Part.1
工作室简介
中国城市规划设计研究院(以下简称:中规院)学术信息中心(创新中心)三维虚拟现实工作室成立于2016年,主要服务于住建部、中规院以及规划行业涉及的三维数据采集、处理以及应用等方面。实验室现有倾斜摄影设备、机载激光雷达设备、地面激光雷达等设备,具备高精度倾斜摄影模型、正射影像、1:500地形图以及全景影像、航拍的生产能力。能够实现对古建筑、传统村落以及改造区域现状的数字化工作。
Part.2
业务流程
工作室的业务体系分为数据采集、数据处理以及成果应用三部分,实现全流程服务,完成数据的不断更新与迭代。
业务体系示意图
数据采集
倾斜摄影相机及激光扫描仪的搭载平台为多旋翼无人机,无人机控制人员根据测区范围及地理因素设计航线。之后,无人机将会搭载传感器进行数据采集工作。上述两种传感器采集的数据分别是影像及真彩色点云。
倾斜摄影系统
激光雷达系统
数据处理
工作室具备对倾斜摄影以及点云数据的处理能力。此外,借助中规院学术信息中心多机集群技术,可以实现对海量数据的高效解算以及大数据的集中处理。
倾斜摄影数据处理
激光雷达数据处理
集群处理中心
成果应用
中规院信息中心(创新中心)基于WebGL技术开发了三维在线规划编辑平台,该平台可以发布倾斜摄影模型、规划方案并可实现三维现状场景与规划方案场景的联动对比。该平台为B/S端架构,用户无需安装客户端应用程序,使用网页浏览器即可完成三维场景的浏览、标注、查询、分析以及共享。
三维平台首页
Part.3
应用案例
珙县救灾重建辅助工作
在珙县受灾现场采集了航拍全景数据、正射影像以及倾斜摄影数据,并生成了高清全景影像103个,高分辨率正射影像共计38.79平方公里,巡场镇主要区域以及鱼池村安置点进行了实景建模工作。
由于全景影像是由多张高分辨率的照片拼接而成,所以影像的分辨率不会因为场景过大而导致分辨率降低的情况。规划人员通过对影像进行放大操作,可观察到每栋房屋的受损情况,并可利用三维平台对每栋房屋进行标注。另外得益于飞行器的飞行高度较高,通过查看全景影像可观察到该点位半径为1~2公里的区域。在该区域内可以观察到村落的组团以及连续的地形地貌,这种鸟瞰视角以及尺度对于灾后重建工作也是适宜的。
宜宾市珙县珙泉镇鱼池村全景图
在前期调研踏勘阶段,规划人员往往只能通过遥感影像来对受灾区域进行粗略的了解。并且,由于遥感影像的更新周期较长,现势性较差,不能反映现场的真实情况。借助于无人机可以在低空飞行的优势,可以获取高分辨率的影像,经过内业处理即可快速生成数字正射影像。通过该影像,技术人员能够很明确地查看到房屋的基底范围、植被覆盖情况以及地形地貌的详细情况。
数字正射影像反映了研究区域面状的现状情况,全景影像反映了点状的现状情况。这两者结合可以全面地反映研究区域的受灾情况,并可从多个观察角度来了解该测区现状。规划人员通过对研究区域现状的详细分析,了解现状存在的问题与矛盾,帮助规划人员从感性认识上升到理性认识。
余箐工业园数字正射影像
为了能够详细地了解每一处安置点的地形条件以及现有住所的位置,无人机组对鱼池村的十处安置点进行了实景建模工作。最终通过中规院学术信息中心(创新中心)的三维平台将这十处安置点的三维现状情况分享给规划组中负责建筑的专家使用。建筑专业人员按照标准规范将制作好的建筑人工模型叠加到安置点中进行相关的分析与展示工作。借助于实景模型反映的三维现状,居民以及政府相关部门人员可以更直观地了解该建筑方案是否合适,下一步将进行如何改造。
