三维城市建模中的活动特征

随着3D模型成为世界各地城市常见的地理空间数据资产，最近一项研究回顾了芬兰主要的3D城市建模活动，3D城市模型可用于规划、可视化和决策等任务。三维城市建模领域是多样化的，有多种技术解决方案。甚至连3D城市模型的定义都还不明确。然而，令人惊讶的是，很少有研究将重点放在回顾现有活动和构建大图景上。这篇文章介绍了来自芬兰的研究的一些关键发现。

3D城市模型可以被视为智慧城市范式的推动者，作为现代城市环境的用户界面，并作为合作和服务的平台。因此，期望城市模型和承载它们的信息系统具有高度的互操作性。此外，3D城市模型有望支持多种应用程序。这仍然是一项具有挑战性的任务，仍然受到许多问题的阻碍，如建模中的歧义和差异、视角的差异、缺少指导方针、数据转换和地理参考方面的挑战以及数据质量问题。

数据集成的探索

数据集成是城市建模中的固有组件。3D城市模型通常通过3D重建和数据集成构建，通过使用GIS数据（如构建脚印和ID）合并摄影测量或激光扫描数据。此外，使用高度详细的构建信息模型（BIM）作为各种数据的来源仍然是一个重要的发展主题。另一个发展方向是将时间序列和传感器数据集成到城市模型中的对象。不是作为环境的静态表征，将Live数据包含在城市模型中越来越动态的人工制品，并朝着城市的“数字双胞胎”的概念。

拓展应用领域

随着技术的发展，城市三维模型的应用空间不断扩大。除了城市规划和分区的“传统”使用案例，3D城市模型有望促进能源分析、详细的建筑可视化、交互式和沉浸式应用程序开发，以及参与式GIS。所有这些都对3D城市模型的平台提出了挑战性的要求。

3D城市模型应用程序所使用的不同平台的数量使得3D城市模型的讨论更加复杂。除了专业的GIS/CAD工具外，3D城市模型还用于游戏引擎和各种基于web的3D查看器，如虚拟地球仪。

回顾芬兰主要的三维城市建模项目

在最近的一项研究中，作者仔细研究了芬兰六大城市的3D城市建模项目，使用城市维护的项目描述来获取当前活动的概述。为了支持进一步的理解，所学习城市的当地城市代表接受了采访。表1中提出了分析的项目的摘要。

多余的平台

首先，所研究的三维城市模型利用了多种平台。在19个研究项目中，总共发现了13个不同的平台来承载模型。其中包括GIS/CAD软件(如Trimble Locus和Bentley Microstation)，虚拟地球仪(如Cesium, CityPlanner, Sova3D, MAPGETS)和游戏引擎(如Unity, Unreal Engine)。芬兰应用的一些软件解决方案或多或少是独特的，并没有在全球范围内广泛采用。

其次，作者指出，在每个被研究的城市中，三维城市模型的维护和维护都与法定的基础制图过程相联系，而这一过程严重依赖于所选的GIS/CAD软件。在许多情况下，城市自身维护的3D模型数据被用作虚拟全球和基于3D游戏引擎的项目的输入或参考数据，这些项目专注于针对更广泛受众的特定应用程序。

数据质量和可访问性

研究的3D城市建模项目包含了各种不同层次的细节，从简单的块体模型到高度逼真的模型，包括非常详细的立面模型。只有不到一半的模型按照计划使用了BIM或建筑平面图等信息。超过一半的城市模型覆盖了整个城市区域。

除了数据质量之外，Accessibility除了在3D城市建模中起着重要作用，特别是当模型被用作开发新应用程序的基础时。可以通过基于Web的查看器自由地查看学习城市模型的几乎三分之二。这是通过单独的查看器实用程序实现的，或者在虚拟地球的情况下，平台本身本身。通过互联网下载，研究了一半以上的城市模型。但是，这些城市都没有提供任何原始的原始数据，如激光乐节云。这种阻碍可能性要自由编辑模型或运行其他分析。

一般模型的理想

生产和维护3D城市模型需要若干技术解决方案和利益相关者的相互作用，两者都因项目而异。许多研究的案例可能仅在有限的区域中仅服务数量有限的目的或飞行员3D建模。然而，面试表明，这不是城市的原始意图。相反，共同的愿景接近3D城市模型作为一般平台的广告，包括重新使用收集的数据和模型的能力。

此外，3D模型获得的可视化程度增加的现实主义程度被视为提高不同利益相关者之间的互动和信任的关键因素。这包括证明影响的概念以及包括共同设计和决策过程的所有相关利益攸关方。

城市组织内外的利益相关者是一个异质性的用户群体，他们对三维城市建模有着不同的需求、期望和观点。城市被访者说，没有最新的指导方针和政策，或者没有遵守现有的指导方针。含糊不清的术语、缺乏协调和领导能力，以及对标准的缓慢适应，常常妨碍了沟通和协作。此外，据说由于缺乏专门知识，无法认识到三维城市建模的需要，因此无法确定建模项目的要求。

理解大局

通过研究三维城市建模项目和文献的特点，可以识别出三维城市建模场景中三个部分重叠的操作文化:三维GIS、BIM和计算机图形学。每种运营文化(图2)对3D城市建模都有独特的视角，它们通常会导致不同的实现(表2)。

在3D GIS类别中，建模项目通常有很大的区域覆盖，但在3D重建中细节水平有限。此外，语义数据的作用和与现有城市GIS数据的联系被强调，而不是单纯的几何重建。大多数应用集中在专业用途，如城市规划，制图和各种地理空间分析。BIM类项目专注于将单个建筑的规划数据整合到有限区域的模型中。可以理解，模型转换和室内设计等方面都很明显。这一类的典型应用包括城市规划、建筑许可流程和建筑可视化。计算机图形类的项目是基于游戏引擎，通过先进的实时渲染提供最高水平的真实感。与此同时，模型通常局限于局部坐标系统，很少使用语义信息。此外，基于3D游戏引擎的模型明确强调游戏般的互动和沉浸感，其目标是吸引用户在模型中合作和探索，甚至是在行人水平上。

在大局中，3D城市建模被揭示为一个多样化和多学科的领域，稳步增加了兴趣和需求。它通常伴随着高度互操作性和平台状特征的愿景。但是，在更接近地审查建模活动时，它们会出现碎片，并且无法达到广泛的适用性。

这在某种程度上是由形势的复杂性所解释的。建模项目由来自不同领域的人执行，使用不同的工具，以不同的结果为目标。此外，3D城市模型的未来用途很难预测——这不仅是因为用户群体具有不同水平和不同类型的专业知识。因此，寻求一个单一的、完全协调的3D城市模型变得非常困难和费力。改善这三种运营文化中人员和技术之间的相互作用和交流，是促进互操作性和创建灵活的、需求驱动的未来3D城市模型的关键因素。

进一步阅读

Julin, A.， Jaalama, K.， Virtanen, J. P.， Pouke, M.， Ylipulli, J.， J.， Vaaja, M.， Hyyppä， J.， & Hyyppä， H.(2018)。特征三维城市建模项目:走向一个协调的互操作系统。国际地理信息杂志，7（2），55。https://doi.org/10.3390/ijgi7020055.