1、三維數字校園模型建立方法的探析-收稿日期：2010-10-31作者簡介：%（1990- ），男，* -*通訊作者：&Email：&（-， 泰安 ）摘 要：數字地球的提出與發(fā)展有力地促進了數字校園的建設，當今數字校園已成為當前普通高校信息化建設的熱點。數字化管理已成為校園管理的一種新型模式?？梢暬瘮底中@模型的建立，可實現數字校園三維顯示、視景漫游、視覺仿真等功能。本文主要對建立可視化數字校園模型方法進行闡述。關鍵詞：數字校園；三維模型； ArcGIS；IMAGIS；CCGIS中圖分類號： 文獻標志碼： 文章編號：Exploration for the methods of building t

2、hree-dimensional digital campus model *（School of information science and engineering* Agricultural University, Taian ,china）Abstract： As the development of “Digital Earth” promoted the construction of digital campus,now digital campus has become the focus of informatization construction in universi

3、ties. Digital management has become a new campus management style.Visual model of digital campus can realize the functions of three-dimensional display, visual roam_ ing, visual simulation etc in digital campus.This paper based on the model of digital campus visualization methods .Key words：digital

4、campus；three-dimensional model；ArcGIS；IMAGIS；CCGIS一 引言數字校園（digital campus）是一種集數字化、信息化、可視化等多種技術為一體的計算機管理應用系統。1與二維數字校園相比，三維數字校園系統功能強大，不僅能通過網絡更直觀地展示校園風貌，還能通過動態(tài)交互產生身臨其境的感覺，對校際交流、教學科研及日常事務管理等具有重要的現實意義。當今可用于數字校園可視化模型建設的軟件很多，每個成熟的軟件都能很好的制作出三維景觀圖，本文主要闡述ArcGIS、CCGIS、IMAGIS軟件建立三維數字校園模型方法。二 三維建模軟件著名的3D建模軟件有Aut

5、oCAD、3DMAX、美國UGA公司的UG軟件，用它們可以直接做出比較逼真的3維模型，但它們所使用的坐標系統是笛卡爾平面坐標，與真實的地理空間很難關聯，生成的數據很難進入GIS，因為GIS中的空間對象都是使用大地坐標；對于大范圍區(qū)域，如果每個地物目標都這樣建模不僅費時，而且也不實際。22當前地理信息系統（GIS）的研究得到了飛速發(fā)展，極大地促進了三維GIS的發(fā)展，并向商業(yè)化發(fā)展，其先后出現了一批3D產品，如美國ESRI公司的ArcGIS、ERDAS公司的Imagine VirtualGIS模塊、加拿大PCI Geomatics公司的PAMAP GISTopographer等；國內也有日趨成熟的

6、軟件：包括適普公司的IMAGIS、吉奧公司的CCGIS、北京靈圖公司的VRMap、超圖的Supermap、泰坦公司Taitan VRmap以及具有國內WEB3D最高畫質中視典數字科技公司的VRPIE等都能較好的實現三維可視化功能。三 三維校園的實現三維校園的實現包括三個步驟收集數據資料、三維建模和三維校園瀏覽。圖1 三維校園模型制作流程圖（Fig1 3d model making flowcharts Campus）31 數據收集及處理通過外業(yè)采集和從校內管理部門收集現狀及規(guī)劃數據，數據分為空間數據（主要指圖形信息、圖像信息）和非空間數據（包括紋理數據、建筑物高度信息等）。14使用的數據有三種

7、：一是地表數據，即校園場景區(qū)域的DEM數據和各種建筑物、樹木的位置地形圖，一般采用CAD（*DXF （R14）格式（CCGIS IMAGIS可使用）、Arcgis使用的Shape格式的地形圖；二是建筑物模型數據，即建筑物的高度及外觀信息等；三是紋理數據，包括建筑物的表面紋理及道路、地面、樹木草坪的紋理。32 DEM的制作DEM（Digital Elevation Model）是一定范圍內規(guī)則格網點的平面坐標（X，Y）及其高程（Z）的數據集，它主要是描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布，是通過等高線或相似立體模型進行數據采集（包括采樣和量測），然后進行數據內插而形成的。DEM是對地貌形態(tài)的虛擬表示26。數

8、字高程模型有不規(guī)則三角網模型TIN和規(guī)則格網模型GRID兩種。其建模通常是用數字攝影測量的方法，通過影像匹配自動生成；也可通過掃描地形圖和數字化地形圖，獲得矢量化等高線，內插成數字高程模型。DEM在特征編碼數據采集完成后的幾何模型建立過程中將作為三維模型的地面起算依據。制作DEM的方法有很多，例如：（1）將高程點直接導入ArcMap的2維編輯器中進行處理，處理過程中必須全面檢查等高線是否存在錯誤，預覽無誤后即可利用3DAnalyst模塊生成不規(guī)則三角網（TIN）數據22。（2）利用已有的dxf地形圖文件，刪去多余層，只保留等高線和高程點。利用VRModel中的有DXF文件生成DEM，制作校園地

