CityEngine三维快速建模技术

42软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering●项目性质：赛尔网络下一代互联网技术创新项目；项目名称：基于IPv6的AR 录取通知书设计与实现；项目编号：NGII20180610。

三维虚拟校园漫游系统以其逼真的校园环境再现能力和丰富的交互功能，在校园规划、对外宣传、帮助新生熟悉校园等方面，都能起到非常重要的作用，近年来在国内外高校中得到了广泛的应用。

笔者在赛尔网络下一代互联网创新开发项目研究中，也制作了荆楚理工学院三维校园模型。

我们最初使用3DMax 三维建模软件，花费了大量人力和时间对荆楚理工学院校园环境进行了三维建模，校园环境细节得到最大程度的还原。

虽然展示校果很好，但因模型面数巨大，程序在目前主流配置手机上都无法流畅运行，所以我们转而使用专用于大规模城市仿真的CityEngine 进行校园模型制作。

1 数据准备与处理1.1 影像数据获取建模所需的影像数据可以通过CityEngine 软件的Get Map Data 功能获取，也可以从水经注万能地图下载器等相关软件中获取。

1.2 建筑物轮廓数据如果有校园建筑的测绘地形图，我们可以直接从地形图里提取建筑物平面轮廓的CAD 数据，然后使用ArcGIS 工具，将CAD 数据转化为Shapefile 文件，设置相关属性，如楼层、屋顶、建筑名称等。

如果拿不到建筑的CAD 数据，也可以在ArcGIS 中对高分辨率的地图影像进行矢量化得到建筑物轮廓。

本次建模没有使用这两种方法，一是我们没有CAD 数据；二是高清影像图进行矢量化也不能达到所需效果。

我们采用的办法是在CityEngine 中对照影像数据绘出轮廓图和在3D Max 中参照实际建筑绘出轮廓图，然后再将轮廓图导入CityEngine ，将其转化为形状后再进行规则建模。

CityEngine使用GIS模板创建三维数字城市（三）从前一篇教程我们可以知道，CityEngine最大的优势在于直接使用GIS数据来快速创建虚拟城市。

另外，还提供了强大三维设计能力，对于城市规划设计起到了积极作用。

下面利用费城数据，以地块的规划和设计为例讲述CityEngine基于规则建模的过程。

模板中使用的数据是虚拟城市模板的一部分。

1 、加载数字城市场景这是案例准备了3个场景，在上面的描述中已经讲解了如何使用GIS数据和规则创建前两个场景。

双击“Philadelphia.02.as-built.cej”场景。

注：你可以双击“Philadelphia.03.redevelopment-scenario.cej”场景，查看最终设计结果2 、选择感兴趣区域我们的研究区域就是位于费城城中心的需要重新开发的地块，首先选择区域（按住鼠标左键，拖拽矩形区域）和裁剪区域（Edit ->Cut）。

3 、创建新的地块首先，我们需要在这个位置创建新的地块，共4个。

CityEngine就可以轻松的做到：1）选择相邻的街道；2）打开“Inspector”窗口；3）在“Block Parameters”标签下，设置“shapeCreation”为true；CityEngine会在这个区域创建的地块，但是现在我们看到的结果超过了4个，接下来需要简单的修改参数即可，比如最大、最小地块数。

1）选择这些地块；2）打开“Inspector”窗口；3）在“Block Parameters”标签下，修改“lotAreaMin”为3000，“lotAreaMax”为5000，“irregularity”为0。

