江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

陳 寧 柏 屏 高祥濤

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇南京 210029）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，三維展示平臺(tái)逐步從理論的范疇走向了實(shí)際的操作應(yīng)用。由于三維GIS（地理信息系統(tǒng)Geographic Information System）具有多維信息展現(xiàn)處理和分析的特點(diǎn)，致使這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。

江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)以GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，集成多源海量數(shù)據(jù)，包括：影像數(shù)據(jù)、DEM（數(shù)字高程模型Digital Elevation Model）、三維模型數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等［1］，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)水利工程三維場(chǎng)景、三維數(shù)據(jù)的快速瀏覽及三維空間查詢、分析等操作。

1 技術(shù)構(gòu)建

1.1 Skyline技術(shù)

Skyline（三維 GIS）軟件是當(dāng)前世界上應(yīng)用較為廣泛的三維GIS軟件之一，它利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其它的2D（二維）或3D（三維）信息源，包括GIS數(shù)據(jù)集層等創(chuàng)建一個(gè)交互式環(huán)境［2］。它能夠允許用戶快速的融合數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫，并且有效地支持大型數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)信息流通訊技術(shù)，此系統(tǒng)還能夠快速和實(shí)時(shí)地向用戶展現(xiàn)3D地理空間影像。Skyline軟件為網(wǎng)絡(luò)和非網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了一個(gè)三維交互世界的窗口，支持在本地或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行基本數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)分析等。

基于Skyline建立三維場(chǎng)景的主要優(yōu)勢(shì)在于不同比例尺數(shù)據(jù)與多級(jí)分辨率影像無縫分級(jí)顯示，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)算等。但對(duì)于較大范圍三維場(chǎng)景的渲染效率較低、渲染效果較差，達(dá)不到精細(xì)展示大型水利設(shè)施的要求。

1.2 VR技術(shù)

VR（虛擬現(xiàn)實(shí) Virtual Reality）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，它綜合集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真、人工智能、微電子等科學(xué)技術(shù)。

它通過系統(tǒng)生成虛擬環(huán)境，用戶通過計(jì)算機(jī)進(jìn)入虛擬的三維環(huán)境，可以運(yùn)用人體感官與自然技能感受逼真的虛擬環(huán)境，身臨其境地與虛擬世界進(jìn)行交互作用，乃至操縱虛擬環(huán)境中的對(duì)象，完成用戶需要的各種虛擬過程［3］。

VR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于無需下載應(yīng)用文件，直接在瀏覽器中運(yùn)行，系統(tǒng)基于VR技術(shù)最終可實(shí)現(xiàn)大范圍、海量、多源數(shù)據(jù)的一體化管理，且能高效、高細(xì)節(jié)地展示三維水利設(shè)施。采取VR技術(shù)構(gòu)建的江都水利樞紐等重點(diǎn)水利設(shè)施，可更真實(shí)、直觀地展現(xiàn)水利樞紐的建設(shè)成果。

1.3 Skyline與VR技術(shù)的集成

江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)利用Terra Explorer Pro（Skyline Globe公司出品的瀏覽器，用來查看由Terra Builder創(chuàng)建的三維地形數(shù)據(jù)集場(chǎng)景mpt或tbp文件），通過紋理拍攝、圖片處理和貼圖建立一些如房屋等簡(jiǎn)單的模型。而一些比較復(fù)雜的模型，比如水利工程中的標(biāo)志性建筑以及大型裝置設(shè)備等，需要在3D MAX（Autodesk公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件）等一些三維模型制作軟件中創(chuàng)建。以3D MAX為基礎(chǔ)，按實(shí)物的實(shí)際大小創(chuàng)建模型，注意要把實(shí)物的某個(gè)特殊坐標(biāo)點(diǎn)定于3D MAX中的原點(diǎn)上，模型建完之后利用這個(gè)點(diǎn)把模型按照坐標(biāo)正確的放于地形模型之上。在3D MAX中完成的模型數(shù)據(jù)需要導(dǎo)成Terra Explorer Pro可以辨認(rèn)的*.X文件，這就需要在3D MAX中安裝Panda DirectX Max Exporter插件。Terra Explorer Pro把三維模型數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)融合成一個(gè)具有高三維仿真的最終文件.FLY文件。數(shù)據(jù)文件最后經(jīng)過TerraExplorer Pro打包壓縮處理完成。本平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

2 功能與實(shí)現(xiàn)

2.1 平臺(tái)界面

江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)界面如圖2所示。

2.2 平臺(tái)功能

江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)功能架構(gòu)如圖3所示。鈕來觸發(fā)操作命令，然后調(diào)用實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能的其他模塊；

②提供地圖常用操作功能：放大、縮小、平移、全圖；

③提供鷹眼圖。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本模塊設(shè)計(jì)為一個(gè)可執(zhí)行文件，內(nèi)含一個(gè)窗體類，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口。

WinDefault為本模塊的窗體類，由于該類是一個(gè)窗口實(shí)體類，所有的操作和實(shí)現(xiàn)過程都在該類內(nèi)部完成，

圖1 三維展示平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程

圖2 江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)

圖3 江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)功能架構(gòu)圖

2.2.1 三維交互瀏覽

（1）功能描述：本模塊提供主控用戶界面，集成子系統(tǒng)的所有功能供用戶操作使用。

本模塊的功能主要為：

①提供菜單、快捷鍵、工具欄按在外部調(diào)用程序來看，只需將該類實(shí)例化，并且show（）出三維展示窗口即可。

2.2.2 圖層管理-快速定位

（1）功能描述：這兩個(gè)模塊位于用戶界面的右邊，也可以動(dòng)態(tài)?？坑谥鹘缑娴淖笥椅恢?。

模塊提供的功能主要為：

①改變圖層顯示順序，圖層顯示屬性等；

②配置圖層的加載項(xiàng)，系統(tǒng)可以維護(hù)圖層的添加和移除；

④鳥瞰圖。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本模塊設(shè)計(jì)為一個(gè)可執(zhí)行文件，內(nèi)含一個(gè)窗體類，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口。

