Потребности в 3D-моделировании для ландшафтной архитектуры растут и быстро расширяются в различных областях, включая городское планирование и проектирование, ландшафтную архитектуру, экологическую визуализацию и многое другое.
Моделирование объектов в 3-х мерном поле реального мира является более представительным и может быть более понятным визуально проектировщиками и дизайнерами.
3D-модели городов могут представлять данные, которые могут быть использованы в городских приложениях и/или ландшафтной архитектуре, которые включают в себя
- здания,
- дороги или транспортные системы,
- деревья,
- рельеф местности,
- а также землепользование/ландшафтный покров.
3D-модели городов в основном представляют собой компьютеризированные модели или цифровые модели города.
Существует несколько моделей представления, которые используются в трехмерном планировании и проектировании.
1 CityGML
Язык городской географии (CityGML) - это новая инновационная концепция для моделирования и обмена 3D-моделями городов и ландшафтов. CityGML - это стандартизация взаимосвязанных данных с различными пространственными привязками.
CityGML представляет четыре различных общих аспектов виртуальных 3D моделей городов, т.е. семантику, геометрию, топологию и внешний вид для представления 3D городских объектов, которые можно совместно использовать в различных приложениях, что позволяет повысить эффективность затрат на обслуживание 3D моделей.
CityGML - это открытая модель данных и XML-формат для хранения и обмена виртуальными 3D-моделями городов. Это прикладная схема для языка географической разметки версии 3.1.1 (GML3), расширяемого международного стандарта обмена пространственными данными, выпущенного Открытым геопространственным консорциумом (OGC) и ISO TC211.
CityGML построен на основе модульной структуры.
Горизонтальное изображение.
- Вертикальные модули дают определения различных тематических моделей, таких как строительство, рельеф (т.е. цифровая модель рельефа), городская мебель, землепользование, водные объекты, транспорт и др.
- Горизонтальные модули (ядро CityGML, внешний вид) определяют структуры, которые являются релевантными или могут быть применены ко всем тематическим модулям.
CityGML представляет четыре различных аспекта виртуальных 3D-моделей городов, т.е. семантику, геометрию, топологию и внешний вид. В CityGML существует пять уровней детализации (LOD):
- LOD 0 - региональный, ландшафтный
Данная LOD представляет собой 2,5-мерную цифровую модель рельефа (ЦМР), которая прокладывается над аэрофотоснимком.
- LOD 1 - город, регион
Здания представлены в 3-х размерных блоках с плоскими крышами.
- LOD 2 - районы города, проекты
Здания имеют структурированную крышу и стены.
- LOD 3 - архитектурные модели (снаружи), достопримечательности
Архитектурные модели более детальны с детальными структурами стен, крыши, балконов и проекций. Текстуры получаются из изображения высокого разрешения.
- LOD 4 - архитектурные модели (интерьер)
Добавлены внутренние структуры для 3D объектов архитектурной модели.
Каждый LOD может быть смешан в одной сцене.
В CityGML включены обобщающие иерархии между тематическими классами, агрегациями, отношениями между объектами и пространственными свойствами. Эта тематическая информация выходит за рамки форматов графического обмена и позволяет использовать виртуальные 3D-модели городов для сложных аналитических задач в различных областях применения, таких как моделирование, добыча городских данных, управление объектами и тематические запросы, которые могут помочь на этапе проектирования при 3D-моделировании ландшафтной архитектуры.
2 Esri CityEngine
Esri CityEngine - это программное приложение для трехмерного (3D) моделирования, разработанное Esri R&D Center в Цюрихе (ранее Procedural Inc.) и специализирующееся на создании трехмерной городской среды. С помощью процедурного подхода к моделированию CityEngine поддерживает создание подробных крупномасштабных 3D-моделей городов.
Это инструмент выбора для интеллектуального 3D-моделирования городов в области градостроительства, архитектуры, моделирования, разработки игр и производства фильмов. Этот способ моделирования используется для рекурсивного и слишком утомительного моделирования геометрии, например, растений (один образец дерева может быть использован для создания целого леса) и ландшафтов.
Процедурное моделирование - это моделирование с использованием грамматики формы (CGA-формы). Эти грамматики используют правила производства, создавая все больше и больше деталей (итеративный процесс). В контексте зданий, правила производства сначала создают грубую объемную модель здания, называемую моделью массы, затем продолжают структурировать фасад и, наконец, добавляют детали для окон, дверей и орнаментов. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет создать иерархическую структуру и аннотации, которые можно повторно использовать для создания архитектуры, заселяющей целый город.
Есть некоторые элементы, которые необходимы при моделировании 3D города с помощью CityEngine:
- Рельеф (карта высоты/текстура) и слои контрольной карты (изображения).
- Сеть улиц (созданная автоматически/вручную в CityEngine, или импортированная из файлов DXF, SHP).
- Следы зданий (созданные автоматически/вручную в CityEngine, или импортированные из файлов DXF, SHP).
- Файл с правилом CGA.
CityEngine позволяет пользователю в различной степени контролировать генерацию города, от полуавтоматического способа до генерации 3D ландшафта на основе реальных данных, например, импортируя данные ГИС и записывая специальные файлы правил CGA, описывающие требуемую типологию архитектуры.
3 Визуализация и анализ
Ландшафтным архитекторам часто поручают решение междисциплинарных задач проектирования, где визуальная коммуникация становится ключом к демонстрации результатов проекта, именно поэтому 3D-технологии очень полезны в ландшафтной архитектуре. 3D имеет преимущество в визуализации, которое является более реалистичным и может представлять более сложные данные для зрителя. Среди ландшафтных архитекторов Google SketchUp, наряду с ArcGIS, AutoCAD Civil 3D и 3D Studio Max, является наиболее популярным программным обеспечением для визуализации 3D.
Современные 3D-технологии позволяют ландшафтным архитекторам интегрировать в свою работу различные наборы данных и аналитические материалы (например, по гидрологии, визуальной оценке воздействия).
В другом исследовании использовался 3D-анализ в 3D-моделях городов с использованием анализа близости расположения, распространения, плотности и видимости в 3D-формате.
3D ГИС должны быть в состоянии делать после пространственной операции:
- Поиск данных, например, самой последней информации о конкретном объекте.
- Работу с запросами; например, получение данных, отвечающих определенным условиям.
- Пространственный анализ и интеграцию семантических данных, например, классификация, измерение, операции наложения.
- Операции с соседями, например, поиск, топографическая операция.
- Работу с соединениями, буферизацию, сеть.
- Расчет расстояния, площади и дополнительного объема в трехмерных ГИС.