （3）模型的导出

关于模型的导出有两种常见的方法。一种是利用SketchUp6 ESRI插件导出Multipatch格式的模型文件。这种方法的具体步骤为：选择需要导出的几何体，选择File> Export > 3D Model导出模型，在导出的文件格式中选择ESRI Multipatch (*.mdb)，或者选择新建一个geodatabase，点击Export，然后会弹出一个对话框\"Select Target Feature Class\"，点击Add Fields可以给要素类增加字段，在ArcScene中直接加载导出的模型文件即可；另外一种方法直接导出诸如3ds、COLLADA等ArcGIS支持的三维模型文件格式，在ArcScene利用ArcToolbox下的Import 3D Model工具导入即可。模型的导出导入选项如图9所示。

最后，我们可以在ArcScene中浏览导出的居住区三维模型，并且可以在属性表里添加相应的字段并输入有关的信息（图10），还可以利用ArcGIS强大的空间分析能力进行更深入的分析，从而辅助完成不同的规划任务。比如空间数据分析(测量)功能可以实现任意两点空间距离的量算，可以测量道路宽度、楼间距离、居住区面积等；可视性分析可以计算空间中的两个点是否可见；视觉景观分析可以计算某个点的视域范围；地形剖面分析可以查看某区域的高程、坐标、坡度等，能够直观地了解该点与周围地形的关系；光照分析可以看到建筑物建成后的日照效果，同

时也可以根据光照分析的结果来确定建筑物的高度及密度；缓冲区分析可以辅助拆迁规划、道路规划等。

本文以一居住区规划设计为例，利用在建模方面有很多优势的SketchUp软件，通过将传统的二维的平面规划图进行三维可视化，实现了对小区内各种建筑的空间形态、建筑形式、沿街立面、环境景观、建筑色彩等多方面的浏览及视觉分析，为规划设计方案的调整优化提供了有效的手段。该方法对房地产开发、楼盘销售等范围较小的三维建模有一定的参考价值，同时对城市规划设计的不同阶段的三维建模分析也有一定的启发作用。但由于本研究区域比较小，有关数据量的问题还不是很突出。而在日后的城市规划中，无论是地形模型数据量还是环境景观模型数据量都将会是海量的，因此如何在保证三维模型质量的前提下进行模型优化，减少数据量，更好地为城市规划设计服务将成为今后研究的一个方向。 资料来源：

图1是文章的技术路线图，属于作者原创；其余图片均源于作者的个人制作。

【相关文献】

1 唐桢. 辅助城市规划设计的三维GIS的研究与实现——以“广州东部汽车产业基地”为例.广州：中山大学，2010.

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3 郭庆山，殷鹏莲，于楷.Google SketchUp在GIS三维可视化中的研究.CAD/CAM与制造业信息化,2010(4):17-19.

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