改革开放以来,我国城市发展迅速,城市化进程的速度达到了世界同期的两倍。如何实现城市经济快速、可持续发展,成为当今人们密切关注的重大课题。城市信息化作为城市发展的一个新方向,已经成了城市发展的“加速器”。数字化与信息化建设已经成为城市现代化建设的主流和趋势。在城市化过程中,城市规划的作用显得尤为重要。但是传统的城市规划手段显然无法适应城市信息化的发展。三维虚拟城市的出现为城市规划人员提供了新的技术和手段。城市规划人员可以在一个三维虚拟的环境中,用动态交互的方式对规划城区进行全方位的审视,这是传统规划手段所无法达到的。本文在三维虚拟城市基础上提出了城市自动化生成方法的研究。以开封市汴西新区作为研究区域,以城市元胞自动机(Cellular Automata,CA)作为城市发展动力学模型,将城市新区规划作为城市模拟发展的框架,模拟三维虚拟城市的自动化生成及演化过程。本文的主要研究内容如下:1、城市功能区的生成首先在地理信息系统软件支持下,完成了城市元胞自动机所需要的基础地形数据、汴西新区土地规划数据和汴西新区项目用地统计资料的准备和处理工作,在此基础上构建了城市元胞自动机模型,并基于元胞自动机模拟得到了汴西新区2006年到2020年的发展演化数据。2、三维虚拟城市模型建设在三维建模的相关理论和方法的指导下,利用三维建模软件Terra Vista和MultiGen Creator构建了汴西新区三维地形和地物模型,建立了三维模型库。首先将地形图、遥感影像资料和道路、水系等经过转换配准后,以地形DEM、遥感影像、矢量数据等形式载入Terra Vista,统一生成了汴西新区地形模型。其次,建立城市虚拟景观的静态建筑物和动态建筑物。静态建筑物模型通过Terra Vista构建,在地形建模阶段通过点状或面状矢量数据生成。动态建筑物模型通过MultiGen Creator构建,通过三维虚拟城市生成系统实时调入三维场景。3、开发三维虚拟城市生成系统首先从理论上建立了三维坐标系统,确定了三维几何变换、投影变换和视口变换的方法。其次,在VC++6.0平台上开发了基于GeoCA-Urban模型和OpenGVS软件开发包的三维虚拟城市自动化生成系统,实现了虚拟城市多角度及自动漫游、虚拟城市自动化生成与动态显示等多种功能。系统主要通过OpenGVS软件开发包实现三维虚拟场景构建,重点解决了土地利用单元实体数据结构的建立、土地模拟数据读取与转换、三维坐标建立与换算方法、三维城市模型自动布置技术、实例对象动态管理技术及三维模型的自动演替算法等自动化生成关键技术。本文采用汴西新区2006年到2020年的发展演化数据,利用该系统生成了汴西新区(2006年-2020年)动态三维虚拟城市,结果显示:该系统的运行效率较高;三维可视化效果显著;能够反应在不同时段下城市规划对于虚拟城市格局的影响;具有一定的自动化水平,能够大规模实时自动生成三维城市景观。研究表明,采用高精度的城市元胞自动机模型,对三维虚拟城市生成的精度具有一定的影响。另外,采用中小尺度的城市功能区划分来进行虚拟城市三维模型布设更加合理,在可视化效果方面也更加真实。