三维规划决策支持与可视化系统用户需求说明书.docx

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三维规划决策支持与可视化系统用户需求说明书

三维规划决策支持与可视化系统

用户需求说明书

目录

1．3D-PDSVS系统概要

2．用户种类

3．3D模型构建和转换

4．3D-PDSVS与现有信息系统的结合

13D-PDSVS系统概要

1.1概述

1.1.1图1为3D-PDSVS的系统架构图，该图描述了用户、系统和输出之间的关系。

1.1.2少于800人的内部用户包括NPGO、STGO和TWGO中规划师及其它专业人员、测量师及技术人员，他们通过部门门户（DP，DepartmentalPortal）以不同级别的访问权限来使用系统。

其他一些政府部门的用户可以通过他们各自的部门门户来访问系统。

同时，公众用户没有直接访问系统的权限，但可以通过系统的输出和介绍性的产品信息来帮助了解和评价规划计划。

1.1.33D-PDSV包含两个主要部分，即数字3D模型和城市规划设计分析模块。

1.1.4数字3D模型包括数字地形模型、建筑物模型和其它要求承约人构建的3D对象。

一些规划署事先准备的3D模型需要转换并整合到系统中。

系统平台的模型用于2D和3D空间数据可视化以及进一步的分析目的。

3D模型构建和转换的详细需求参见第3部分内容。

1.1.53D-PDSV的系统功能可以划分为4个主要模块：

（1）可视化模块

（2）分析模块

（3）输出模块

（4）数据互操作模块

1.1.6可视化模块提供一系列的工具以实现2D和3D模型的可视化显示，包含导航、仿真、查询、绘图和编辑功能。

同时，分析模块提供必须的分析工具来帮助部门的土地利用规划和城市设计行为。

这些工具包括空间分析和用于城市发展选项的产生和评价的城市设计分析。

1.1.7关于分析模块，要求承约人设计一个规划和城市设计工具包以帮助用户执行用于发展选项的产生和评价的规划和城市设计任务。

这个工具包应根据相关的条例和规章（例如城镇规划条例、建筑物（规划）规章等）、相关的指导方针、实践说明和专业知识不断发展。

1.1.8输出模块提供一系列的工具用于输出2D和3D场景和文本的空间数据报表，通过透视图和动画有选择性的输出用于展示目的的3D模型。

系统的输出应该多样化，以满足规划属用户的不同需求。

系统的输出产品包括透视图、飞行动画、3D模型的选取，这些将成为为用户解释发展提议的高效媒体。

为了精确和高质量的介绍的目的，承约人应该确认系统所有可能的和高效的产品。

1.1.9数据互操作模块提供一个图形用户界面（GUI，GraphicalUserInterface）来输入、输出3D模型，这些模型涉及到一系列的3D产业和开放性的数据格式/标准，参见1.5.4。

1.1.10承约人需要研究与设计系统，使系统能够提取相关的文本属性和空间数据，或者同以下规划署现有的信息系统的必需的数据进行同步。

（1）部门门户（DP，DepartmentalPortal）

（2）地理空间一站通（GOS，Geo-spatialOneStop）

（3）核心规划数据中心（CPDH,CorePlanningDataHub）

（4）土地供给信息系统（LSIS,LandSupplyInformationSystems）

1.1.11承约人需要提供自学包、帮助功能和设计知识库以帮助用户使用该系统。

图13D-PDSV系统架构

1.2可视化模块

1.2.1导航功能

1.2.1.1系统应该可以显示2D地图、3D视图和属性信息。

为了合理安排窗口界面，承约人需要设计一个友好的用户界面。

1.2.1.2系统应该提供2D和3D视图的导航工具，应包括但不局限于以下功能：

放大、缩小、全图、漫游、旋转视图、倾斜视图、前一视图、后一视图、左移、右移、上移、下移、定位到指定位置、调整视图倾角等。

1.2.1.3平台要同步3D景观与2D地图/航空影像/卫星影像。

1.2.1.4导航命令的设计要考虑对键盘和鼠标的功能键的有效使用。

1.2.1.5系统应该可以实时处理照片视图、网状视图、透明视图以显示3D模型。

透明度可以调节。

1.2.1.6平面坐标是HK1980Grid，高程基于香港基准面（HKPD，HongKongPrincipleDatum），穿越3D模型内部时也要在真实方位上显示方向。

