［摘 要］为提升城市建设规划审批过程中对重要建筑方案三维模型比选的直观性和便利性，弥补传统三维规划审批系统的不足，本文基于SuperMap iDesktop 软件平台，通过将虚拟建筑方案设计模型、无人机航摄实景三维模型以及审批用地红线进行数据融合，展示用地红线范围内设计模型建成后与周边环境匹配的效果，并制作全方位飞行视角的浏览视频，更好地还原建筑设计意图，逼真展示建筑方案实际建成后的效果，所见即所得，为规划评审提供直观准确的真三维可视化辅助，提升三维辅助规划审批的效率和水平。

［关键词］无人机航摄；实景三维；数据融合；规划审批

引言

近年来，随着城市化建设进程的快速推进，政府对城市重要建筑的前期设计方案展示、分析提出了更高的要求，传统的二维形式或单一的三维设计模型展示［1-2］已无法满足当下优化营商环境缩减审批工期的需求［3］。针对城市规划管理过程中对拟新增的重点建筑与周边环境是否协调，是否会破坏周边已有建筑物的设计理念与功能，审批部门难以从传统的二维或简单三维设计成果展示中获取充分的信息去辅助决策，迫切需要采用新技术、新方法解决行政审批的现势性需求。

目前，实景三维中国建设已列入国家“十四五”自然资源保护和利用规划以及国家“十四五”新型基础设施建设规划［4-5］，是国家“十四五”规划的重点发展方向。随着实景三维技术软硬件的不断发展成熟，辅助规划审批的技术手段也有了新的路径。阮明等［6］提出将实时3D 引擎Unigine应用于规划审批，通过将真实坐标、大场景优化、实景三维模型等关键技术融合，实现基于Unigine的现状城市三维场景制作。高建岗等［7］提出将规划方案模型通过Unreal Engine 空间渲染引擎技术并加载审批地块真实地形影像数据和实景三维数据来构建三维规划方案场景，用于辅助规划审批。

限于时效性和成本控制，本文通过更为便利快捷的城市实景三维辅助行政审批，通过将建筑设计方案模型镶入设计地块的实景三维模型［8-9］，在数字孪生场景中，审批部门可以通过动态交互的方式对建筑设计方案进行全方位多要素的对比分析，为建筑设计方案审批管理提供更加直观高效的解决方案。

本文技术路线主要是基于SuperMap iDesktop 软件平台，将实景三维模型与建筑设计模型数据进行融合，并通过软件的模拟飞行功能，制作多视角浏览的融合成果视频，使得行政审批人员能够更加直观、清晰地了解设计的建筑物当下与未来的实景状态，与此同时还可对模型融合成果进行一系列的分析，包括可视域分析、通视分析、日照分析等，这样能够更好地服务行政审批决策，整体技术流程如图1所示。

图1 多源数据融合实景三维辅助审批流程

1.1 实景三维模型构建

随着测绘科技的快速迭代，目前可通过无人机航摄、贴近摄影测量、激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）、同步定位和映射（simultaneous localization and mapping，SLAM）等多手段构建实景三维数字模型［10-12］。结合本文应用场景精度需要和成本控制，本文主要采用无人机倾斜摄影测量构建审批地块的实景三维模型，即利用无人航摄仪搭载倾斜镜头获取多视角的倾斜摄影数据，再将照片、定位测姿系统（position and orientation system，POS）数据、控制点数据导入配套的无人机数据处理软件进行空三加密、匹配密集点云、构建不规则三角网（triangulated irregular network，TIN）、生成白模、纹理映射等步骤，生产出地理实体的实景三维模型。具体的实景三维模型生成流程如图2所示。

图2 实景三维模型生产流程

同时，实景三维模型数据格式一般为osgb 或者obj 格式，本文采用的是osgb 格式的实景三维模型文件，该类型的模型文件由多个TILE文件组合而成，数据量大，占有存储空间较多，不利于成果的浏览和展示。为了使osgb 格式的实景三维模型数据在Supermap 软件中快速加载并流畅浏览，需要对模型数据进行生成缓存配置文件、冗余数据处理等操作，实景三维模型数据优化流程如图3所示。

图3 实景三维模型数据优化流程

1.2 建筑模型及用地红线数据整理

一般情况下，建筑设计模型是基于Sketchup平台构建的skp 格式的数据文件，该类文件的文件格式、贴图材质、模型位置与大小都无法直接应用到SuperMap iDesktop 平台中。因此需要引入3Ds MAX 平台进行模型位置配准、数据标准化、模型优化、格式转换等操作（图4），具体操作步骤如下：

