1.1研究目的和意义

1.1.1城市三维建模的目的

随着科技的不断发展，虚拟城市等领域在世界各国的迅速发展，城市的信息化成为了必然的趋势，数字立体城市成为了城市规划跟社会管理中的重要手段和城市信息化建设的最终目的，运用立体世界的真实感表达地理信息系统，从而满足“数字城市”高速发展的时代要求，高效的表达各种各类的城市景观信息。最重中之重的是建立计算机系统中的立体城市建模。各种视觉上的逼真城市场景信息是3D城市的高效运用，通过运用此项技术以“我”的视角观察实际的城市场景。便于容易的修改和查询的立体城市模型信息的方式是每个模型存在的的重中之重，由于3DGIS技术的发展趋势，地理信息技术系统的核心是立体景观模型的重建。在数以千计的数据面前，传统的立体建模方式已经表现出巨大的缺点和弊端：建模时间长、经济效益低以及可视化效果差的问题，已经无法满足现实的需要。探讨如何正确的选择一款立体建模和城市建模可视化的软件，是在计算机技术，地理信息技术系统，以及虚拟现实技术的发展前提下。我们探讨的重中之重是如何选择一款优秀的立体建模与可视化效果优良的软件。事实上，立体城市模型的重建并不只是应用于三维景观的显示或者是立体景观建立的可视化系统，而是应该运用于推陈出新的新型技术层面。因此，对于上述问题，本次课题的目的就是结合现状对城市三维建模方案技术设计进行深入的研究。

1.1.2城市三维建模的意义

“数字城市”（英文：digitalcity）以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用RS、GPS、GIS、VR等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现^[1]。数字城市，即利用空间信息来构建一个虚拟的平台，其中包括城市的社会资源、自然资源、基础设施、人文和经济等相关的城市的信息，以数字的形式获取信息并且对其加载，继而方便的为政府和社会各界提供广泛的服务。在国内，近年来，“数字城市”的建设，已经成为了一种势不可挡的趋势。在国内，很多的城市早已开始推广数字城市，并且将数字城市纳入了统筹规划的战略新高度。

数字城市能对城市信息，进行综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展^[2]。随着社会生活，经济文化，科学教育，新型教育等的各项方面的发展。数字城市能够让人们快速的寻找任何一个地区，得到相关的数字信息，帮助人们发现城村之间的区别，在全球范围内所有能影响人们在社会实践，经济生活，和自然环境中的各项问题，在运用数字城市的过程内，首先考虑自然地理内的环境保护，自然灾害，还有地质文化资源的保护，其次，在社会发展中，经济生活的可持续发展，最后，为了提高人类生活质量的问题努力。

随着城市发展的加快，社会生活的发展，城市规模扩大的快速发展，传统城市的急速发展，导致城市的管理开始变革，然而，因为数字技术，网络信息技术，空间以及虚拟城市技术的发展，数字地球和数字城市开始变得成熟起来。城市管理的规模开始变得成熟起来。立体数字城市已经是一个地区或者城市中的重中之重。随着城市的告诉发展，支持城市规划、管理与运用的是新型数字城市技术。传统的平面电子地图已经满足不了人们对地理认识的需要了，拥有巨大的局限性，对实施城市规划与管理产生了巨大的困扰。立体数字城市运用立体地理信息技术以及可视化的信息技术进行城市建设发展，以立体城市空间数据为主体，收集调整城市规划和建设信息，面向政府，城市规划管理，城市建设等组成一个综合的管理应用平台，为了城市规划，社会发展建设与社会服务的可持续发展提供稳定的支撑和良好的保障。目的为了用最低的经济成本，高效的城市建设效率，完成快速的城市立体建模，为了不同人民用户的各样需求，高效快速达成城市管理的可视化。