1.2.1.7用户可以选择3D对象（例如建筑物、交通工具、树等）在导航时是否可以穿越。

1.2.1.8系统可以让用户在3D模型中保存他们感兴趣的位置并能快速定位到这些兴趣点。

1.2.2仿真功能

1.2.2.1通过以下事项，提供飞行穿越功能：

（1）在2D/3D视图中定义飞行路径；

（2）导入一组xyz坐标串构建飞行路径；

（3）定义类型，调节飞行穿越的速度；

（4）旋转飞行时的观测视角；

（5）录制飞行穿越时的动画。

1.2.2.2系统可以实现有以下天气影响时的3D场景仿真，这些包括白天、中午、傍晚、夜晚、雨天、雾天等。

1.2.2.3系统应该可以处理时间场景和在时间序列中显示3D模型。

允许用户在需要时显示所需的现在的、将来的和过去的时间帧。

1.2.2.4系统需要支持物体在动画中的运动，包括走动的人、运行的车辆等。

1.2.3查询功能

1.2.3.1如果用户选择一个特殊的3D模型，系统应该允许用户查看相关的场所和建筑物的纹理照片信息。

1.2.3.2系统应该提供交互式的工具来实现2D视图和3D空间的几何量算功能。

量算包括真实方位、高度、长度、面积和体积。

量算的单位是米。

点的3D坐标鉴别功能也要提供。

1.2.3.3系统应考虑香港规划标准和指导方针中规定的政府、协会和社会团体（GIC）的需求和规定，数据库可以从规划属的LSIS（土地供给信息系统）中取得。

1.2.3.4系统应该允许用户点击对象时，查看3D建筑物、基础设施和宗地的相关属性数据。

每一个3D对象可以通过一个唯一的ID号进行查询，并从现有的系统中得到相关的属性数据。

1.2.3.5系统提供通过用户自定义的属性（例如地名、道路名、建筑物名、编码等）来查询定位的功能。

通过查询的结果列表，用户可以直接定位到2D和3D视图的位置。

1.2.4绘图和编辑功能

1.2.4.1系统提供接口从对象库中选择城市景观对象来布置3D场景（参见第3部分）。

这些对象包括街道、道路标注、路灯、围墙等。

用户可以在2D和3D场景中均匀地（通过参数设置）或者随机地放置这些城市景观对象。

1.2.4.2系统应该提供交互式的工具来构建和修改3D对象，例如构建简单的块状模型（blockmodel），修改纹理图片的颜色，使用系统模板修改模型的面。

这些修改可以存储在系统中。

1.2.4.3系统应该提供交互式的工具在地形模型中实现场所的构建，这些包括地形的平滑（terrainsmoothing）、地形的整平（terrainflattening）、斜坡的切割/填充（slopecut/fill）等。

