1.1　智慧城市三维建模的需求

智慧城市，智慧发展。近年来，信息化城市、智能城市、智慧城市等词汇不断进入人们的视野，人们越来越渴望生活在高度便捷、智能的城市之中。智慧城市应当是一座可全面观察、可全局调度、可实时了解发展状况的城市。要做到这些，一个很重要的环节就是智慧城市的展示。由于视角的原因，传统的二维平面或“假三维”很难做到多角度的全面展示，而三维模型恰恰具备“全面”这一优点，能够很好地完成展示。

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术与增强现实（Augmented Reality，AR）技术拥有良好的应用前景，主要应用领域是三维模型的应用。所谓虚拟现实（VR）[1]，顾名思义，就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸在模拟环境中。在该模拟环境中，无论用户在现实世界中可以看到的物体，还是看不到的物体，都可以通过三维模型表现出来。增强现实（AR）技术[2]是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，可以把原本在现实世界中一定时间和空间范围内很难体验到的实体信息（如视觉、听觉、味道、触觉等信息），通过计算机科学技术进行模拟仿真后叠加，将虚拟信息应用到真实世界，被人类感官感知，从而达到超越现实的感官体验。对城市地形、地物进行数字化三维模拟，结合虚拟现实技术和增强现实技术可以呈现出一个与真实生活环境类似的虚拟城市环境，让建筑的形态和高度等一目了然，可直观地为城市规划、建设与运营等提供三维信息服务。用于技术显示的功能都需要三维模型来承载信息，因此要想把虚拟现实技术和增强现实技术应用到城市生态中，城市三维模型是必不可少的基础。城市三维模型如图1-1所示。

三维建模的应用并没有局限在展示的增强与模拟领域，传统行业也同样受益。在建筑工程行业，早期的设计师多使用手绘的方法来完成建筑的设计或建筑群的规划，不仅费时费力，而且设计图纸也会老化，不便保存，不利于未来的图纸回溯或精度校对。随着计算机技术的发展，产生了计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术[3]。应用CAD技术，不仅可以提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计标准化，把技术人员从繁重的手绘设计中解放出来，还可以解决设计图纸的存储问题。与此同时，基于CAD技术的二维设计图，技术人员可以精确地提取建筑结构，并使用三维建模软件创建出近乎真实的三维场景，将二维设计图转化为更加直观的三维模型，可以高效地进行设计呈现，满足预览需求，提升设计的整体感与完整性。利用CAD技术创建的三维模型如图1-2所示。

图1-1　城市三维模型

图1-2　利用CAD创建的三维模型

时至今日，BIM技术已风靡全球。BIM[3]是Autodesk公司于2002年率先提出的，目前已经在全球范围内得到了业界的广泛认可。BIM技术的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，可大大提高建筑工程信息集成化的程度，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合在一个三维模型信息库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等可以基于BIM协同工作，可有效提高工作效率、节省资源、降低成本，实现可持续发展。BIM模型如图1-3所示。

图1-3　BIM模型

除了建筑工程行业，城市三维模型还可用于灾害防治分析、文物保护、疾病分布分析等多个方面。在未来，会有越来越多的领域需要用到城市三维模型，用三维的方式还原并展示现实世界。