对系统的3维可视化功能及其中的技术问题进行论述
摘要:随着数字城市研究的不断深入,城市景观3维可视化技术也发展和成熟起来,其应用面越来越广泛。房地产行业是一个信息化程度相对较低的行业,需要具有3维可视化功能的销售管理信息系统。介绍城市景观3维可视化实现的步骤,阐述房地产销售管理信息系统中的3维可视化实现过程,对系统的3维可视化功能及其中的技术问题进行详细论述,最后对实验结果进行总结及展望。
关键词:数字城市 房地产 3维可视化
一、城市景观3维可视化技术背景
信息时代已经来临,现代社会正以日新月异的速度向前发展。自美国前副总统戈尔提出数字地球概念以来,全球掀起了一场数字化、信息化的浪潮,数字地球、数字城市建设成为当前各国研究的热点。而城市景观3维可视化是建设数字城市的先决条件。对于城市景观3维可视化,国内外有很多相关研究。早在20世纪80年代初,美国Skidmore和Merrill两个城市就在3维城市模拟上有所表现[1]。在国外,许多发达国家在5年前就开始了“数字家庭”、“数字社区”和“数字城市”的综合建设实验。美国前副总统戈尔提出了“数字化舒适社区建设”的倡议;新加坡提出“智能城市”的设想;日本已经建成一批“智能化生活小区数字社区”的示范工程。在国内,许多高校、科研机构开始着手“数字城市”的研究工作,其中有华中科技大学水电能源仿真中心、中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室、广州城市信息研究所和武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室等。目前国内也已经开发出一批具有自主知识版权的3维可视化软件如:适普软件有限公司的城市建模与可视化地理信息系统(IMAGIS Cy-berCity),北京灵图公司的3维GIS平台VRMap2.0及全景环视软件Smart Panorama,武汉吉奥信息工程技术有限公司的CCGIS。总之,随着数字城市研究的不断深入,城市景观3维可视化技术也不断发展和成熟起来。
二、房地产销售管理信息系统简介
目前在国内,房地产行业信息化程度相对其他行业来说较低,甚至没有适合于行业特定的管理软件,惟一可喜的是实现了网上展销,但目前的网上展销也只能提供给购房者一些不全面的图文信息,而且房地产商无法将房源展示与销售管理有机结合起来。基于以上所述现状,笔者将城市景观3维可视化技术应用于房地产展销与管理之中,开发了一个实验系统:房地产销售管理信息系统(RESMIS),http://www.51lunwen.org/marketing/ 实现了房地产展示、销售和管理的一体化。房地产销售管理信息系统为房地产公司提供一种实时交互的宣传载体,逼真地展示房产小区及其各种户型的3维实景,并使之具有管理信息系统的功能,能对房产、用户、物业等数据进行高效、高质、适时的管理;为购房者提供一种实时交互的媒体,使之能全面、清晰和直观地了解房产小区及楼盘设施,方便地获取所需购房信息。
三、RESMIS系统设计城市景观3维可视化可以分为3维建模与可视化两部分。建筑物是城市景观的主要内容,首先要对其建立3维模型,建筑物3维建模包括室外和室内两部分。建筑物室外模型可以视为由屋顶面和各个铅直地面的墙面组成,可以利用所获取的矢量线划数据对建筑物边界多边形进行三角剖分,然后将其拉伸到一定的高度,形成3维实体,屋顶信息则主要从大比例尺航空航天影像获取[7]。室内部分模型往往要求比较精细,所以室内建模一般借助于成熟的商业软件或工具,如3DMAX,AutoCAD,再将模型文件转换为可视化系统可读的格式。城市景观还包括地形,道路,水系,各种附属设施等内容,在此不予详细讨论。3D Model的可视化的过程分为两步即图形管道的输入和输出[6]。输出管道是指发送信息到输出屏幕,输入管道是指对模型或数据进行一定的预处理使其能够满足图形渲染工具的要求,从而为输出管道做准备。在一个可视化的系统中具有3个不可缺少的组成部分:场景、应用软件、图形渲染工具包。场景中包括需要显示的数据、模型或属性,应用软件的作用是负责控制数据的输入或输出流的正确性,如:负责从数据中获取或抽取需要显示的数据,然后以一定的格式传递给图形渲染工具包,控制输入设备,定义投影方式或显示方式等。3维可视化的过程如图1所表示。
最近几年由于计算机图形技术的不断发展,3维图形的渲染工具也越来越多,其中比较具有代表性的是SGI公司的OpenGL,微软公司的DirectX,VRML语言,Sun公司的Java 3D等工具[6]。本系统中的3维可视化采用美国Multigen-Paradigm公司的3维造型软件Creator和虚拟现实与仿真开发包Vega作为开发工具,其中Vega是基于OpenGL的一个3D虚拟仿真与可视化平台,利用它们可以快速地开发实用可视化系统。