鱼池村安置点模型在三维平台发布
崇雍大街规划辅助工作
在三维在线规划编辑平台中,实现了崇雍大街的规划方案与实景模型的联动对比,以及主要空间的节点展示。并使用激光扫描技术对要改造的雍和客厅进行全面测量,辅助设计师完成室内设计工作。
借助于倾斜摄影模型可以真实反映现状场景三维信息的优势,平台中引入了规划方案模型与倾斜摄影模型联动对比功能。该功能一方面解决了传统二维WebGIS平台中无法表现建筑物透视关系的问题,另一方面解决了单一分析规划方案而脱离真实现状的问题。(加图)联动对比窗口分为左、右两屏,左屏为规划方案,右屏为规划现状。在联动对比过程中,支持缩放、移动以及旋转等操作,实现规划方案与现状场景在三维空间内的详细对比,辅助支撑整个规划方案的设计与更新。
崇雍大街设计方案与现状联动对比
在规划方案设计阶段,公众或决策者往往只能通过效果图结合文字说明的方式对规划方案进行初步认识,形式比较单一,且难以了解改造节点三维场景的具体情况。在本平台中,使用者可以利用点编辑功能对三维规划方案中某个节点添加点位置信息,该信息包括改造节点的全景照片、文字说明、图片以及相关附件等。其中的全景照片包含现状环境和规划场景两部分。点信息添加完毕后,公众及决策者可以通过全景的视角来观察该节点的现状环境及规划场景(加图)。再结合图片、文字说明等多种表达方式可以更直观地了解规划方案的设计思路。
崇雍大街设计方案展示
崇雍客厅选址在雍和宫大街165号,客厅建设贯彻“以人民为中心”的规划理念,体现服务百姓的情怀,是集在地展示、知识普及、公众宣传、规划释义于一体的互动平台。工作室的技术人员使用架站式高精度三维扫描仪对崇雍客厅的每栋房屋进行精细化扫描,一共架设12站。数据采集完毕后在处理终端对这12站的扫描数据进行预处理及拼接工作。最终将拼接后的点云转换为模型,供室内设计人员进行功能区划分、装饰及施工使用。
崇雍客厅室内精密扫描
崇雍客厅室内设计模型
传统村落与乡村振兴
自工作室成立以来完成了江西、安徽、湖北、河南等地的40余个村落以实景建模工作,并在三维在线平台中实现了发布与展示。其中还对景德镇老鸦滩地区的现状数据进行了采集工作,并处理成低空全景及实景模型。
借助倾斜摄影技术,可以完整地记录整个村落的地理格局、建筑风貌、道路以及水系等要素,将实景模型作为数字档案进行留存,方便后期对村落的改造、维护和管理。对于传统村落中的文保单位可以使用点标绘功能进行标注,标绘的文保单位可以挂接文字、图片、全景链接等信息,使用户可以从多角度来了解该文保单位的历史沿革和发展脉络。除此之外,还可以使用空中漫游功能来模拟在空中俯视村落的视角,从不同的方向来观察整个村落。对于乡村振兴及扶贫的村落可以使用线标绘来表示即将进行规划的道路,用面标绘功能来表示即将拆除的地块。结合三维平台的多种分析模块帮助规划人员直观地了解当前村落存在的问题,辅助规划方案的实施。
传统村落模型展示
此外,工作室还为中国经济网提供了传统村落的倾斜摄影模型数据,支持中国传统村落的相关报道。
中国经济网关于中国传统村落的报道
虚拟现实互动体验
利用倾斜相机采集得到的数据,经过处理后得到实景模型。利用unity3D将该模型加入到虚拟场景中,结合头戴式VR眼镜实现深度体验。这种体验方式实现了倾斜摄影技术与虚拟现实技术的完美结合,倾斜摄影技术可以获取到某个村落或建筑体的三维信息,虚拟现实技术可以将三维信息以空间的方式来表达。不同于二维平面观看,虚拟现实技术可以让使用者置身其中感受真实的三维场景,从而获得更好的体验感。规划人员可以通过佩戴VR眼镜即可直接感受到现场环境,可以快速了解到现场环境的建筑物分布情况、空地的尺度以及主要道路的通达情况。该程序已应用到2019大别山(黄冈)世界旅游博览会以及2019中国智慧城市国际博览会中。
