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于强:完备的三维可视化及应用解决方案

在5月16日的大会“云计算与智慧城市”分论坛上,Esri中国信息技术有限公司产品研究与技术推广部副总监于强发表了题为《完备的三维可视化及应用解决方案》的演讲。

  3sNews讯 5月15日,北京国家会议中心,由3sNews主办的2013地理信息开发者大会(WGDC2013)在此隆重开幕。作为业界最具规模、最具实战性的顶级开发者盛会,本次大会吸引了行业内外的关注,大家齐聚一堂,共同探讨地理信息产业的跨界话题。

  在5月16日的大会“云计算与智慧城市”分论坛上,Esri中国信息技术有限公司产品研究与技术推广部副总监于强发表了题为《完备的三维可视化及应用解决方案》的演讲。

泰伯网
Esri中国信息技术有限公司产品研究与技术推广部副总监 于强

  以下为演讲内容:

  于强:大家下午好,很高兴来到这个论坛跟大家交流一下技术。Esri作为一个平台厂商,一直的宗旨就是做基础平台的支撑工作,让大家在处理地理信息相关工作的时候,有一个更好的平台支撑。我在这里分享一些在三维方面使得我们的平台更加完备所做的工作,其实我们在各个方面都在不断提升我们的平台,平台的技术也好,平台信息的技术也好,目的都是为了使我们的平台能更好地支撑大家的工作。

  关于二维大家可能处理相关工作已有很长时间了,而对三维来说,有一个从三维数据到三维应用的过程,需要一系列的过程。这个过程需要获取数据,通过不同的方式获取数据。当有更多数据时我们需讨论一个问题,即现在数字化城市过程中我们数据量不断增加,为了使我们的应用系统更加鲜活,需要一个好的工具不断地更新我们的数据,有鲜活的数据才能使程序运行更加有实际意义。海量数据加载后,能够看到我们数据产生的信息,那就是可视化。有了这个技术支撑我们可以把行业和系统的数据做成一个平台应用,就有了应用的场景。

  但是有了应用场景是不够的,刚才袁博士做的可视化的分析中,在平台、业务数据之上都加入了一定的分析功能,揭示了地理信息的价值,说明空间分析对于地理信息的信息挖掘而言具有重要作用。

  有了这些技术之后我们可以做一些简单的应用开发,同时我们还可以将三维的信息共享给其他人,共享到互联网上去,让更多人、行业、单位参与到信息共享和处理中,因此我们需要三维服务的发布。今天我不重点讲公司的解决方案,我想讲的是Esri作为一个厂商在这些方面所做的努力。数据获取方面,影像和矢量数据的获取已经非常的成熟,比如现在我们国家自己发射的高分辨率卫星,数据质量越来越高。三维地形可以通过传统的等高线进行提取。如果需要高精度的地形,如做数字城市的项目中,可以通过雷达数据进行地形数据的提取。从ArcGIS10开始原生支持Lidar数据,可以将雷达过程中的噪声进行处理,如加一些辅助的矢量数据,结合我们原有的数据,同时结合激光雷达本身产生的地形,这样的处理使地形数据更加精确。模型数据的获取方式有几种,随着数据采集方式的发展,可以通过倾斜摄影、激光雷达获取数据。无论通过什么方式采集数据,最终只要可以转换成公开的格式,比如说dae、skp、flt、wrl等,都可以通过数据导入工具将数据转换到ArcGIS里面。除了刚才说的模型获取方式,我们现在还有一种新的获取的方式就是基于CityeEngine的批量建模,有了这个工具之后,能给众多做三维的人带来什么。下面通过一个简单的演示说明一下他的功能。现在看到的是CityEngine的界面,可以看到所有的矢量数据建筑物轮廓,现在显示的是二维数据。CityEngine中一个很重要的概念是规则,事先有一个脚本,通过这个规则可以快速产生海量的三维数据。大家看到的是比较简单的生成方式,我给建筑物贴上了随机的表面纹理。如果你有一些更详细的信息,比如说房子的高度,屋顶的信息,我们就可以在面板里面调整这些属性,例如换一个屋顶的样式,可以通过改变屋顶样式属性做这样一个屋顶的修改。建筑物可以通过这个方式创建,可以选择让它更加精细还是更加简单,同样是通过这样一个属性进行改变。