1. Multigen Creator & Vega的特点Multigen Creator是一套交互式3维造型软件系统,该软件系统能够对复杂的3维模型进行创建、编辑、进行纹理贴图以及其他一些属性的关联,而且对于复杂的3维模型在交互操作时根据用户需要自动的生成不同精度的LOD模型,该软件适合城市规划领域的3维建模,其3维模型的存储格式以目前最为流行的OpenFlight格式存储,特别有利于3维模型的可视化操作,而且该系统可以和目前许多的3维数据格式进行相互的转换如VRML,3DMAX,DXF等多种数据格式[6]。Vega用来进行可视化,驱动3维场景,其可以接受的模型文件格式有*.flt,*.obj,这些模型文件可以由Creator生成或导出。Vega为用户提供图形界面和API,其图形界面Lynx可以方便、快速地定义虚拟场景,进行3维模型引入及窗口可视化、运动体及多种运动模式指定、设置环境效果、进行导航和复位等,这大大简化了程序开发的过程;用户也可以采用Visual C++6.0进行程序开发,调用Veg-aAPI来实现以上所有的功能,对场景进行灵活的控制。
2.系统功能及实现房地产销售管理信息系统的开发平台为Win-dows2000,系统的3维可视化主要实现两大功能:交互式的漫游浏览及信息查询与管理,具体如表1所示。
系统实现过程中的几个技术问题:
(1)建筑物3维模型创建为了实现各种户型室内漫游的真实性,在创建建筑物室内3维模型时,对门窗模型要特殊处理,使之能够自由的转动或滑动。在Creator中提供了一种DOF(Degrees-Of-Freedom)类型的节点,DOF节点控制建立在它下面的所有几何体的自由度,它定义一个当地坐标系,它下面的几何体可以绕当地坐标系的坐标轴旋转、平移和缩放,在创建模型时可以为每个门窗设置相应的DOF节点,选定旋转或平移坐标轴,设定旋转或平移的范围,当驱动3维场景后,调用动态节点函数就可以使门窗在适当的时候转动或滑动。这样观察者就可以在室内随意漫游, 从一个房间到另一个房间任意浏览。在创建房地产小区户外3维模型时,为了协调显示效果与模型数据量的问题,要建立复杂建筑体的LOD模型,根据远近不同的视觉需要建立同一个建筑物的多个模型,从粗糙到精细,且不同精细程度的模型对应不同分辨率的纹理贴图,场景驱动后,当视点由远及近或由近及远时,逐次调用精细或粗糙的模型,使得显示数据量不会特别大,同时又兼顾了视觉效果。在Creator中设置了自动LOD,不需人工过多的干预,即能完成细节等级平滑过渡。
(2)3维场景漫游中的碰撞检测在3维场景中漫游时,碰撞检测是必要的,否则人们将会看到汽车穿墙而过,或是飞机穿越山峰、钻入地底这样的情形。碰撞检测的基本原理是:先假设当前移动对象与场景未发生碰撞,根据用户操作计算要移动对象的新位置,判断在新位置下移动对象是否与场景中其他物体发生碰撞(即判断移动对象的表面多边形是否与其他物体的表面多边形相交,若碰撞,则不改变移动对象的位置,否则,更新移动对象的位置到新的位置[9]。在Vega中定义了Isectors对象用来进行碰撞检测,Isectors设定碰撞检测计算方法(Volume)和可能与运动体发生碰撞的目标(Target),当把Isectors对象绑定到运动体上后,要为运动体和Target指定对象中的各部分设置Isector class(碰撞检测掩码),这为控制场景提供了更多灵活性。Vega定义了7种碰撞检测计算方法:Z,HAT,Tripod,LOS, Bump,XYZPR和Volume,用户可以根据需要选择合适的方法。在本系统中主要应用了HAT和LOS两种方法,HAT用来检测虚拟观察者与地面之间的碰撞,确保观察者始终处于地表一定高度之上。LOS用来检测观察者与感兴趣对象之间的碰撞,例如建筑物墙体或是门窗,确保观察者不会穿过墙体,碰到门窗时,门窗将自动转动或滑动。
四、实验结论与展望
将城市景观3维可视化技术应用于房地产展销与管理之中,并采用虚拟现实与仿真软件进行实际的制作与开发,使得房地产销售与管理信息系统获得很好的可视化效果,并能通过程序开发实现一定的查询与管理功能,但要做到更好,系统还有待进一步的完善与优化。城市景观3维可视化技术的应用需求广泛,它不仅可以应用于房地产展示和销售,还可以与旅游信息系统结合、实现网上虚拟旅游,应用于虚拟的城市规划、建设虚拟商店、虚拟展厅,进行媒体演示,应用于电子商务等。城市景观3维可视化是数字城市建设的一项前期任务,但是在涉及大面积且建筑繁多的城市景观时,还有很多技术难点有待进一步的研究解决。图2~图4是本系统漫游效果图,从多角度、全方位对房产小区外景和待售楼盘内部设计进行展示。信息系统结合、实现网上虚拟旅游,应用于虚拟的城市规划、建设虚拟商店、虚拟
