《GIS專題》 應用Google Earth實現三維房屋模型之空間資料套合 范成楝 前言 隨著GIS技術的日益發達，在過去，非專業人士無法進入的空間資 訊技術領域，係因GIS使用的對象主要專為提供學術機關及商業團體 應用；另方面，過去在使用空間資訊的圖資（如航遙測影像或數值 地圖等），除了價格昂貴之外，資料的取得和處理上亦屬不易，因 此，也大幅降低了使用者的使用意願。反觀，現今全球衛星定位技 術（GPS）已廣泛地應用在汽車導航等生活層面，且由於它提供了更 為便利的操作界面，使用的複雜度普遍降低許多，使得一般普羅大 眾在跨入此一領域的門檻亦相對降低，可謂自此開展了空間資訊技 術逐步朝普及化應用的發展之路。 本文的目的，主要是運用Google Earth這個免費的平台，利用現 有的資料及技術，建置台北市三維房屋模型於這個平台之上，進行 三維空間都市模型虛擬導覽。 目前全球最大搜尋引擎Google及微軟兩家公司都極力開發空間資 訊的商業市場，其分別推出的Google Maps及Microsoft MSN Virtual Earth等工具【註一】，皆提供全世界之衛星或地圖影像資料供使用 者進行線上查詢；同時也提供web界面之API供進階網頁設計者能做 進一步的應用。由於其是針對一般使用者所設計，使用者可以直接 透過API這個函式呼叫，進行簡單的空間圖資的套合以及加註點位之 註記，功能上較為陽春。另一方面Google併購專門開發並展示三維 數位地球之Keyhole公司而成立的Google Earth【註二】，該軟體之 免費版本即提供了全世界各地不同等級之衛星影像；部份都市地區 更提供了解析度高達0.61米的衛星影像。這對於一般的使用者而言， 能獲得如此龐大的資源，不失為一個非常理想的使用平台。 以下即簡介Google Earth的現況與相關發展，以及本院在此方面 之開發應用。 即時影音串流技術應用 Google Earth在三維展示影像部份採用即時之影音串流技術，透 過網際網路將遠端之衛星影像傳送到使用者端。其優點是使用者不 需購買價格高昂的衛星影像資料，即可線上瀏覽及使用；缺點則是 資料必須上網使用，同時也不容易將此資料拿來做更進一步的運用； 然而對於一般初階大眾使用或資料展示而言，卻已相當夠用。 Google Earth的進階應用 進階的使用者可能常會有一些想法，想在Google Earth上加入自 己感興趣的東西，像是簡單的點位標記資料、新增自訂影像、甚至 進一步加上三維的房屋模型等，這些在Google Earth 上都是被允許 的。該軟體本身即提供使用者可直接於地表上加註點位註記、影像 標記等功能；同時也提供一種讀檔的方式以匯入這些資料。在此一 格式中有一個kml的開放格式【註三】，它是由xml的語法所架構而 成的格式，其中可以放入點位標記、影像貼圖及多邊型三維資料。 亦即，使用者在瞭解這個格式後，即可利用此一交換格式自行編修 這個文件，把使用者自訂的資料匯入Google Earth中，並和衛星影 像結合進行三維資料展示。 GIS開發之免費空間資訊技術模組 也許使用者會有很多資料，想要拿來做進一步的三維展示，但資 料在匯入Google Earth之前，首先必須面臨不同座標系統的轉換問 題。Google Earth本身是架構在 WGS84座標框架下所定義的經緯度 座標，這和台灣地區目前最常使用的TM2（橫麥卡脫二度分帶，以E 及N值表示）座標系或GRS67的經緯度座標系明顯不同。其中，台灣 最常使用的二度分帶座標系又分別為TWD67（橢球定義在GRS67座標 框架）及TWD97（橢球定義在GRS80的座標框架）【註四】，種種的 座標系一定要轉換至WGS84的座標系的架構下，其點位位置才能精確 地座落在正確的位置上，並進一步和Google Earth所提供的衛星影 像進行正確的套合。對此，本院計算中心GIS小組開發了相關之空間 資訊技術模組，免費在網路上提供使用者下載【註五】，歡迎有興 趣的讀者者連線參考應用。 結合Google Earth的三維都市模型展示 Google Earth在美國各大城市均提供三維的房屋模型，可供使用 者在線上直接觀看當地之房屋3D模型，以瞭解當地城市的輪廓風貌； 很可惜的是，一旦出美國本土之外，像台灣等各大城市就沒有這些 資料可供展示應用了。為補足此一缺憾，以下筆者想利用Google Earth所提供的平台，以自製的方式，使用台北市中山、士林等區的 中山北路沿線房屋圖層為例，與Google Earth 做結合做三維的都市 模型展示。 