应用Google Earth实现三维房屋模型之空间资料整合

随着GIS技术的日益发达，在过去，非专业人士无法进入的空间资讯技术领域，系因GIS使用的对象主要专为提供学术机关及商业团体应用；另方面，过去在使用空间信息的图资（如航遥测影像或数值地图等），除了价格昂贵之外，数据的取得和处理上亦属不易，因此，也大幅降低了使用者的使用意愿。反观，现今全球卫星定位技术（GPS）已广泛地应用在汽车导航等生活层面，且由于它提供了更为便利的操作界面，使用的复杂度普遍降低许多，使得一般普罗大众在跨入此一领域的门坎亦相对降低，可谓自此开展了空间信息技术逐步朝普及化应用的发展之路。

本文的目的，主要是运用Google Earth这个免费的平台，利用现有的资料及技术，建置台北市三维房屋模型于这个平台之上，进行三维空间都市模型虚拟导览。

目前全球最大搜寻引擎Google及微软两家公司都极力开发空间资讯的商业市场，其分别推出的Google Maps及Microsoft MSN Virtual Earth等工具【注一】，皆提供全世界之卫星或地图影像数据供使用者进行在线查询；同时也提供web界面之API供进阶网页设计者能做进一步的应用。由于其是针对一般使用者所设计，使用者可以直接透过API这个函式呼叫，进行简单的空间图资的套合以及加注点位之注记，功能上较为阳春。另一方面Google并购专门开发并展示三维数字地球之Keyhole公司而成立的Google Earth【注二】，该软件之免费版本即提供了全世界各地不同等级之卫星影像；部份都市地区更提供了分辨率高达0.61米的卫星影像。这对于一般的使用者而言，能获得如此庞大的资源，不失为一个非常理想的使用平台。

以下即简介Google Earth的现况与相关发展，以及本院在此方面之开发应用。
实时影音串流技术应用

Google Earth在三维展示影像部份采用实时之影音串流技术，透过因特网将远程之卫星影像传送到使用者端。其优点是使用者不需购买价格高昂的卫星影像数据，即可在线浏览及使用；缺点则是数据必须上网使用，同时也不容易将此数据拿来做更进一步的运用；然而对于一般初阶大众使用或数据展示而言，却已相当够用。

Google Earth的进阶应用

进阶的使用者可能常会有一些想法，想在Google Earth上加入自己感兴趣的东西，像是简单的点位标记数据、新增自订影像、甚至进一步加上三维的房屋模型等，这些在Google Earth 上都是被允许的。该软件本身即提供使用者可直接于地表上加注点位注记、影像标记等功能；同时也提供一种读档的方式以汇入这些数据。在此一格式中有一个kml的开放格式【注三】，它是由xml的语法所架构而 成的格式，其中可以放入点位标记、影像贴图及多边型三维数据。亦即，使用者在了解这个格式后，即可利用此一交换格式自行编修这个文件，把使用者自订的数据汇入Google Earth中，并和卫星影像结合进行三维数据展示。

GIS开发之免费空间信息技术模块

也许使用者会有很多数据，想要拿来做进一步的三维展示，但资料在汇入Google Earth之前，首先必须面临不同坐标系统的转换问题。Google Earth本身是架构在 WGS84坐标框架下所定义的经纬度坐标，这和台湾地区目前最常使用的TM2（横麦卡脱二度分带，以E及N值表示）坐标系或GRS67的经纬度坐标系明显不同。其中，台湾最常使用的二度分带坐标系又分别为TWD67（椭球定义在GRS67坐标框架）及TWD97（椭球定义在GRS80的坐标框架）【注四】，种种的坐标系一定要转换至WGS84的坐标系的架构下，其点位位置才能精确地座落在正确的位置上，并进一步和Google Earth所提供的卫星影像进行正确的套合。对此，本院计算中心GIS小组开发了相关之空间信息技术模块，免费在网络上提供使用者下载【注五】，欢迎有兴趣的读者者联机参考应用。

结合Google Earth的三维都市模型展示

Google Earth在美国各大城市均提供三维的房屋模型，可供使用者在在线直接观看当地之房屋3D模型，以了解当地城市的轮廓风貌；很可惜的是，一旦出美国本土之外，像台湾等各大城市就没有这些数据可供展示应用了。为补足此一缺憾，以下笔者想利用Google Earth所提供的平台，以自制的方式，使用台北市中山、士林等区的中山北路沿线房屋图层为例，与Google Earth 做结合做三维的都市模型展示。