  对于一些建筑物我们事先通过人工方式,或者其他一些方式获取了高精度的模型,可以通过规则进行替换,可以将我们现实已有的模型很快导入到场景中。可以看到有一些街道的数据,我们可以将矢量数据放在这个里面,通过街道宽度可以快速创建道路的三维模型。除了批量快速的建模,CityEngine还可以用于城市的设计,比如这里要修个桥,通过简单交互的方式就可以做成桥,可以看到整个的操作非常简单易用。

[page]  通过这样的演示大家可以看到如何利用矢量数据快速地建立三维模型。有了数据之后我们会考虑到数据是如何管理存储的。在ArcGIS中可以做到所有数据都通过数据库来管理,包括模型的数据。三维数据突出的问题就是模型的更新问题:我们做模型的时候,大家采取的方式都是通过人工建模第三方生产的,那么数据更新就面临一个问题,即如何做到及时的数据更新。Esri支持的方式就是将现阶段已有的模型直接转成公开的格式,然后再放到3dmax里面更新,之后还需要个转换过程。现在有了CityEngine就比较方便了,这里我给大家做一个简短的演示。可以看到这是已经建好的数字城市的场景,我们国家的经济发展非常快,如何使得我们城市保持一个很好的更新,比如说我们这个小区要拆迁了,可以用地理分析工具选择一个区域,通过这个工具数据处理可以把我们要更新的区域选出来。我们可以把它一起放到CityEngine中,拆迁区域基础的影像,原有模型和原始的矢量,可以对这个区域的模型进行过滤,属性查询,选择合适的三维建筑物。例如,我们对这个地区建两个新房子,通过加载规则就可以快速把房子建设出来。建好这个模型之后,就可以快速地更新到数据库里面去。这里是可以选择更新或者是替换原有的建筑物。替换的好处是我们不仅仅更新模型还可以把属性数据更新。这是一个基于数据库的完整的更新过程。并且预计六月份发布ArcGIS10.2的新版本,在这个新版里,可以在数据处理的工具中调用CityEngine的规则进行建模,这意味在ArcGIS桌面下就可以直接使用规则创建模型,CityEngine与ArcGIS的集成进一步加强,比如在做城市规划化设计的系统中通过调用规则,便快速产生一个不一样的三维数据,可以通过规则驱动,在规划系统中快速呈现不同方案。大家可以期待着新的版本。

  ArcGIS10.1对模型的支持进一步加强,性能有着非常大的提高,这里面由于时间关系就不再演示。

  地理信息区别于其他信息系统的主要方面就是空间分析,刚刚袁博士在地理数据上做了一些分析工作,通过分析揭示了地理隐含信息,充分发挥了地理信息的价值。三维GIS如何在好看之余有更多价值,这个就需要背后的空间分析来支撑。Esri在原有二维GIS上有很多强大的分析功能,这里都可以直接在三维当中调用。我们做了一个热点分析,来展示地区犯罪,来揭示什么地区的犯罪率高。在二维GIS下红色的区域表示非常严重,而在三维下更加的直观,犯罪爆发高的地区峰值比较高,通过三维加载可以更清晰地展示信息。还有常用的三维的工具,比如做一些三维的缓冲区,遮挡的分析,还有天地线等等。再比如说室内的三维,有室内三维可以把路径规划好,发生9.11事件时人员怎么样撤离,事先可以做模拟,以及如何设置安全通道,都可以用三维分析来完成。原有空间分析没有足够的工具,也没有关系,可以用python的方式,把第三方的工具引进进来。比如我们做这个污染扩散,就是采用第三方算来运算的,根据风向、气压、扩散气体等因素的不同,不同的时间段,三维扩散形态是怎么样,污染传播的是怎么样的一个过程都可以通过分析来展现。还可以将分析发布成服务,有了三维服务我们可以做到自动化,人无需手工处理,可以一段时间分析一个结果。总之,强大的分析功能为这个三维平台发挥价值提供了很好的支撑。

  应用开发对于用户来说需要根据业务调用相应的程序接口进行开发。根据大家的需求,我们推出了3DViewer应用开发模板。这个模板中有现成的目标跟踪,触控,二三维联动等功能,大家做工作的时候无需从接口开始写起来,这个模板可以有效减少大家研究、开发、3DGIS的时间和精力,使我们可以更加专注于业务应用。

  还有一个新的产品是针对中国用户的需求开发的,ArcGIS runtime for 3D。目前来说它的宗旨是什么,就是希望任何地方都有3D的因素。ArcGIS做二维非常好,三维上比二维来说要弱一些,但是没有关系我们做了3D重新的架构,这个架构未来是做什么的?