1.2国内外研究现状

进入世纪90年代，数字城市因为其新型的概念和创新的意识，在世界范围内开始逐渐流行，相关的技术在学术界广为流传，并成为热点话题。从网络和计算上我们可以查阅相关的资料和了解相关的内涵，知道这种技术的诞生被应用于诸多领域。在一些的发达国家，例如美国、德国、英国等在地理信息系统领先的技术强国，在近些年已经开始研究并数字城市这项技术，在其国家的很多项目上被应用。智慧城市这一概念的提出，在GIS领域引起了轩然大波，一些国家发现能够带来诸多的便利，并开始融入其中。例如，芬兰计算机工程师林都立试图应用信息技术展现生活和城市的新未来，在网络上复制真实世界的赫尔辛基市，成为世界上第一个虚拟城市^[3]。德国的Rostock大学、Stuttgart大学等研究机构目前正联合研究三维GIS在数字城市模型中的应用，对一些城市进行的空间对象进行了分类和表示，研究，建立了数字城市模拟系统^[4]。欧美的一些国家，对于其国家小范围内的市区进行试验，建设市区内的未来新发展和智能化的生活，成为最先开始这项技术的实验国家，引领着这项技术的不断进步；日本在数字城市建设的发展中也毫不逊色，政府大力发展致力于，为普通民众提供更便捷的生活方式；新加坡的小岛众多，为了方便岛屿之间的智能设施的连接，网络通信更加完善和快速，政府将非常多的家庭网络专线全部统一为综合的用户平台，这样就能使居民上网冲浪、商场购物、去公园、郊游提供了极大的方便。英国的部分大学也不甘落后，研究三维GIS在数字城市模型中的应用，在英国的威尔士市等少数的城市，对空间对象进行分类和分析空间实体，利用相应相应的模型建立，实现数字城市的建设。计算机技术的发展带动着地理信息系统的进步，信息是数据的表现形式，信息承载着数据，可以说信息是GIS的灵魂。

城市的信息建设，主要经历了4个过程，网络基础设施的建设,政府和企业内部信息系统建设,政府企业上下游相互之间借助互联网实现互联互通,数字城市综合集成与建设形成数字城市^[5]。发达国家已经对1到3阶段的工作基本完成，现在最重要的工作是：这些阶段所取得的研究成果要持续的进行改进和提高，用以完成数字城市的最终工作。

我们国家的GIS相对国外引进的较晚，那么对于这一新型的数字城市概念引入的更是很晚，4个阶段同时进行起步，我国在基础设施的建设中，进步速度较慢，所以数字城市的发展从引入到现在一直处于基础状态，相比国外还有一定的差距。从大体上来看，西方的一些国家对于数字城市的建设工作已经应用到实际，并取得了很好的效果，例如在商业、政府机关和学校等领域，我国的数字城市工作还处于较低的状态，这也将成为我国GIS所要努力研究的重点方向。

自从2006年我国正式提出数字城市空间框架这一概念，到目前为止，我国在一线城市和二线城市已经全部开始将建设数字城市的工作提高政府的日常历程，并且在300多个县级也已经开始投入使用。涉及国土、规划、公安、环保、交通、卫生、旅游等众多领域，对于社会的发展和进步起到了很大的帮助。值得一提的是，我国政府对数字城市的工作很重视，在2015年地级市数字城市地理空间框架建设将全面完成。在2014年，国家制定了智慧城市云平台的试点工作，去得了一定的成效，有了以前数字城市的理论和经验支持，能够让普通的民众也参与市政的管理，为我们的生活添加了靓丽的色彩。

数字城市进入中国市场时间不是很长，虽然各项技术不是很成熟，但是发展的蒸蒸日上，相比刚引入的时候有了极大的进步。在政府的大力号召下，各个城市对此表现出极大的热情，努力为人民群众的带来更智能化的生活，在一些大城市提出自己的口号，如北京信息港、智能济南，并且为此制定了可行性的计划和方案，各大城市争相发展，犹如春秋战国的百家争鸣，数字北京是为了我国首都走向信息化强国而制定的计划，利用最新的技术手段把相关的信息进行收集，把北京打造成信息化和智能化的大都市，以此来提高人民的生活质量^[6]

而如何快速有效地建立数字城市取决于数据采集跟三维建模的技术水平，近年来国际地理信息领域将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，发展了一种称为机载多角度倾斜摄影的高新技术，简称倾斜摄影技术^[7]。倾斜摄因测量是近几年从航空摄影中脱颖而出，利用一个飞行平台带有的多种遥感传送装置，从不同的角度拍摄地表地物，这项技术的出现解决了以前传感器的弊端，计算工作内外方位元素更加便利，地表地物能够以更清晰的影像呈现。对于矢量数据和DEM数据整理和融合，进而完成三维测量的工作。被使用在城市规划、交通建设、国土资源等相关领域。由于我国的倾斜摄影测量也是刚刚从国外引入，有关的各项技术还不是很成熟，需要进一步的实践和理论应用。同时，各机构对该项技术也进行了积极地探索与研究，并取得了一定成果^[8]。

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