本项作法系采用台北市千分之一数值地形图（CAD档）【注六】，抽离出房屋多边形线图层及文字注记（楼高）图层，透过Esri ArcView软件【注七】进一步进行编修程序，如：多边形线进行封闭处理（Build）而成为多边形，并萃取楼高注记中的楼高数值信息，把这信息加入每个独立多边形的属性之中，因此，每个多边形（房屋）即拥有它的楼层信息；同时估计每一楼层高度大约3米高，每楼建物的楼层乘上一常数3米，即可获得每栋建物的大约高度，并把这高度信息加入此房屋图层的属性数据之中，储存成shapefile格式即告完成。

由于笔者所取得的台北市千分之一数值图为分幅式的管理，因此，范围若超过一张图幅就会出现接幅的问题。此一部份需透过Esri ArcView所提供Processing 模块的Dissolve及Merge功能，将相邻图幅进行合并，多张图幅再合并而成为一个完整的房屋建物图资；另外，由于本图层的高度属性是记录在数据表中，并不属于纯3D的多边形向量数据，因而必须再使用Esri ArcView所提供3D Anaysis模块的Convert功能，将二维的房屋向量数据结合高度的属性数据，转换成为全3D（具有X, Y, Z属性）的Polygon向量数据。

上述所使用的台北市千分之一数值图是架构在TWD67的TM2坐标系上，必须再将坐标转换至WGS84坐标系才可以进行数据的套合。因此，需再利用本院计算中心GIS小组所开发的空间信息技术相关模块之座标转换工具【注五】，将TWD67 TM2的坐标系转换成WGS84经纬度座标。如此一来，房屋建物才能和Google Earth 做正确的套合。

然而Google Earth免费版本并不支持shapefile 等GIS数据格式，而必须再透过一套FME Suite for Google Earth【注八】的免费软体来进行转换。此一工具提供shapefile格式转换成Google Earth所支持的kml格式；透过此工具，即可将3D之shapefile数据转换成kml之交换格式，并汇入Google Earth。

本文以此方式进行建置台北市中山区、士林区中山北路沿线之房屋建物立体模型。藉此模型可以让使用者大致了解整个都市的现况及发展；另以此方式同样可建置出一个本院的3D建物模型，将背景贴上本院的航空照片为底图，同时再加入各所之网页连结或照片连结，如此便是一个架构在Google Earth上的三维的院区导览的应用实例。

结语

目前Google Earth不断的增加卫星影像的图资，提供愈来愈多地区高解析而免费使用的卫星影像；同时透过Google Earth的网络社区进行数据的分享，实现了分布式空间数据的一个架构，更增添整个网络资源可运用的素材，这对于未来数码城市（Cyber City）的建置，更进一步数字地球（Digital Earth）的环境建置，无益是一个非常好的实现工具，往后在这个平台上进行各式的技术开发，迎合更多大众的需求，势必成为为一股潮流，如同卫星导航应用在生活面，GIS的亲合力逐渐走向人群！

参考文献

【注一】Google Maps 所提供的API参考网址http://www.google.com/apis/maps/；MSN Virtual Earth参考网址http://virtualearth.msn.com/

【注二】Google Earth 参考网址http://earth.google.com/

【注三】Google Earth 所支持之kml格式相关文件，其参考网址http://www.keyhole.com/kml/kml_doc.html

【注四】台湾常用坐标系WGS84 经纬度及TWD97、TWD67二度分带座标之介绍http://www.tpcland.gov.tw/active/有关地籍座标系统整合之探讨.pdf

【注五】本院计算中心GIS小组开发了各式坐标转换的小工具，免费提供在网络上，供使用者下载参考网址 http://gis.ascc.net/ISTIS/tools.html

【注六】台北市政府都市发展局之台北市一千分之一数值地形图，参考网址http://www.udd.taipei.gov.tw/PlanWeb/FiRoger/NermicalChart.htm

【注七】ESRI 目前为最大的GIS软件开发公司，其参考网址如http://www.esri.com

【注八】FME Suite for Google Earth的免费软件进行转换