1.2.4.4系统允许用户在3D场景中放置自由形式的3D文本和线来标注地物。

字体类型、大小和颜色都可以调整。

1.2.4.5系统允应该许用户临时执行编辑动作，如有必要，允许用户把编辑后的地物存储到3D空间数据库（参见第3部分）。

并且需要做适当的数据安全检查。

1.3分析模块

1.3.1分析模块中，至少需要三个功能包来满足空间分析、发展方案提议和城市设计分析的需求。

1.3.2空间分析

1.3.2.1系统应该允许用户给定的2D和3D对象的缓冲区的距离来得到影响的区域。

1.3.2.2系统提供不同2D图层和3D对象间的叠加分析。

这些分析包括一些典型的GIS操作（例如分解、合并等），分析的结果显示在2D和3D视图中。

1.3.2.3系统提供符号系统，并允许用户查询叠加图层的相关的属性信息。

1.3.2.4系统提供在2D地图和3D场景中在指定的两个点之间生成横截面图（cross-sectionview）的工具。

1.3.3发展方案提议

1.3.3.1系统提供一个工具以指导和帮助用户为新的发展提案准备2D场景布局规划和3D建筑物设计。

用户可以生成一个或多个设计方案进行比较。

发展方案提议的输出包括带有GIC（政府、协会、社会团体）、公共空间和其他相关设施的影响评估的2D规划设计、3D建筑物模型以及一系列细节发展参数及它们的对比。

1.3.3.2承约人采用专家系统的方式来开发模块。

系统由多个基于知识库的组件构成，这些组件包括火警服务、规划和城市设计的交通工程需求、香港的建筑物布局/建筑设计需求。

系统在整个设计过程中应提供智能的建议。

1.3.3.3组件包通过一个向导一步一步指导用户为一个开发场所生成一个或多个设计方案。

适当的发展参数、城市设计法则和指导方针需要整合到系统中。

这些组件包包括以下发展参数：

（1）容积率（plotratio）

（2）建筑密度（sitecoverage）

（3）土地利用分区规划（landusezoning）

（4）发展类型（typeofdevelopment）

（5）设计人口（designpopulation）

（6）建筑物数量（numberofbuildings）

（7）单位数量（numberofunits）

（8）楼层数量（numberofstoreys）

（9）楼层高度（storeyheight）

（10）averageflatsize

（11）建筑物形态（buildingforms）

（12）停车场供应（parkingprovisions）

（13）总的楼层面积（占地面积）（GFA,grossfloorarea）

（14）基址区域（sitearea）

（15）developmentscale

（16）其它可能的发展参数

（17）其它承约人认为适合的参数

1.3.3.4系统应该可以从其它系统（例如CPDH，核心规划数据中心）中得到发展参数，并允许用户手工输入参数以生成设计方案。

1.3.3.5系统在处理过程中弹出适当的、相关的设计指导方针和提示来帮助用户起草设计方案。

1.3.3.6在一个发展提案中设计建筑物时，系统至少允许用户以以下方式来构建：

（1）绘制建筑T块的基底，输入建筑物发展参数（例如容积率、层数、建筑密度等），以生成建筑T块。

（2）从对象库中选择预先确定的建筑物类型，参见第3部分。

1.3.3.7系统应该是可以存储并获得系统生成的任何发展场所的发展方案，这些包括设计参数、布局图、进度表、典型的楼层平面图、设施、停车场设施等。

1.3.4城市设计分析

1.3.4.1系统允许用户从不同的角度和方面来评估和比较不同的发展提案。

系统将生成发展参数的对照表、人口结果和GIC设施和公共空间的影响。

以下城市设计分析将以一定数量的统计表形式生成可视化的结果。

1.3.4.2系统提供天际线评估（skylineassessment）功能，以描绘城镇景观在不同视角下的天际线及其与其它新的发展提案和任何3D视角下地形山脊线的相互关系。