Win Info Tre和Win Navigate分別為圖層管理模塊、快速定位功能模塊的窗體類，由于是窗口實(shí)體類，所有的操作和實(shí)現(xiàn)過程都在該類內(nèi)部調(diào)用控件axTEInformationWindow和axTENavigationMap的自身功能完成，在外部調(diào)用程序來看，只需將類實(shí)例化，并且show（）出窗口即可。

2.2.3 信息查詢與編輯

（1）功能描述：這兩個(gè)模塊可以動(dòng)態(tài)?？坑谥鹘缑娴淖笥椅恢?。

模塊提供的功能主要為：

①信息查詢，查詢結(jié)果定位等功能；

②用戶可以選擇單個(gè)交通地理信息要素，編輯屬性數(shù)據(jù)。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：信息查詢模塊設(shè)計(jì)為一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，根據(jù)信息點(diǎn)包含的內(nèi)容動(dòng)態(tài)構(gòu)造頁面，主要是IContainer2容器類的實(shí)現(xiàn)。屬性編輯設(shè)計(jì)為一個(gè)窗體類，里面包含各種.net控件和Skyline控件。

第三代金融危機(jī)不再僅僅局限于宏觀經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)和宏觀政策，開始更多的關(guān)注資本價(jià)格、金融市場(chǎng)、市場(chǎng)信息等方面。比如由于投資者和融資者之間信息不對(duì)稱產(chǎn)生的市場(chǎng)失靈和“羊群效應(yīng)”就會(huì)加大股票和資金市場(chǎng)的波動(dòng)性；再比如債務(wù)人因?yàn)橘Y金不足陷入流動(dòng)性危機(jī)，從而不得不將自己的部分資產(chǎn)低價(jià)售出變現(xiàn)用于償債，這樣一來就會(huì)影響市場(chǎng)價(jià)格體系引發(fā)危機(jī)。進(jìn)一步的，如果債務(wù)人出現(xiàn)違約，這種流動(dòng)性的缺乏就會(huì)因?yàn)榻鹑谙到y(tǒng)的緊密聯(lián)系而逐漸蔓延并影響到其他領(lǐng)域。相應(yīng)的第三代金融危機(jī)理論也有很多分支，比如信息不對(duì)稱引發(fā)金融風(fēng)險(xiǎn)、道德風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生、流動(dòng)性市場(chǎng)無效率、危機(jī)在金融市場(chǎng)間的傳染等。

Winproperty為屬性編輯模塊的窗體類，由于是窗口實(shí)體類，所有的操作和實(shí)現(xiàn)過程都在該類內(nèi)部調(diào)用各類控件的事件方法完成，在外部調(diào)用程序來看，只需將類實(shí)例化，并且show（）出窗口即可。

2.2.4 測(cè)量與圖形輸出

（1）功能描述：

這兩個(gè)功能模塊都是在Skyline的三維場(chǎng)景上直接實(shí)現(xiàn)。

模塊提供的功能主要為：

①提供各種輔助用戶了解、掌握信息的工具，包括距離量測(cè)、面積量測(cè)等功能；

②系統(tǒng)提供了快速截圖工具，可以對(duì)三維窗口進(jìn)行快速捕捉和存儲(chǔ)，將三維地形窗口的影像保存為BMP、TIF等格式的圖片，便于傳閱、分析和保存。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：三維量測(cè)功能、圖形輸出模塊設(shè)計(jì)完全調(diào)用Skyline控件的本身功能。即使用ITerraExplorer X的IMenu接口，外部調(diào)用程序調(diào)用時(shí)，只需將該接口實(shí)例化，直接執(zhí)行。

2.2.5 三維創(chuàng)建

（1）功能描述：本功能模塊位于用戶界面的右邊，也可以動(dòng)態(tài)?？坑谥鹘缑娴淖笥椅恢?。

模塊提供的功能主要為：三維創(chuàng)建工具允許用戶在本地三維場(chǎng)景中創(chuàng)建圖片、線、面、箭頭，包括進(jìn)行建筑模型以及復(fù)雜的道路設(shè)計(jì)等，并保存到本地。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：三維創(chuàng)建模塊調(diào)用I TerraExplorer X的I TerraExplorer 5、I Information Tree 5、I ObjectManager 5接口。外部調(diào)用程序調(diào)用時(shí)，要將這些接口實(shí)例化。

4 結(jié)語

江蘇省水利地理信息系統(tǒng)三維展示平臺(tái)在Skyline技術(shù)的基礎(chǔ)上，加載了全省DOM數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)及重點(diǎn)水利設(shè)施、建筑及景觀三維模型數(shù)據(jù)，并集成了基于VR技術(shù)的大型水利三維虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了各類水利要素信息實(shí)時(shí)、直觀地瀏覽、查詢，并可輔助進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和決策，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效的管理，提高運(yùn)行質(zhì)量和效率、降低運(yùn)行成本。

本平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度、精細(xì)化三維地形數(shù)據(jù)的組織、發(fā)布和應(yīng)用，不僅具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且在江蘇省乃至全國(guó)的水利信息化建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景。

［1］陳 寧，柏 屏，曹 帥.江蘇省水利地理信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)淺析［J］.江蘇水利，2012，（3）:15-16.

［2］譚云婷，陸朝鋒，廖順華.基于Skyline的三維景觀GIS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2008，（12）:117-120.

［3］劉清華.基于信息系統(tǒng)下的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的初步探究［J］.福建電腦，2009，（11）.