[发明专利]基于遮挡率的城市三维天际轮廓线自动化生成与诊断方法

说明书

本发明公开一种基于遮挡率的城市三维天际轮廓线自动化生成与诊断方法，利用Supermap GIS城市模型平台与增强现实技术与设备，以城市现状三维建筑形态与地形高程数据为基础，通过输入城市设计方案矢量模型，构建三维天际轮廓线设计方案模型，并自动生成设计方案与城市现状的天际轮廓线正射影像图；然后对正射影像图进行栅格化处理后，计算现状天际轮廓线和生成天际轮廓线对背景山体的遮挡率；通过使用绘图设备和虚拟影像全息交互设备，输出自动生成的城市三维天际轮廓线方案图纸与虚拟影像。本发明通过实时三维天际轮廓线模拟以及背景山体遮挡率自动诊断的方式，为规划管理者、实施者提供客观、高效的城市天际线诊断与评估方法。

技术领域

本发明属于城市设计的天际轮廓线研究与设计技术领域，具体涉及一种基于遮挡率的城市三维天际线轮廓线自动生成与诊断方法。

背景技术

城市天际轮廓线是由城市中的高层建筑与背景山体共同构成的整体或局部形象，是城市规划建设成果的直观反映。在品质化的城镇空间建设过程中，城市天际轮廓形态不仅作为城市重要的视觉美学景观而备受关注，同时其作为城市经济社会发展的空间表征，日益受到城市规划者与管理者的重视与广泛讨论。目前，城市三维天际轮廓线的观测与评估研究已成为高品质城市空间建设进程中的一个关键议题，但在具体的观测与评估方法上仍有待更多科学性的探索与更深入的实践研究。结合相关文献与案例研究，既有的城市天际轮廓线的观测与评估方法如下所示：

1、拍照与绘图观测评估法

在传统城市规划研究与设计中，多采用拍照图像处理或者辅助绘图的方式提取城市天际轮廓线并基于主观的美学视角对天际轮廓线进行评估与优化设计。这一过程往往需要大量的人工测量工作，研究精度较低，且多基于主观感性和传统美学，在天际线的诊断与评估中缺乏客观、精确的量化指标。

具体而言，这种拍照或绘图进行研究的方法主要依赖个别研究人员以自己为观察者，选择特殊的拍摄地点，通过配备长焦距镜头的单反数码相机来进行图像数据获取。然后利用相关图像处理软件绘制天际线和建筑立面图，依据立面图对天际线进行分析。这种方法所处的观察点不固定、拍摄角度不特定、拍摄参数不特定，其天际线提取的结果很难具有客观性、公正性和可重复性。

此外，还有更多相关研究是利用来自网络、杂志等媒介刊载的照片进行评估，如曹迎春和张玉坤等学者从媒体照片中选出公认的且出现最多的天际线照片作为评估对象而展开研究。其最终的天际线定量化评估结果也因人而异，因照片而异。

2、基于二维图景的机器识别与分割方法

随着数字技术的进步，有愈多研究者基于边缘检测、机器学习等数字图像识别与分割技术来观测城市天际轮廓线并展开评估。例如，有国外学者采用基于亮度梯度的区域增长算法，对相机拍摄的城市全景照片的每列像素由上到下检测亮度值，与阈值比较提取天际线像素点，并展开评估。Saurer等学者则采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法对颜色、纹理等特征训练分类器，分割天空和地形。

但这种基于二维图像的观测与评估方法无法表达三维真实世界中的复杂实体对象之间的关系，也无法动态获取不同观察角度下的天际线，同时，在评估方法上依然以主观美学评价为主，缺乏科学性与可重复性。

3、三维模型观测与评估方法

此外，更多研究者开始使用三维仿真技术进行城市天际线保护评价，通过对城市级地形、地貌、建构筑物、山川、河流进行精细化三维建模，使用三维引擎加载海量的三维模型数据，再叠加规划模型数据，依据观察点、观察方向、观察俯仰角等参数从特定方向上评价规划模型，实际天际轮廓线保护评价。例如吕亚霓使用ESRI公司研发的ArcGIS平台的天际线工具，导入三维模型，计算选定视野面上的虚拟阻挡点并连接成线，投影在圆柱上展开成二维平面以展示天际轮廓线，进而对其进行深度评估。

这种方法虽然可以较便捷的生成与观测城市天际轮廓线，但在天际轮廓线的评估方面，仍缺乏一套具有科学性、客观性与可重复性的诊断方法作为支撑。