图4 建筑模型与用地范围红线数据转换流程图

（1）建筑模型导入3Ds MAX。在Sketchup 平台将skp 格式的建筑设计模型数据导出fbx 格式模型数据，然后直接导入3Ds MAX软件即可。

（2）模型位置配准与坐标转换。将用地红线坐标转换为目标坐标，与建筑设计模型同步导入3Ds MAX。由于建筑设计模型在设计时的位置、大小未做标准限定，因此在3Ds MAX 平台通过对建筑设计模型进行平移、旋转、缩放操作，使其与规划用地红线重叠，从而获取位置、大小正确的建筑设计模型。

（3）数据标准化与模型优化。由于原始的建筑设计模型在设计制作过程中采用了大量的其他格式的材质贴图或渲染效果，无法全部被SuperMap iDesktop 平台识别。因此需要在3Ds MAX 中进行数据标准化操作，使用材质转换插件将原建筑设计模型所有其他格式的贴图文件转换成SuperMap iDesktop 平台可读取识别的标准材质贴图文件。数据标准化完成之后还需进行数据检查，删除冗余数据文件。

（4）标准数据导出。建筑设计模型在SuperMap iDesktop 中通常以udb 格式的文件读取。具体操作是基于3Ds MAXD超图插件功能模块—生成模型数据集模块，该模块可将当前打开的建筑设计模型数据导入到指定的数据源中。具体方法为：先在SuperMap iDesktop 中新建文件型数据源udb 格式，并在3Ds MAX 打开处理好的建筑设计模型文件，然后在插件导出页面填写：“纹理路径”（选择存放fbx 文件的上级文件夹）；“数据源文件路径”（选中前述建立的udb 格式空白文件并新建数据集），设置对应的坐标系信息，并根据具体需求选择不同的“导出选项”及“文件生成信息”。最终将当前的Max 模型导入到指定数据源下的数据集中，输出满足SuperMap要求的udb格式的建筑设计模型数据。

1.3 实景三维数据融合及飞行视频制作

数据融合主要是在SuperMap iDesktop 中同步加载审批地块的实景三维模型与建筑设计模型，建筑设计模型是3DsMax 输出的udb 成果，可以直接在SuperMap 中加载；实景三维模型是osgb格式，需要确定投影并将其转换成. scp 文件，详见本文1.1 节相关内容。将两种不同格式、不同来源的模型数据基于SuperMap iDesktop 平台融合［13-16］的主要步骤如下：

（1）实景三维模型压平。由于用地红线范围内现场尚未整平，实景三维模型与建筑设计模型无法贴合，因此要先对实景三维模型进行模型压平操作。

（2）模型的风格与属性设置。对于实景三维模型与建筑设计模型都需要进行相关参数的设置。为了更好地展现模型融合的实际效果，可以对两种模型进行一些必要的显示设置，包括高度、透明度、光线等。另外可以对建筑设计模型使用生成缓存、模型编辑等操作，减少冗余数据，提升浏览的流畅度。

（3）融合问题诊断。针对融合的成果如果还存在一些问题导致浏览的流畅度不足的情况，可以通过问题诊断步骤进行问题的筛查，该功能是SuperMap iDesktop 自带的功能，按照诊断结果的提示进行操作，能够有效提升流畅度。常见的问题包括空间索引损坏或未创建空间索引、未设置最小可见高度、距离等。

（4）模拟飞行设置。模拟飞行设置主要包括飞行路线采集与飞行速度调整。路线采集是模拟人的视角观察，可以是从空中俯视，也可以是地面平视，这种多视角的观察甚至可以比实际建成后人在现场能观察到的信息更多。路线采集是决定成果优劣的关键，主要内容包括路线点的选取、路线点的转角方式、相机的高度及方位角等，而飞行速度通常是根据时间与浏览的稳定性来设置。

（5）基于飞行视角的视频录制。SuperMap iDesktop 平台本身无视频录制功能，用户可自主开发基于SuperMap iDesktop 平台的录屏小工具，也可以通过第三方软件来进行。需要注意的是在使用录屏软件时会一定程度上降低流畅度，实际上这种模型融合的成果很依赖电脑的硬件配置，高性能的电脑往往能输出更加流畅美观的视频成果。

本文以广州市某产业园方案评审为例，该产业园区域属于重点新增建筑，需要进行方案规划批复前的专家评审，传统的二维审批材料不利于提升审批速度和审批的直观性。因此在设计阶段，我们使用Sketchup 软件对园区设计方案建模；同时使用大疆M300RTK 无人机，搭载赛尔102S 相机进行航飞，获取了该地块红线范围及其周边共1 km2区域的倾斜摄影数据，并生产实景三维成果。然后基于SuperMap iDesktop 平台，将两种成果进行数据融合处理，并制作多视角、可读性强的视频成果，便于该设计方案专家评审，具体的融合成果如图5所示。

