（原標題：基于UE4 的三維GIS游戲引擎 ---M3D在游戲引擎上的應用）

　　 城市是繁忙的，昨夜的浮塵還未落定，新一天的晨曦又接替了燈光，人們匆匆地開啟了新一天的生活，在車水馬龍中穿梭，在樓宇林立間工作生活，一切都是匆匆而又有條不紊。繁忙的背后還是繁忙，水、電、燃氣、熱量、信息都在通過各種管線一刻不停地流向城市的每一個角落，那些深埋在地下的管線就是城市的“生命線”，輸送城市運行必需的“血液”。在看不見的城市地下世界，這些管線埋藏有多深？各自通向哪里？管線運行維護，城市工程規劃、設計、施工和管理，城市應急指揮和搶險，如何獲取完整、準確、現勢的地下管線信息？

　　 隨著GIS等信息技術的發展，地下管線管理也從二維平面向三維立體管理邁進。傳統管線信息管理系統將管線及其附屬設施抽象成二維平面內的點、要素，并使用各類點符號、不同顏色線段進行表達。雖能一定程度上滿足城市智慧運行的需要，但不能很直觀的表現出管線的形狀、大小以及管線之間的疊加、包圍關系，而使用三維計算機技術對管點管線設備進行空間建模和渲染，不僅直觀逼真，并能正確展示豎直管段等二維圖形中不便于表示的部件，能夠更清楚的識別管線與管點設備之間的連接情況。

圖1二維與三維管網展示對比

　　 三維管線模型與地上建筑模型相結合，可以對管線沿道路的走向和分布情況以及管線與建筑物間的連接點提供地上地下一體化表達。在三維系統內綜合使用光照、陰影、地面透明等顯示技術，可以呈現出更加逼真的效果，各類數據融合情況一目了然。

圖2三維管線地上地下一體化表達

　　 三維管線模型與地下設施模型(如地下管廊)相結合，可完整體現管線在管廊中的排布、走向、與樓梯和防火門之間的位置關系。尤其適用于顯示空間分布較復雜的管線，提供全方位觀察能力。

圖3三維管線與地下管廊

　　 除此之外，三維管網系統在流向分析、地面開挖等功能上均優于二維系統的表現效果，并擁有空間漫游、隧道模擬等特有功能。在此基礎上，可以構建功能更強大，可視化效果更好的各類管線業務應用場景，更好的服務于管線信息化建設。

　　 MapGIS三維場景構建工具產品提供的三維管線建模模塊，依托MapGIS強大的三維網絡分析能力以及M3D全空間三維模型數據格式，不僅具有高效、靈活的三維管線建模功能，同時在面對特大城市級管線數據模型渲染上，也應對自如。

　　 建模流程簡易、高效，模型庫豐富、易用

　　 MapGIS三維管線建模流程簡單，操作方便。三維管線建模工具使用入庫后的地下管線探測數據或設計數據，經數據標準化、指定管線管點建模信息、指定定位方式等步驟后，可直接批量生成M3D格式的緩存數據。M3D數據可使用MapGIS IGServer發布為服務后供Web端使用，也可以在桌面端通過加載緩存的方式瀏覽。與傳統的使用3D Max或Revit等軟件進行建模相比，此建模過程在配置完成后無需人工干預，所有模型都批量生成，效率極大提升，同時建模過程采用多線程技術，并針對管線建模進行了特定優化，特別適合進行大模型管線數據建模，或包含多種管線類型的綜合管網建模。

　　 模型庫方面，管線模型除支持常見的圓管、方管外，還提供了對排管、明溝兩類管線的支持。排管是截面帶孔的方形管塊，主要用于通信管線。明溝是無頂蓋的方管，用于室外排水管線。管點模型有解析建模和外部導入模型兩種。解析管點建模根據管點的自身的屬性及與管線的連接情況，實時構建出符合實際形狀、大小的模型，包括彎頭、直通、三通、四通、變徑、立管組件、方井、圓井、雨水篦等設備類型。外部導入模型是由其它軟件已經制作完成，可直接導入顯示的模型，主要包括閥門、水表、消防栓、路燈、接線箱和控制柜等，支持按需追加外部模型。外部模型在參與建模時，會顧及與管線的連接情況，對模型大小、方向等進行適當調整。

圖4各類管線、管點模型

　　 二、自適應地上景觀模型、地面高程模型，進行數據間融合

　　 通常，地下線管三維模型會與地上景觀建筑精細模型或地面高程模型疊加展示，以獲得更好的顯示效果，快捷準確定位管線位置。地上景觀模型和地面高程模型的各點高程，與管線探測數據的地面高程，由于制作方式和精度所限，一般會有一定差距，同時，城市地面會出現高低起伏及斜坡等情況。若使用固定外形的井類模型，不但可能會出現井口突出地面、埋入地下等現象，也無法適應斜坡等非水平地形。MapGIS場景構建工具在進行管線三維建模時，充分考慮地形的變化，一方面對井口高度進行微調，適配景觀地面高度；另一方面使用解析法構建井類設備，不但能夠根據屬性構建出大小合適的井模型，而且可以自動對井口進行傾斜處理，以適配地表斜面。三維管線模型與地上景觀、地面高程模型融合后，更加符合實際情況，融合后整體外觀也更加協調。

圖5雨水篦及圓井模型適配傾斜地面

　　 三、細致的模型間連接適配

　　 管點與管線三維模型的連接處，在建模時需要進行“精修”，避免出現穿模、空洞、斷裂等情況。MapGIS場景構建工具基于兩項技術達成此目標，一是專門針對管線建模優化的三維網絡分析算法，二是管線模型間融合規則庫。三維網絡分析用于確定管線管點間連接關系，管線模型間融合規則庫用于根據網絡分析結果，微調模型，使之相互契合。

　　 對于三維網絡分析算法，MapGIS場景構建工具在以往網絡分析的基礎上，強調了線與線之間的連接關系，改進了網絡生成方式，綜合使用幾何構網與屬性構網兩種建網方式，提高了網絡的容錯性，兼顧立管組件等特殊情況。在建網過程中，還能對網絡進行質量檢查，發現重合線、孤立點等異常情況并記入日志。

　　 管線模型間融合規則庫是在管線三維建模中長期實踐、總結出的一套微調規則。除外部導入模型外，其它管線管點模型均采用解析法建模，預留了諸多參數可進行模型調整。如方管連接時，改變截面角度使管端閉合；圓管與彎頭、閥門相連時，收縮圓管避免穿出彎頭、閥門外；相連管段高差過大時，自動補充立管組件；消防栓模型自動補齊與之相連的豎直管段，避免與管網分離等。

圖6各類管線模型間融合規則

　　 四、支持大規模城市管線三維建模及流暢渲染

　　 MapGIS場景構建工具對大規模城市管線三維建模支持友好。大規模城市管線數據量大、數據范圍廣，MapGIS場景構建工具對數據進行了分層、分塊操作，使用多層次細節(LOD)進行模型構建，適合進行高速渲染與調度。另一方面考慮了二維管線數據的投影變形，使三維模型數據精準適配球面投放，與天地圖影像地圖可以準確匹配。

圖7深圳綜合管線三維模型整體、局部

　　 MapGIS地下管線三維建模工具在多個專業管線項目、全空間一體化項目中得到了廣泛應用，無論是園區級、縣市級還是超大城市級數據，均能得到較好建模效果，可助力企業不斷提升管線信息化管理水平，為保障城市“生命線”平穩運行提供強大支撐。