9、面高程模型。（3）利用IMAGIS中的二維圖形編輯系統打開等高線文件或導入由其他軟件生成的等高線文件，根據等高線文件生成數字高程模型DEM等方法。此外，還可以利用GeoTIN模塊進行制作和編輯DEM。33 生成三維地物模型生成三維模型的方法有兩種：自動生成和人工生成建筑物。目前大多數GIS軟件都提供了利用2維線劃數據及其相應高度屬性進行3維建模的功能22。而各種軟件得建模方法有一定差異：（1）ArcGIS：將Shape格式文件里的各要素圖層分別導入ArcScene，然后統一進行建筑物三維模型的自動創(chuàng)建22。此外，ArcScene還提供了強大的3維數據模型庫，利用該庫可以進行樹木、電桿、路燈等批

10、量模型的建立。（2）CCGIS：規(guī)則的建筑模型是通過把帶高程信息的DXF格式二維矢量數據直接導人VRModel建模軟件中自動獲得的。不規(guī)則建筑模型的創(chuàng)建是三維建模的難點，不規(guī)則建筑模型的創(chuàng)建方法是：首先對建筑物進行分割，把它分為規(guī)則部分和不規(guī)則部分。規(guī)則部分建模的方法用VRModel建模軟件自動獲得建筑模型；而不規(guī)則的部分要使用VRModel軟件中的模型創(chuàng)建和模型編輯功能來實現。（3）IMAGIS：將在IMAGIS的二維圖形編輯系統中編輯后的文件保存為*2D的文件，導人三維可視地理信息系統中，對其進行線條處理；同時給當前的線劃圖添加DEM，真實再現地形和地貌25。人工創(chuàng)建建筑物則要輸入每個要拉

11、伸建筑物的高度，將二維房地產平面圖中線條數據轉變成三維模型。除了創(chuàng)建這些簡單的三維建模外，還可以利用鏡像建模、旋轉建模、創(chuàng)建填充區(qū)等建模功能建立一些比較復雜的三維房地產模型。對于更加復雜的建筑物可以先用3DMAX建立模型，再導入到IMAGIS中。大多數軟件都 導入*3ds文件模型。建筑物附屬設施、樹木、汽車、人物等分別應用3DS Max軟件建成標準模型，以備重復使用。對于較大樹木、雕塑等利用3D實驗室的三維激光掃描儀（Trimble GS200）進行掃描，利用3Dipsos軟件建模，獲得精細的單體模型27。在建模前，必須對數字化后的地圖進行相應的編輯和處理，主要內容有：多余圖層的刪除；對無高程

12、屬性的建筑物按樓層數進行高度Z坐標的賦值；地面高程數據的檢查與修改等22。此外，可采用Creator建立數字校園系統，但對于硬件要求較高。而全數字攝影測量系統VirtuoZo NT建立校園三維立體景觀5，也是一種有效地方法，建模量很大的情況較為適用。34 紋理的處理及添加3維景觀圖的基本模型建成之后，通過實地采集的建筑物紋理，利用GIS軟件的紋理映射功能對所有的地物對象貼紋理，使生成的校園3維景觀更加逼真和生動。紋理通過數碼相機拍攝而得，大多為JPG格式存儲，在紋理的拍攝過程中由于受視野狹窄和樹木等地物的遮掩，往往很難獲取一張完整的建筑物立面像片，因此必須先采用平面圖形處理軟件如Photosh

13、op、sketchup進行處理。ArcGIS紋理圖片可以使用Sketchup軟件處理。Sketchup中提供了ESRI sketchup插件與ArcGIS軟件進行關聯，可以直接將在sketchup中建立好的整個三維場景導出成*mdb格式9。CCGIS只支持OS/2文件格式，深度為24的BMP格式圖片紋理。IMAGIS的貼圖文件可以是BMP、TIF、JPG和GIF格式。貼圖可用兩種方法：按對應點貼圖，以建筑物各個表面的點同紋理進行點點對應貼圖；不按對應點貼圖，將紋理自動按建筑物的表面進行貼圖25。但對于樹木和廣告牌的透明紋理只能使用BMP格式圖片。對于樹木和廣告牌等的紋理可進行透明紋理處理;而對

