基于Unity3D的栾川三维城市地理信息系统研究

摘要

栾川三维城市地理信息系统以栾川城区及周边75平方公里范围内的建筑物、道路、植被、水系及地貌等为对象，通过构建三维模型和属性信息建库，实现栾川城区景观的三维虚拟表达和空间信息管理与分析。然而，从底层开发难度较大，且开发周期较长，无法满足栾川县在近期城市规划和管理的迫切需求。如果基于专业三维地理信息开发平台开发，无论软件购置还是二次开发都需要大量经费投入，财政难以承受。考虑到Unity3D在三维表达、场景编辑和性价比等方面的优势，本文提出了基于Unity3D的栾川三维城市地理信息系统的开发方法，以期达到降低成本、缩短开发周期的目的。
　　本文首先简单介绍了系统的开发技术框架，并详细介绍了采用3DMax、Unity3D软件进行栾川三维城市景观构建的方法。其次，设计并实现了基于Unity3D的系统功能模块。然后，针对三维场景浏览不流畅的问题，通过试验及分析，制定了栾川三维场景的优化方案。最后，介绍了系统的应用及测试情况。
　　(1)系统研究了模型和场景构建方案。本文将栾川景观对象划分为七类，即地形类、建筑类、道路类、植被类、河流类、管线类、附属品类;采用3DMax进行建筑、部分道路与植被、河流、管线等模型的构建，采用Unity3D进行地形、部分道路与植被模型的构建，并借助Photoshop软件制作模型纹理，构建各类景观对象的仿真模型。通过Unity3D管理各类景观模型，构建栾川三维景观，实现栾川三维景观的渲染与显示。
　　(2)设计并开发了系统的5个功能模块。栾川三维城市地理信息系统功能包括场景浏览、信息查询、空间量算、管线浏览、规划分析等五个模块。本文基于NGUI插件进行系统功能界面的开发，基于SQLite设计建筑物属性数据库，利用模块化设计技术、在MonoDevelop平台上采用C＃和JavaScript两种语言编写功能脚本，通过对Unity3D的功能组件或Unity3D自带的实时运行类的调用，实现了系统各功能模块的开发。
　　(3)研究了三维场景输出的优化方案。通过试验研究了Unity3D下三维场景渲染时模型数据量与系统资源占用和渲染效率的关系，以及系统所能承载的模型数据量。通过对建模优化、LOD技术、多尺度表达技术的研究分析，综合考虑栾川城市景观地物的现状及布局。采用建模优化压缩场景中模型总数据量;采用LOD技术、多尺度表达技术对栾川地形、植被、建筑物进行渲染优化，减小参加渲染的模型数据量。达到增强场景渲染实时性，提高系统运行流畅度的目的。
　　(4)实现了系统的基本应用并进行了测试。主要应用包括城市景观基本浏览、飞行浏览、信息查询、空间量算、管线浏览、规划分析等。通过规划部门的近半年运行，证明系统稳定，达到了预期的目标。
　　基于Unity3D的栾川三维城市地理信息系统，不仅投资小、开发周期短，而且开发门槛低，易实现。该系统的开发和应用，将会为栾川的科学规划、管理提供重要的数据支撑和决策依据;同时，也为县级区域的小型三维城市地理信息系统的开发与推广探索了一种新的模式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文结构安排

2 系统开发技术框架介绍

2．1 系统总体设计框架

2．2 系统开发技术路线

2．3 小结

3 基于Unity3D的三维城市景观构建

3．1 城市景观构建的技术路线

3．2 城市景观模型构建

3．2．1 地形、河流模型构建

3．2．2 植被模型构建

3．2．3 建筑物模型构建

3．2．4 道路模型构建

3．2．5 附属品模型构建

3．3 城市景观场景构建

3．4 城市景观场景可视化

3．5 小结

4 基于Unity3D的三维城市地理信息系统功能模块开发

4．1 系统功能开发工具及技术简介

4．2 系统功能界面设计

4．3 地物属性数据库设计

4．4 系统功能设计

4．4．1 系统功能设计框架

4．4．2 系统功能模块描述

4．5 系统功能模块实现

4．5．1 场景浏览功能模块

4．5．2 信息查询功能模块

4．5．3 空间量算功能模块

4．5．4 管线浏览功能模块

4．5．5 规划分析功能模块

4．6 小结

5 系统资源占用分析及场景优化

5．1 系统资源占用试验和渲染效率分析

5．1．1 试验目的

5．1．2 试验平台与约束条件

5．1．3 试验数据与渲染效率分析

5．2 系统资源约束下的场景优化方案

5．2．1 建模优化方案

5．2．2 实时渲染优化方案

5．3 小结

6 系统应用与测试

6．1 城市景观浏览应用

6．2 系统功能应用

6．2．1 飞行浏览应用

6．2．2 信息查询应用

6．2．3 空间量算应用

6．2．4 管线浏览应用

6．2．5 规划分析应用

6．3 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果