这个结果以突出的颜色和线型标示城镇天际线。

将生成并显示带有相关参数和结果的统计报表并显示。

1.3.4.3系统提供从选择的指定的点（这些点由香港规划标准和指导方针的城市设计方针指定）和其它用户指定的点进行视线和视野分析的功能。

视线分析涉及一个点到一个区域之间的可见度的测定。

结果显示在2D和3D视图中，两个指定点间的线使用不同的颜色来显示线的哪一部分是封闭的，哪一部分不是。

视野分析涉及在一个开发项目中哪个区域是可见的评定。

结果显示在2D和3D视图中，并带有观测边界线的轮廓、区域设色和统计报表。

可视距离、可能见度和其它属性值也许可以从距离、土地用途、方向和方位等计算出来。

1.3.4.4系统导入并利用提供的3D网孔模型（meshmodel）来构建香港受保护的山脊线的高度控制定义（heightcontrolprofile）。

如果一个开发项目计划的建筑物高度超过网孔模型的高度定义，用户应被提醒。

1.3.4.5存在一个独立的布局和区域规划的日照和阴影分析研究。

1.3.4.6系统可以计算在3D模型中所选择一些点的天景要素（skyviewfactor）。

这个天景要素描述了从所选的一定范围的点的可见天空的百分比率，系统可以显示天景的结果，包括形成指数图表、可见天空和障碍物的百分比率和其它相关的图表等。

1.4输出模块

1.4.1系统提供工具来导出用户以不同形式选择的透视图图像。

1.4.2以下是可用的图像格式：

（1）*.bmp

（2）*.gif

（3）*.jpg

（4）*.tif

1.4.3系统允许用户定义动画的飞行路径并以不同格式导出动画。

最低配置为至少720×576（PAL）、720×480（NTSC）、1280×1024（computer）。

1.4.4动画格式包括：

（1）*.avi

（2）MPEG1，MPEG2

（3）*.wmv

1.4.5分析和查询的输出（例如断面图评估）、包括分析的描述、计算的数据、图表等可以以Word或其它允许的格式以报表的形式输出。

1.4.6系统可以显示专题2DGIS图层和3D模型，并在叠加的结果数据上生成3D专题地图。

1.4.7系统应提供3D-PDSVS的单机版，这个版本包括所有的可视化和分析功能。

这个版本安装在笔记本上，有选择性地配备3D模型，用于在规划署外的演示目的。

1.5数据互操作模块（交换模块）

1.5.1规划署同其它政府部门、顾问和开发者交换各种类型的3D模型。

这些3D模型使用通用的3D建模软件例如Autodesk3dsMax、VIZ等建模。

1.5.2数据互操作模块处理一定条件的任务，并允许系统合并引入的3D模型，导出3D模型，同时保持3D模型的坐标系统、几何形状、颜色和细节，保持甚至减少导入/导出的3D模型的整个文件的大小。

1.5.3导入的3D模型不仅仅显示在系统中，而且可以转换并存储在3D空间数据库中。

导入3D模型时，相关的属性和场景照片自动关联。

1.5.4承约人应考虑并实现数据互操作的文件格式，使得不同部分的3D数据交换具有互用性。

这些数据格式应同规划署现有的3D建模和3DGIS软件保持一致。

系统可以导入、导出以下3D文件格式：

（1）*.max（Autodesk3dsMax/VIZ）

（2）*.3ds（3DStudioMesh）

（3）*.wrl（VRML）

（4）*.x（DirectXModel）

（5）*.x3d（Extensible3DGraphics）

（6）*.u3d（Universal3D）

（7）承约人认为适合的其它数据格式（规划行业正式批准）

（8）政府部门采用（规划行业正式批准）的其它数据格式

1.5.6承约人在实现数据互操作模块之前，应该制定数据预处理和后期处理的合适的步骤，包括数据整理、数据检查等。

这些步骤应写入3D模型构建和转换说明书中。

2用户种类

2.1用户种类定义了用户组在通过带有功能型签名的DP（部门门户）登陆系统的访问权限。

2.2在通过DP系统的鉴定之后，DP将通过特定的属性（如部门ID、用户ID等）进入到3D-PDSVS系统。

3D-PDSVS据此鉴定用户。

每一个用户拥有一个用户预配置文件存储在3D-PDSVS中，定义了用户的访问权限。

一个用户属于一个或多个DP中的用户类别。

2.3这样的用户权限可以限制用户执行特定的任务（这些任务包括但不局限于上面第1部分列出的用户需求），并能限制特定的3D场景对特殊的团体可见。

2.4在涉及以下用户种类的相关访问权限的划分时，承约人应研究并给出建议。

2.4.1只读用户

2.4.1.1只读用户可能包含规划行业的测量人员（SO，SurveyOfficers）和技术人员（TO，TechnicalOfficers），以及可以通过DP访问系统的政府工作人员。