4）如果你想让地块和地形很好的贴合，可以做如下操作：Layer->Align Terrain To Shapes准备工作已经完成，接下来开始设计。

4、使用规则建模接下来我们将对新建的地块应用规则，以生成满足规划要求的三维模型。

2015Esri空间信息技术开发者大会超务实的地图应用开发者大会使用CityEngine构建三维城市Esri China 慕晓燕☐Esri CityEgnine☐Hello , CGA☐3D城市建模实例☐规则包/rpk☐CityEngine Web Scene内容Esri CityEngine3D GIS3D 平台创建设计模拟分析分享合作管理可视–3D 城市内容构建•数据+ 规则–3D 城市设计•交互式•规则驱动的3D设计CityEngine3D程序化建模与设计解决方案几何+ 属性+规则动态参数化编辑CityEngine基本模型最终3D模型迭代细化++CGA3D模型纹理贴图+生成3D模型1232D数据程序化的规则CityEngine传统手工建模CityEngine 规则建模工作量成本Hello , CGACGA ：Computer Generated Architecture CityEngine的独特脚本语言越来越详细地迭代细化模型Whatis CGA？一个最简单的规则AA-->// Rule #1一个最简单的规则A Rule #1BA--> extrude(10) B# A，B 是CGA shape// Rule #1一个最简单的规则A--> extrude(10) BB --> split(y){~4:Floor.}* C// Rule #1// Rule #2Rule #2A Rule #1B C规则–Shape的迭代CGA 基础Init -->extrude (10)comp (f) {side : Facade. |top : Roof }Roof -->roofHip (30)Init-->extrude(10)comp(f) {side : Facade. |top : Roof}Roof-->roofHip(30)规则–Shape的迭代CGA基础规则–Shape的迭代CGA基础Init-->extrude(10)comp(f) {side : Facade. |top : Roof}Roof-->roofHip(30)规则–Shape的迭代CGA基础Init-->extrude(10)comp(f) {side : Facade. |top : Roof}Roof-->roofHip(30)规则–Shape的迭代CGA基础Init-->extrude(10)comp(f) {side : Facade. |top : Roof}Roof-->roofHip(30)attr函数可以将参数显示到外部，如，Inspector界面。

2018年第9期水利规划与设计科研与管理D O I：10. 3969/j.issn. 1672-2469. 2018. 09. 024基于C ityE ngine规则技术批量构建三维模型分析王媛媛(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130012)摘要：基于C+y E n'n e软件的规则建模技术，通过编写规则文件，可以快速地、自动地创建出场景内的大量三维模型。

从批量构建三维模型的角度详细描述了从数据收集、处理、创建规则、应用规则建模整个流程。

关键词！G IS;C ityE n'n e;三维建模中图分类号：TV221. 1文献标识码：A随着G I S技术和计算机软、硬件技术的快速发 展和推广，二维G I S应用已经不能满足目前很多方 面的应用需求。

二维G I S只能提供给用户平面的信 息，而现实世界中，客观事物总是存在于三维空间 的[1]，对于三维空间中客观事物，用户只能通过想 象或者工作经验来推断。

与二维G I S相比，三维 G I S通过构建三维模型场景给用户表现更真实的地 理空间[2]。

目前进行三维建模的作业流程是对场景 模型进行逐一建模，业界通常使用的软件有3D M a p S k e t c h U p等软件[3]。

优点是软件的用户群 体多、模型精确度较高；缺点是建模操作较繁琐、工作量大。

E S R I公司的C i t y E n g i n e软件最大的特点 就是程序通过定义一系列的规则来驱动和约束三维 场景的自动构建三维模型。

这种技术改变了传统建 模的方式，大大减少了重复性劳动和人力的投人。

1技术路线三维场景一般包含三维地形、影像、三维建筑 物、道路、水系等要素。

这些三维数据一般都是由 二维的G I S数据经过三维技术处理获得的[4]。

三维 地形数据即D E M数据，有T I N和G n d两种格式；三维建筑物、道路和水系模型分别由二维的建筑 物、道路、水系数据图层添加D E M高程信息来获 取其三维数据进而创建三维模型。

1引言近年来，由于三维建模及VR技术能够实现对周围环境的极致逼近，会让使用者有一种身临其境的感觉，受到了广大群众的欢迎。

三维建模技术也随着市场的需求得到了快速发展。

三维建模技术是建立现实世界虚拟化三维场景的基础，它能够将对地理空间的表示从传统的二维表达方式转换为以三维立体的方式来展示，使之能够更加真实、形象地展示现实世界[1]。

目前，能够进行三维建模的相关技术和软件很多，如3DMax，SketchUp、Lumion等，这些软件的核心思想都是把现实研究对象拆分成若干的基本几何形体，然后对其进行基本模型的建立及组合处理，是一种静态的模型[2]。

本文介绍一种基于不同工作原理的建模工具：CityEngine，该建模软件主要是基于规则进行，通过对表示对象的拆解，组织其规则结构，然后编写规则文件，即可实现相应模型的创建，它的主要优势在于能够对规则文件的重复使用，并且通过对规则文件的简单修改，就可实现模型的更改，相对于3DMax等建模工具，它具备了动态、快速、批量建模的特点，为三维建模领域提供了一种新的思维与手段。

2CityEngine及CGA规则简介2.1CityEngine软件简介CityEngine是一款城市快速建模的软件，其主要思想是一种基于规则的“程序化”的建模手段，通过编写规则程序命令，即可实现相应的模型建立。