VR交互设备
VR场景体验
集成一体的VR体验馆
北川重建十周年航拍工作
在北川重建十周年之际,工作室对北川新县城进行了航拍视频录制、全景照片拍摄以及倾斜摄影数据采集等工作。并根据采集的素材制作出宣传片、全景VR以及主景观轴的实景模型。并将上述数据内嵌到“北川重建十周年宣传”网页中,增加了新的宣传方式,令网页的内容更加丰富。此外,北川新县城还在完善建设的过程中,规划人员可以借助该三维实景模型进行景观、建筑等的规划工作,例如将规划好的建筑方案叠加到倾斜摄影模型之中进行建筑方案的比选等工作。
北川新县城主景观轴实景模型
香河规划相关实景建模
在2017年11月,工作室为中建院采集了香河规划展览馆以及机器人小镇的倾斜摄影数据,并生成实景模型用于三维场景展示。在该场景中可以实现建筑单体信息查询,道路线标绘,建筑方案模型叠加以及面标绘等功能。
香河机器人小镇实景模型
在2018年10月,工作室接到了中国经济网的数据支持需求,并提供了香河机器人小镇的倾斜摄影数据。报道除了使用常规的文字结合图片的形式外还使用了WebGL三维可视化技术,让百姓从新的角度来了解该项目,使新闻报道的内容更加丰富。
中国经济网关于香河机器人小镇的报道
贵州黄果树景区实景建模
2018年10月,为风景院采集了黄果树及天星桥景区的倾斜摄影数据,并生成实景模型用于景区缆车线路分析。该数据还为黄果树主景区入口的改造提供了有力的数据支撑。
四川阆中现状图采集(阆中历史文化名城保护规划)
2019年8月,为名城所采集了阆中古城的正射影像数据,用于对阆中古城的现状进行分析,解决了卫星影像现势性差的问题。配合重要节点全景数据的分析可以全面了解空间现存问题。正射影像可用于识别建筑风貌不协调、高度突破保护规划要求的建筑,对院内违法建筑进行标记,此外还可对现状地形图进行修正,校核。
阆中古城高分辨率正射影像
陕西韩城古城实景建模
2019年10月,无人机组为名城所采集了韩城古城5.0平方公里的三维实景数据,并对其进行了实景建模工作,通过中规院学术信息中心(创新中心)的三维在线平台发布模型,提供给规划组使用。借助于实景模型反映的三维现状古城的山水关系,以及重点保护建筑现状与改建后方案的叠加显示等,便于规划组方案的选取。结合移动端古城全景数据,让规划组随时置身于调研现场,为规划组提供真实有效的场景再现。
大兴新机场景观分析
2018年11月,为规划二所采集了大兴国际机场周边景观现状不同高度的全景数据,用于对大兴机场航线周边的景观现状进行分析。
北京大兴国际机场周边景观全景
致谢
特此鸣谢以下项目组及机构的支持!他们是:崇雍大街城市设计暨环境整治提升设计项目组、北京公司宜宾救灾重建项目组、黄果树风景名胜区详细规划项目组、阆中历史文化名城保护规划项目组、北京大兴国际机场周边大地景观研究项目组、中国建筑设计研究院有限公司、中国传统村落保护项目组、长垣县蒲西街道乡村振兴规划项目组、韩城古城保护规划项目组等。
燃动青春!站在上帝视角的我们如何用无人机“搞事情”
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