他们不允许使用编辑功能，并限制可见的区域。

所有可用的操作都是只读的。

2.4.2设计用户（ProjectUsers）

2.4.2.1设计用户是规划行业中的专业的城镇规划人员和其他指定的人员。

他们可以在3D场景或3D模型中创建新的发展提案，访问并编辑新的发展/土地利用规划提案。

他们也可以给某一特殊用户群（例如只读用户）分配访问权限。

2.4.3管理员

2.4.3.1管理员允许使用所有的功能管理3D-PDSVS中的所有数据。

他们拥有编辑的权限，可以清除3D-PDSVS中的任何类型的数据。

他们的职责包括：

（1）批准并检查引入的3D模型；

（2）更新/编辑3D模型和相关信息；

（3）裁减已制作的或导出的3D模型/场景为一个独立的模式；

（4）航片/地形等要素的年度更新；

（5）批量更新和维护；

（6）查看系统事件、日志；

（7）给用户分配权限等。

33D模型构建和转换

3.1引言

3.1.1承约人必须提供3D建模和转换服务（参见PartVI–"ProjectSpecification"的第8部分）。

3.1.2主题任务可分为：

（1）3D模型构建和转换的规范和流程；

（2）如何构建3D模型；

（3）如何转换已有的3D模型；

（4）3D空间数据库；

（5）对象库。

3.1.3承约人应研究并建议如何合并3D模型不同的分辨率、比例尺和大小，以前的工程数据到HK1980Grid坐标系统，如何从选择到数据源中裁减区域到3D空间数据库。

3.1.4根据PartVI–"ProjectSpecification"的第3部分执行计划，承约人必须提供一个3D模型构建的规范和流程。

3.1.5规范和流程的目的是为用户构建和维护3D-PDSVS系统适合的3D模型提供指导方针。

3.1.6规范应包括3D模型构建和转换的硬件和软件需求，构建块状模型、带有真实纹理的3D模型、详细的道路结构、城镇景观对象、2D基础地图更新后的3D模型的更新、转换已有的3D模型进入系统的所有的程序和步骤。

这些步骤和程序包括且不局限于场景照片获取、编辑、基于2D基础地图对象的网孔模型构建、纹理映射、多边形裁减、维护真实感等。

3.1.7多边形裁减是在3D模型构建和转换作为额外的或多余的3D模型的多边形可能降低系统的性能时一个重要的问题。

承约人应建议并实现不同的方法，包括不限制使用裁减工具和程序、减少3D对象的片段、采用简单的几何图形而非复杂的几何图形、在中空的对象上使用透明的纹理等。

3.1.83D模型构建应至少基于Autodesk3dsMax和VIZ，或者承约人认为合适的第3方的建模软件。

如果提议的建模软件没有广泛地在市场上使用，承约人应论证该软件在进行3D建模时的效率和有效性。

3.1.9承约人应提供规范和流程的结构和内容，并同规划署讨论。

规划署保留规范和流程最终正式批准的权力。

3.23D模型转换

3.2.1规划署已经构建了一些3D模型和香港的一些标志性建筑物。

这些将提供给承约人去增加、裁减并合并到系统中。

承约人应在系统中提示这些3D模型中有些是规划方案而非已经存在的开发项目。

3.2.2承约人必须改造、移植、转换并上载这些已有的3D模型到3D-PDSVS中。

可能需要质量的加强和模型的简单化处理。

承约人应将这些转换的3D模型同它们相关的属性和场景照片相关联。

3.2.3已有的3D模型和标志性建筑物的详细列表参见附录C－"ListofExisting3DModelsandRelatedData"。

3.2.4系统可以导入一个建筑物的块状模型，这个块状模型由多个矩形块构成并维持原有的几何形状，以便有较好的渲染性能。

3.33D模型构建

3.3.1空间数据的准备

3.3.1.1规划署应为3D建模准备以下空间数据。

3.3.1.2提供香港区域的数字高程模型（DEM），2mgrid，文件大小约为210M。

3.3.1.3提供*.ecw格式的2004年的正射影像，文件大小约为640M。

3.3.1.4提供不同比例尺的数字测量地图（1:

1000/1:

5000/1:

20000）。

承约人应提示所有区域的建筑物多边形大约有200000条记录，大约95％有建筑物高度。

一个约有6500条记录的裙楼层也被提供用于构建3D模型。

承约人并不一定需要实现精确的建筑物高度的测量来构建所有香港区域的3D模型。

3.3.1.5为高度控制剖面（参见1.3.4.4，*.shp或*.dgn文件格式）提供的3D网孔模型。

3.3.1.6下表列出了一系列的遥感卫星影像，是*.tif（Geo-Tiff）或*.pix（PCIGeomatics）文件格式。

除了QuickBird影像，其它所有影像覆盖整个香港区域。

3.3.1.7激光雷达（LIDER）的研究已经在一些政府部门开展。

数据包括且不局限于点云、数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）等，这个工程中可能也是可用的。

承约人应考虑这样的数据与系统的结合。

3.3.2数字地形模型

3.3.2.1图3.1显示了需要构建和覆盖块状模型和地形的整个香港地区的边界。

图3.1整个香港区域的3D块状模型构建

3.2.2.2承约人需要根据以前2003年的DEM来准备一个最新的覆盖整个香港地区的DEM。

承约人需要增强/修改/裁减/平滑DEM的一些部分，使得地形模型的最终产品能够适合3D模型和系统。

3.3.2.3承约人需要确保系统中所有在斜坡上的建筑物模型在一个切削的平台上，而不是与DEM重叠。

图3.2描述了这种情形。

图3.2地形构建中的问题

3.3.2.4为了增强交互式的可视化治理，如有必要，承约人应考虑建立多种方式的数字地形模型。

3.3.2.5承约人可能需要开发用户程序或实现定制的3D建模软件，包括Autodesk

3dsMax,VIZ,ESRIArcScene等，以便使准备和更新过程自动化。

3.3.2.6所有以上步骤应在3D模型构建和转换规范中使用循序渐进的工作流程来描述。

3.3.3块状模型（BlockModel）

3.3.3.1承约人需要为整个香港地区建立建筑物的块状模型。

需要带有被认可的基底面的建筑物模型。

然而，有些地物，例如人行道、高架桥和其一些街道景观对象并不是必须的。

真实世界和精细的正面照片也不需要采集和映射到这些建筑物上。

一些不同建筑物类型（例如公共和私人的房屋、GIC设施、商业建筑物等）的标准/典型的建筑物正面/纹理，需要在块状模型上随机的映射。

3.3.3.2这类块状建筑物的总数大约是20000。

在这些块状模型中，裙楼（Podium）结构也需要构建（参见图3.3a）。

3.3.3.3在这种类型的模型中，建筑物的每一个面需要用一个单一的纹理映射多边形来描绘，例如，一个典型的矩形的建筑物块可以用带有四个面的四个多边形描绘（参见3.3a）。

纹理表现允许描绘建筑物的外部细节。

屋顶结构需要用简单几何图形和面映射来建模。

3.3.3.4为了增强交互式的可视化质量，在开发系统时需要多种建筑物表面的表现方式。

当视点后退时显示低分辨率的表面，当视点靠近时显示高分辨率的表面。

3.3.3.5承约人应该记住2D建筑物的基底数据，因为他们可能包含不必要的冗余的顶点。

这可能在构建3D模型时导致额外的多边形渲染。

为了减少3D模型的多边形数量，需要简化建筑物的基底。

3.3.3.6一些渲染机制采用图3.3b所示的方法来存储建筑物块几何图形和纹理。

如果这样，系统体系结构和数据库结构需要能处理图3.3a和图3.3b两种情况。

承约人并不需要采用图3.3b的方式为整个香港地区构