CityEngine广泛支持常见的三维模型数据格式，比如，OBJ,DAE,DXF,KML,3DS等，并且与ArcGIS等GIS平台无缝集成，具备地图投影功能，可以直接使用ArcGIS提供的二维GIS 数据,其成果也可以直接以MULTIPATCH的文件格式存储，可作为ArcGIS的直接数据源。

2.2CGA规则CGA（computer generated architecture）是一种基于语义的建模语言，它是整个CityEngine的核心部分[3]。

我们通过分析模型对象的组成结构，创建相应规则文件，就能够定义这种模型，并能够对多个对象赋予这些规则，从而实现模型的快速及批量创建。

6g坊Sichuan Building Materials 第46卷第6期2020年6月Vol.46,No.6June,2020City Engine在三维城市建模中的应用张涛，王赞杰（吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林长春130118）摘要：主要利用某小区地形地貌数据对三维建模的方法和模型的展示做了研究讨论，在二维空间数据的基础上，通过规则进行动态的、参数化的建模。

这种方法也特别适用于大规模城市尺度上的三维建模，同时通过详细的CGA规则控制和纹理贴图，其精细度也可以达到3D Max等软件的程度。

也可以通过参数的变化调整来更改模型的外观，这种City Engine技术已经应用于游戏、建筑、城市设计等方方面面。

关键词：三维建模;CGA；City Engine中图分类号:TP391.72文献标志码:B文章编号:1672-4011（2020）06-0062-02DOI：10.3969/j.issn.1672-4011.2020.06.0290前言“数字地球”的概念首次是由美国前总统于1998年1月21日提出的，这在当时引起了各国专家和学者的强烈关注⑴。

这是一种新的认识世界的方式,经过十几年的演化，数字技术也日趋成熟。

世界各国也纷纷加入数字建设的大军中,其中不乏日本、加拿大、美国等国家。

三维建模技术在20世纪80年代被引进我国，至今已经30多年，对于城市规划也陆续提出了“数字城市”、“绿色城市”、“智慧城市”等与三维城市建设相关的规划概念。

在2000年的时候，国家测绘局在全国局长干部会议上，明确提出测绘局系统在以后的主要阶段任务就是要构建“数字中国”框架⑵。

随着城市信息的数字化进程的到来，相关技术不断成熟与发展，城市规划和管理的方式逐步转向了数字化和智能化⑶。

通过三维GIS技术辅助城市规划与设计将逐渐成了规划行业发展的一个新的趋势⑷。

三维城市建模并不是一个简单的运用软件建立一个三维模型的过程,而是将城市周围的人文环境相结合,在规划解决可能出现的问题，对城市发展、规划与设计提供参考指导作用。

CityEngine使用模板创建三维数字城市易智瑞（中国）信息技术有限公司2012年5月版权声明本文档版权为Esri中国信息技术有限公司所有。

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制定及修订记录版本完成日期编写/修订纪要编写者备注1.0 2012.1.18 新建甘鑫平于强CityEngine使用模板创建三维数字城市应用模板可以很好的指导大家使用GIS数据创建地图，三维场景和应用。

这些模板可以用来当作创造类似的地图和场景基础。

三维设计是CityEngine一个重要的优势，这对于城市规划是非常有用的。

通过如下三节内容全面介绍借助模板如何使用ArcGIS和CityEngine完成三维数字城市的创建与规划：1）二维数据转化为三维数据；2）创建三维数字城市；3）三维数字城市规划设计；1二维数据转化为三维数据ArcGIS提供了ArcScene和ArcGlobe两种应用程序，二维数据可以以三维的形式进行可视化展示。

然而，一般采用设置图层的“Base Heights”属性实现。

某些情况下，把二维几何图形转化为贴附地形表面的三维要素是非常必要的。

这样，当你想使用这些要素和地表交互或者进行空间分析的时候会更具有真实性。

如下的操作步骤描述了如何使用三维数据并结合地形数据来创建三维贴附地形的三维要素，模板中使用的数据是虚拟城市模板的一部分。

数据下载地址：/s/30Oyr。

1.1 打开2Dto3D.sxd文档在“2Dto3D\Maps and GDBs”下启动2Dto3D.sxd文档。

右键单击DEM图层，点击【属性】，在【基本高度】标签下启用【在自定义表面浮动】选项，如图2。

设置完成以后DEM可以看到高低起伏，而二维数据却在DEM下面。

我们可以通过设置图层属性（【基本高度】->【在自定义表面浮动】）来显示，但是如果你得到真实的三维要素，那需要将二维要素转化为基于DEM的三维要素。