  是基于同一个C++内核的3D全新架构,在这个内核之上有移动的API和WebAPI。大家关心的Web3DAPI是基于JavaScript的,可以支持所有主流的浏览器。这意味着所有做JavaScript开发的人员,不用懂太多的3D开发知识,就可以轻松的做Web3D的开发,预计今年底这个产品将会跟大家见面。

  作为服务发布来说,可以将我们看到的三维场景发布成GlobeService。另外一种方式是可以用CityEngine把三维打包成一个场景在浏览器上进行成果的共享,这里由于时间关系我不演示服务的发布过程了。

  最后我展示一个综合的应用。大家了解规划的应用,比如说规划上已经有了一些数据,它事先用CAD做成控制规划的数据。这里通过Python脚本写了一个数据处理的工具,将建模需要属性和图形进行整理,比如提取了楼层数,道路宽度,道路类型,用地类型一系列的信息。有了这些信息之后,把数据加载到CityEngine中。通过不同的规则,就可以快速批量创建三维建筑物和三维道路模型。

  不仅仅能做到模型的快速创建,还可以算容积率,根据容积率我们可以看到红色是容积率高的地方,黄色是容积率低的地方。比如说我们做了一些设置,做一些修改,我们建的房子很高的时候,容积率必然发生变化,这里可以做一些设置,比如说设计修改房子的高度。我们把这两栋房子修改为50层,大家想象房子的容积率是不是也会变化,我们快速地执行一个脚本,换算出来这块地容积率怎么样的。可以选一下,看它的属性,比如说3.1的容积率,那么就可以运行这个脚本。运行这个脚本中你看到这个房屋由于我们把大楼设计更改了。通过CityEngine可以快速看到容积率变化情况。这里揭示的信息就是说你可以动态灵活调整你的建筑物,高度属性设计,改变建筑物,并且可以快速反映变化的信息。

  我们可以将这些创建好的模型导出去,把这个场景发布到Web场景,做一个Web场景的共享,也可以在Web中游览一些数据,建筑物和属性数据都可以查询。不同颜色代表不同地块用地性质不同主干道的方式,这是二维显示的,同时我们把它切换成3D的方式显示,3D的道路,还有3D的建筑物。通过这样的一个切换大家可以在浏览器中察看建筑物,还可以做一些对比分析应用。

  另外一种方式我们可以将这种模型导入到空间数据库中,在桌面中使用三维空间分析的工具。这里做一个天际线的应用。天际线用于展示城市的天际是否美观,是不是有些建筑物太突兀影响天际的美观,分析完成后可以看所有建筑物产生的天际线。

  也可以把数据放到3DViewer中做更多应用,缩放、导航,二三个联动,这个功能是我们做好的,可以快速的定制行业应用。

  通过这个综合演示,从数据生产到数据模型的设计,到三维发布产品,也可以做空间分析,或者将数据加载到3Dviewer中定制行业应用。我们提供这样一些完备的工具可以更好地为大家服务,支撑大家的应用。

  最后我总结一下我们在平台上所做的努力,在数据获取上支持激光雷达的数据,数据管理可以用数据库同步的更新,为了方便大家我们开发了3DViewer。未来方式有一个ArcGIS runtime for3D。今年陆续的发布出来,我们所做的工作就是使我们平台更加完备,使大家能更好地做自己的业务,这是我们追求的愿景。由于时间很仓促,讲的非常快,大家想了解最新信息可以关注Esri 3D的新浪微博——ArcGIS_三维,也可以关注产品技术的CSDN博客——ArcGIS产品与技术专栏,博客里面有很多技术文档。我们在6月5号~6号在中国科技会堂也有一个类似3Snews的大会——2013年Esri空间信息技术开发者大会,我们邀请大家参加开发者大会,届时将会有更多的产品、技术的新动态、细节跟大家分享,最后感谢大家的到来!

  (感谢于强对演讲速记内容的校对)

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