城市规划三维辅助决策系统关键技术研究

论文摘要

计算机软件和硬件技术的进步推动着三维技术的发展,作为“数字城市”核心技术之一的地理信息系统(Geographic Information Systems,GIS)也进入了“升维”的时代。三维GIS凭借其立体直观的视觉体验效果,与各类服务和应用结合,渗透到多个行业中,并发挥着越来越大的作用。城市规划三维辅助决策系统是指结合三维GIS,将城市规划从设计到审批的过程中产生的地理空间数据和规划数据进行综合集成管理,构建地形地貌和城市建筑模型的真实三维场景,以直观展示规划方案,并通过三维空间分析方法辅助规划管理人员对各种规划设计方案进行审批,为科学规划和成本节约提供依据。当前三维GIS在城市规划辅助决策中的应用主要解决以下几方面的需求:一是对规划过程中的海量三维模型数据、遥感影像数据、地形数据和规划业务数据等进行统一的管理与显示。二是在集成了这些多源异构数据的三维场景中,利用GIS的空间分析能力计算相关指标,如可视范围、日照时长、建筑立面颜色比例等,以提供城市规划相关业务的辅助决策支持。本文首先介绍了国内外关于海量三维数据加载以及三维空间分析方法的研究现状,并对国内外主流的三维GIS软件平台的特点进行总结。针对三维城市模型制约渲染显示效率的瓶颈所在,探索海量三维城市模型可视化的关键技术,并对一些特定的辅助决策空间分析功能进行优化改进和实现。论文主要研究了两部分内容:三维城市模型数据组织和调度以及面向城市规划的三维空间分析算法。对于大数据量的三维城市模型渲染效率低的问题,采用基于二次误差度量的边折叠算法对模型数据进行简化,并根据不同的简化级别构建细节层次模型(Levels of Detail,LOD),通过分页数据库技术预读LOD(PageLOD)实现内存动态调度,实现了大数据量的三维城市模型流畅显示。在三维空间分析算法方面,主要对视域分析、日照分析和天际线分析等在真三维场景中的计算和显示进行了研究。最后,基于关键技术对城市规划三维辅助决策系统进行设计并实现。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 三维城市模型数据组织和调度研究现状

1.2.2 面向城市规划辅助决策的空间分析研究现状

1.2.3 三维城市规划平台研究现状

1.3 研究目标与研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 论文组织结构

2 三维城市模型数据组织和调度关键技术

2.1 三维城市模型数据结构

2.1.1 模型构建流程

2.1.2 模型文件组织方式

2.2 三维城市模型简化方法

2.2.1 二次误差度量的半边折叠简化算法

2.2.2 多级纹理压缩算法

2.2.3 试验结果

2.3 三维场景调度方法

2.3.1 基于简化算法的三维城市模型LOD构建

2.3.2 基于八叉树的分页调度方法

2.3.3 试验结果

2.4 本章小结

3 城市规划三维辅助决策空间分析方法

3.1 可视域分析方法

3.1.1 基于ShadowMap的可视域分析方法

3.1.2 改进精度的可视域分析方法

3.1.3 试验结果

3.2 日照分析方法

3.2.1 日照分析的原理

3.2.2 基于光线跟踪的日照量计算方法

3.2.3 试验结果

3.3 天际线分析方法

3.3.1 基于并行视线跟踪求交算法的天际线快速提取

3.3.2 基于GPU渲染管线模板测试的天际线动态渲染

3.3.3 试验结果

3.4 本章小结

4 城市规划三维辅助决策系统设计与实现

4.1 系统设计

4.1.1 系统总体结构设计

4.1.2 系统功能模块设计

4.1.3 开发环境

4.2 系统主要功能实现

4.2.1 系统主界面

4.2.2 坡向分析

4.2.3 坡度分析

4.2.4 叠置分析

4.2.5 淹没分析

4.2.6 剖面分析

4.2.7 控高分析

4.2.8 挖填方分析

4.2.9 红线退让分析

4.2.10 通视分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谭均铭

导师: 付仲良

关键词: 三维,城市规划,三维模型简化,动态调度,三维空间分析

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程,计算机软件及计算机应用

单位: 武汉大学

分类号: P208;TU984.1

总页数: 71

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