CityEngine在三维城市建设中的应用

CityEngine在三维城市建设中的应用
摘要CityEngine做为一种批量生成城市的软件在三维城市的建设方面有很大的优势，本文在某校区三维建设的基础上，主要介绍CityEngine的工作机制、工作流程以及CGA规则建模。

关键词三维城市；CityEngine；CGA规则建模
0 引言
随着社会对城市信息化测绘体系的需求、数字城市建设的兴起，三维城市的建设成为不可缺少的部分。

三维城市对城市空间信息的良好表达和便捷管理，使得三维城市获得了广泛的应用。

1 CityEngine简介
CityEngine是Procedural公司的用于快速生产三维城市的软件，其设计者是瑞士苏黎世工学院的Pascal Mueller，设计之初是基于城市建筑的一种程序化建模技术，其后曾被用来作为生成大型城市场景的辅助软件。

1.1 CityEngine的产品架构及特性
CityEngine2012作为ArcGis10.1的插件被提供，也可以作为单独的软件使用。

CityEngine2012提供了Web Scene viewer的发布浏览功能，也可以发布到ArcGIS Online。

CityEngine以工程来组织项目，工程中包含了所有的相关资源，包括CGA 规则文件、场景、纹理、模型、数据、及其他相关设置。

CityEngine以图层来组织管理GIS数据，主要包括地形图层、纹理图层、地图图层等。

在CGA规则文件生成方面，CityEngine提供了可视化的CGA建模编辑器、CGA脚本编辑器、交互式CGA生成工具三种方式，使得CGA的生产手段更多，更为灵活便捷；在三维模型创建方面，提供了交互式3D建模，能够直接手工建模，能够对模型和纹理进行细化调整，是一种类似于SketchUP的十分简洁的建模方式；在三维模型的交互式编辑方面，提供了可视化的参数接口设置，用户可以通过修改参数控制大多数模型的属性。

CityEngine支持ArcGIS所有的地理投影，支持Esri Shapfile 、File Geodatabase、KML、Tin 、multipath等GIS数据以及众多行业标准的3D格式。

1.2 CGA规则建模语言
CGA规则是一种语义建模的语言，是CityEngine建模的核心部分。

CGA主要通过描述建筑的布局，并对设定的布局不断的进行迭代描述，使得建筑物得以建立，并且不断精细化。

CGA语言可以直接驱动GIS空间数据以及属性数据，
通过对要素设置Lot等规则起始点，同时引用属性数据，便利的驱动二维GIS数据生成三维模型。

2 方案设计及数据处理
2.1概述
本文涉及的工作是对某校区及周边2km2范围的三维数据进行更新，更新的内容主要包括：地形、影像、道路、道路附属、河流及水系、树及植被、建筑模型、特殊模型。

目前已有的数据为：1m的正射影像DOM、5m数字高程模型DEM，坐标系统为WGS1984坐标系统，GeoTIFF格式。

最终成果为Web Scene viewer发布成果和File GDB成果。

2.2影像及地形的数据处理
首先将DEM内插生成1m的DEM。

然后将DOM、DEM裁切成大小一样的区块，考虑CityEngine支持的最大范围以及机器性能实际工作裁切为3650*3800。

由于在CityEngine中导入影像时默认取左上角坐标的话会使数据偏移半个像素，所以需要获取每块影像的中心点坐标，在导入影像时以设置中心点坐标的方式导入。

2.3道路的采集处理
道路在DOM影像上采集中心线，同时输入属性数据，然后转为三维线数据。

道路的属性应包括：宽度、等级、左便道宽度、右便道宽度，车道数、单双向。

道路数据导入系统后结合地形进行贴地和整平的工作，然后利用属性数据及CGA制作出道路的总体模型。

其后导出道路模型为3ds格式，在3DSmax中进行贴图，最后再导入到CityEngine中参照地形及影像做进一步的修改。

2.4树及植被的采集处理
树的点位及植被的轮廓线在DOM影像上采集点数据和面数据，然后转为三维数据，树的属性应包括树的类型。

只有点位的树如行树、独立数等可以通过CGA直接生成；面状植被可以参照影像及外业照片在CiytEngine中利用交互式工具制作。

2.5 河流及水系的采集处理
河流及水系的轮廓线在DOM影像上采集面数据，然后结合DEM转为三维面数据。

其后导入到CityEngine中对地形进行整平，然后赋予纹理形成河流的三维数据。

2.6特殊模型的采集处理
一些特殊结构的建筑物、构筑物及可重复利用的建筑物附件采用特殊建模的方式来制作，特殊模型在3DSmax下建立。

特殊模型的基底轮廓线在DOM影像上采集，屋顶应反映屋顶结构。

道路附属设施虽然在CityEngine中可以由CGA 规则文件自动生成，但是制作成与实际情况相符合的话需要做大量的工作，所以将道路附属设施作为特殊模型制作。

对于可重复利用的建筑物附件如窗户、门、屋顶、屋檐等在3DSmax下制作，并导出成OBJ格式，以提供CGA制作建筑模型时使用。

对于古代建筑、雕塑等其他物体，根据实地拍摄照片，保证建筑的基本外形结构在3DSmax下进行建模。

2.7建筑模型的采集处理
根据测区情况及CityEngine的建模特点，目前将建筑物的模型分为三类：精细模型、标准模型、简易模型。

精细模型的基底轮廓线采用数字摄影测量方法制作，同时输入高度、楼层数等属性。

精细模型应精确反映建筑的立面、屋顶结构形式及附属设备等细节；精细模型的立面及附属设备应用模型来表示。

对校区主楼及重要的标志性建筑，要采取精细建模的方法，以尽可能保证模型的精细程度，提高模型的美观程度。

标准模型的基底轮廓线采用数字摄影测量方法制作，同时输入高度、楼层数等属性。

标准模型应反映建筑的立面、屋顶结构形式及附属设备等细节；标准模型的立面及附属设备只需要表现凹凸及纹理；对于校区及周边小区中大量风格一致的建筑，可采取标准建模方法。

简易模型的基底轮廓线采用数字摄影测量方法制作，同时输入高度属性。

简易模型只需要模型的整体结构及纹理。

对于独立小房等建筑物采用简易建模方法。

3结论
本次工作探讨了三维城市建模的一个新途径，CityEngine对GIS数据的支持、处理模型与地形的关系以及动态调整模型的功能十分便利和智能，能够成为三维城市建设的很好的辅助。

参考文献
[1]/en/communities/city-engine/.
[2]《城市三维建模技术规范》- CJJ/T-2010.。