图5 建筑设计模型融入实景三维模型成果

SuperMap iDesktop 平台不仅仅可以通过飞行路线的设计，来呈现出真实的地块竣工效果视频，还同时具备超强的分析能力，可对设计模型与实景三维模型的融合成果进行可视域分析、通视分析、日照分析等［17-20］。该类分析操作简单，分析速度快，能够轻松了解新增建筑与周边整体环境是否匹配、协调，也能够了解新增建筑是否合理、美观。基于SuperMap iDesktop 平台的视频与分析成果为行政审批提供了大量的信息，有效解决当前二维图片形式的规划评审材料不直观、蕴含信息量少、信息读取困难等问题，极大地提升了行政审批速度。

如图6、图7 所示，绿色区域表示在观察点处可见，红色区域表示在观察点处不可见。通视分析和可视域分析不仅可以应用于确定内部安全监控的最佳安装位置，还可用于辅助行政审批人员判断新增建筑是否违背周边已有建筑的设计初衷，或是对周边已有建筑形成遮挡，损害视野。传统的二维规划审批材料中未提供直观的三维可视域分析成果，无法直观展示新增建筑对周边已有建筑视野的影响及新增重点建筑自身某点（或多点）的视野情况。

图6 建筑设计模型可视域分析

图7 建筑设计模型通视分析

另一方面，随着城市土地资源的日益紧张，为更好地利用土地资源，建筑物间距逐渐减小，会引发一些建筑物采光率问题，因此，在城市规划审批中，日照分析至关重要，它能够协助确定建筑物的间距、朝向、建筑形体。尤其是住宅建筑，无论是行政审批部门还是居住人员都十分关注日照率这项指标。传统的日照计算方式是通过手工绘制棒影日照图，以获取该建筑物的总日照时数。由于人工绘制需要大量人力、物力，且精度差，工作效率低，因此很难满足城市建设中的需求。随着计算机技术的发展，城市规划部门逐步采用二维CAD 方式进行计算。但是，二维CAD 方式未充分考虑地形和建筑物顶部的影响因素。基于SuperMap iDesktop 平台的日照分析不仅能够在三维场景中快速地进行日照阴影模拟和日照时长计算，并通过三维场景直观展现，所见即所得，不仅缩短了成果制作周期还充分地考虑地形和建筑物顶部的影响。

如图8所示，经过光照分析，可以看出本次新增建筑群设计朝向、形体合理，各处采光都相对较好，未出现大面积光率低的区域（红色部分光率高，蓝色部分光率低）。

图8 建筑设计模型日照分析

对于城市新增的重点建筑物来说，合理、美观、与周边建筑的整体协调性是关键之处，这类建筑在设计阶段需要提供多个方案进行评审，最终再确定合适的方案。目前在规划管理评审阶段大部分采用的还是二维的或简单三维白膜的、变化少的图片形式的评审材料，大多是通过图片编辑（adobe photoshop，PS）的形式进行图片的拼接、美化，这种呈现方式缺乏一定的可靠性，同时蕴含的信息量也远远不足。随着测绘技术的不断迭代发展，实景三维在不断稳步推进，本文结合实景三维信息量大、直观、真实可靠的特点，提出了设计模型融入实景三维模型辅助行政审批的方案，该方案主要有以下三个方面的优势：一是可将不同的建筑设计模型融入实景三维模型，快速直观地完成方案比选；二是能够以最真实而非渲染模型的三维效果模拟建筑设计方案在未来实施落成后的场景，辅助建筑设计方案修改完善；三是为三维规划审批提供了新手段，提升审批效率和质量。同时，在实际应用过程中还存在一定的不足：一是由于建筑设计模型设计标准不一，数据标准化过程中容易出现各种各样的问题，未来应制定建筑设计模型数据的统一标准，使用标准的单位和贴图的材质、结构等；二是地理信息系统（geographic information system，GIS）平台中的缓存问题，由于建筑设计模型和实景三维模型数据量庞大，导致运行时对电脑硬件要求较高，目前普通电脑制作的视频流畅度还不够高，如何更好地去除模型中的冗余数据，优化运行速度与效果是后续需要完善的地方。

标题：一种建筑设计方案模型融入实景三维的方法

作者：刘演志

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州510060）

参考文献

引文格式：刘演志. 一种建筑设计方案模型融入实景三维的方法［J］. 北京测绘，2024，38（3）：337-342.

作者简介：刘演志（1981—），男，湖南岳阳人，硕士，高级工程师，从事工程测量与地理信息工作。