本項作法係採用台北市千分之一數值地形圖（CAD檔）【註六】， 抽離出房屋多邊形線圖層及文字註記（樓高）圖層，透過Esri ArcView 軟體【註七】進一步進行編修程序，如：多邊形線進行封閉處理（Build） 而成為多邊形，並萃取樓高註記中的樓高數值資訊，把這資訊加入 每個獨立多邊形的屬性之中，因此，每個多邊形（房屋）即擁有它 的樓層資訊；同時估計每一樓層高度大約3米高，每樓建物的樓層乘 上一常數3米，即可獲得每棟建物的大約高度，並把這高度資訊加入 此房屋圖層的屬性資料之中，儲存成shapefile格式即告完成。 由於筆者所取得的台北市千分之一數值圖為分幅式的管理，因此， 範圍若超過一張圖幅就會出現接幅的問題。此一部份需透過Esri ArcView所提供GeoProcessing 模組的Dissolve及Merge功能，將相 鄰圖幅進行合併，多張圖幅再合併而成為一個完整的房屋建物圖資； 另外，由於本圖層的高度屬性是記錄在資料表中，並不屬於純3D的 多邊形向量資料，因而必須再使用Esri ArcView所提供3D Anaysis 模組的Convert功能，將二維的房屋向量資料結合高度的屬性資料， 轉換成為全3D（具有X, Y, Z屬性）的Polygon向量資料。 上述所使用的台北市千分之一數值圖是架構在TWD67的TM2座標系 上，必須再將座標轉換至WGS84座標系才可以進行資料的套合。因此， 需再利用本院計算中心GIS小組所開發的空間資訊技術相關模組之座 標轉換工具【註五】，將TWD67 TM2的座標系轉換成WGS84經緯度座 標。如此一來，房屋建物才能和Google Earth 做正確的套合。 然而Google Earth免費版本並不支援shapefile 等GIS資料格式， 而必須再透過一套FME Suite for Google Earth【註八】的免費軟 體來進行轉換。此一工具提供shapefile格式轉換成Google Earth所 支援的kml格式；透過此工具，即可將3D之shapefile資料轉換成kml 之交換格式，並匯入Google Earth。 所附之【圖一】即為本文以此方式進行建置台北市中山區、士林 區中山北路沿線之房屋建物立體模型。藉此模型可以讓使用者大致 瞭解整個都市的現況及發展；另以此方式同樣可建置出一個本院的 3D建物模型，如【圖二】所示，將背景貼上本院的航空照片為底圖， 同時再加入各所之網頁連結或照片連結，如此便是一個架構在Google Earth上的三維的院區導覽的應用實例。 結語 目前Google Earth不斷的增加衛星影像的圖資，提供愈來愈多地 區高解析而免費使用的衛星影像；同時透過Google Earth的網路社 區進行資料的分享，實現了分散式空間資料的一個架構，更增添整 個網路資源可運用的素材，這對於未來數碼城市（Cyber City）的 建置，更進一步數位地球（Digital Earth）的環境建置，無益是一 個非常好的實現工具，往後在這個平台上進行各式的技術開發，迎 合更多大眾的需求，勢必成為為一股潮流，如同衛星導航應用在生 活面，GIS的親合力逐漸走向人群！ 參考文獻 【註一】Google Maps 所提供的API參考網址 http://www.google.com/apis/maps/； MSN Virtual Earth參考網址http://virtualearth.msn.com/ 【註二】Google Earth 參考網址 http://earth.google.com/ 【註三】Google Earth 所支援之kml格式相關文件，其參考網址 　　 　http://www.keyhole.com/kml/kml_doc.html 【註四】台灣常用座標系WGS84 經緯度及TWD97、TWD67二度分帶座 標之介紹http://www.tpcland.gov.tw/active/有關地籍座 標系統整合之探討.pdf 【註五】本院計算中心GIS小組開發了各式座標轉換的小工具，免費 提供在網路上，供使用者下載參考網址 http://gis.ascc.net/ISTIS/tools.html 【註六】台北市政府都市發展局之台北市一千分之一數值地形圖， 參考網址 http://www.udd.taipei.gov.tw/PlanWeb/FiRoger/NermicalChart.htm 【註七】ESRI 目前為最大的GIS軟體開發公司，其參考網址如 http://www.esri.com 【註八】FME Suite for Google Earth的免費軟體進行轉換，其參 考網址如http://www.safe.com/google/index.php