14、于草坪、地面等的紋理可利用平鋪紋理的方式。如果紋理的枯貼面在xy、xz或yz平面上，則必須在粘貼時選擇該選項，設定平鋪紋理起始的坐標值和在X、Y方向上平鋪的次數。35 三維瀏覽和動畫錄制通過制定飛行路線、飛行速度和飛行高度，然后就可通過鍵盤、鼠標或游戲桿控制視點的位置和視線的方向進行漫游。選定的飛行路線錄制成Avi、fly格式視頻文件，在播放器上播放。四 數字校園模型的應用和展望3維校園系統能真實、直觀地再現校園的建筑、地表信息以及地下管道等的三維景觀，可以對模型進行任意的視圖縮放、平移、視點變換、角度旋轉及三維飛行漫游，制作電影、幻燈片等宣傳說明材料，使整個校園真實地再現于一個虛擬現實的系統

15、內。利用瀏覽、查詢、檢索各種實體的屬性信息，可以為校園的決策者提供方便快捷的分析決策和參考信息，如空間網絡分析、空間拓撲分析、空間測距、開挖與回填分析、等值線分析、曲面和地表面面積計算以及x、y、z3個方向任意剖面圖的自動生成等信息，從而更加有利于進行校園的整體規(guī)劃和長遠規(guī)劃。通過對數據庫的維護，使用人員可以動態(tài)修改數據表的結構，增加刪除各種記錄，根據需要隨時更新數據庫，以保證系統數據的準確性和及時性。數字校園建模系統的建成將會提高工作人員的工作質量和工作效率，有助于提高校園管理的自動化和智能化水平，使其綜合管理水平提升到一個新的高度。隨著今后進一步開發(fā)完善和投人實踐的應用，CCGIS 、IM

16、AGIS等3維建模系統將在校園的營運管理及今后校園的擴建工作(特別是資金的估算以及校園規(guī)劃)等方面將發(fā)揮出巨大的作用，同時也具有向其他行業(yè)拓展的廣泛應用前景。五 小結基于地圖的方法，利用已有GIS、地圖和二維平面數據以及其他高度輔助數據經濟快速建立三維校園模型，有利于校園景觀直觀的顯示在多媒體屏幕上，實現不出戶即可參觀校園風光。對于已經建好的數字校園模型添加屬性數據，即可實現數據的空間分析、查詢。將VRGIS與WEBGIS這兩種技術相結合，利用可視化開發(fā)工具net和TopMa PWorld等組件實現數字校園的二維顯示、查詢、分析等功能14。對于當今的校園可視化模型多為非真三維模型，三維數字校園

17、應向精細化發(fā)展。參考文獻：1 李芳，肖洪，楊波，周亮，劉宇鵬三維數字校園的設計與實現J 系統仿真技術，2010，6（1）2 梁勇，袁銘，朱紅春，刁海婷數字城市建設與管理M北京：中國農業(yè)大學出版社，20053 尹愛華基于SOA數字校園的設計與實現J現代遠距離教育，2007（6）：26-284 王錢永數字校園的系統構架J中國教育網絡，2007（12）：75-765 李春梅基于IMAGIS的數字校園建設J礦山測量，2008（1）：42-446 肖立基于CCGIS三維城市景觀模型建模J 武漢科技大學學報（ 自然科學版），2006，29（4）7 陳立新，黃吉鑫，吳興揚校園安全數字化管理探析J揚州大學學報

18、（高教研究版），2010，14（3）：94-968 姜真杰，方陸明，壽韜GIS技術在數字校園建設中的應用J計算機工程與設計，2003（8）：60-629 鄧世贊，孫 珂，李春靜，趙巖巖基于ArcGIS Engine的數字校園系統設計與實現J華北水利水電學院學報，2009（5）：70-7110 郭偉，趙萍，黃海波，程曉亮基于WebGIS和VRGIS的數字校園的設計與實現J測繪科學，2010（2）：73-7411 徐欣，才杰，王琴如何理解數字校園J中國醫(yī)學教育技術，2002（1）：8-912 江輝仙，張文開，林廣發(fā)，黃萬里基于VRGIS的虛擬校園三維仿真技術應用J福建師范大學學報（自然科學版），2

19、006，22（2）：109-11313 孫云鵬基于Supermap的三維立體校園建設J唐山師范學院學報，2009，31（5）：71-7314 張鵬林，胡文敏基于Vega的三維GIS開發(fā)技術研究J測繪信息工程，2006，31（4）：36-3715 滕志鵬，蘇紅旗，郭敏敏基于VRML的3D虛擬校園J科技創(chuàng)新導報，2010（6）：3216 李東基于Skyline的三維GIS在“數字鄉(xiāng)村”建設中的應用J云南地理環(huán)境研究，2010，22（2）17 侯妙樂，劉忠貞，孫維先基于Skyline的三維數字校園J北京建筑工程學院學報，2008，24（4）18 張文君，王衛(wèi)紅基于Imagis的三維景觀模型的建立J四川測繪，2003：72-7419 姜彤，張濤，程強基于GIS的三維數字校園系統J中國水運，2007，7（11）：177-17820 伊丕源，趙英俊，劉德長，劉光華基