基于ArcGIS的三維虛擬校園信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

史飛飛，車自力，雷春苗，3，靳晴雯，3，袁嬌陽,李歡

（1.青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，青海西寧810008；2.咸陽師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西咸陽712000；3.寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西寶雞721013）

基于ArcGIS的三維虛擬校園信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

史飛飛1，2，車自力2，雷春苗2，3，靳晴雯2，3，袁嬌陽2,李歡2

（1.青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，青海西寧810008；2.咸陽師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西咸陽712000；3.寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西寶雞721013）

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，校園空間信息的存儲(chǔ)與處理更加依賴基于GIS技術(shù)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)合新興的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將孕育出豐富多彩的三維虛擬校園信息系統(tǒng)，這是數(shù)字化校園建設(shè)的革命性突破。以咸陽師范學(xué)院為例，探討以ArcScene為展示平臺(tái)，以3Dmax軟件為建模工具，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)校園景觀的三維動(dòng)態(tài)展示、校園信息的管理和查詢等功能，提高了校園信息的管理效率，是目前學(xué)校對外展示的新途徑。

ArcScene；ArcMap；3Dmax；虛擬校園

1989年由美國的蘭尼爾(J Lanier)最先提出虛擬現(xiàn)實(shí)這一概念,之后并將其嚴(yán)格定義為使用計(jì)算機(jī)技術(shù)在一定的虛擬環(huán)境下人工模擬一個(gè)真切的3D視覺、立體聽覺、全真觸覺等感官世界,并能使用戶從自身的視覺出發(fā),借助人體感官和相關(guān)技術(shù)裝備進(jìn)入虛擬的環(huán)境，從而進(jìn)行客觀地瀏覽和交互式體驗(yàn)[1]。在中國,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）又稱作靈境技術(shù)或幻真技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展已被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、娛樂、軍事航天、房產(chǎn)設(shè)計(jì)、工業(yè)制造、應(yīng)急模擬演練、道路橋梁設(shè)計(jì)、水文地質(zhì)、遠(yuǎn)程教育等各個(gè)方面。其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在地理方面的應(yīng)用尤為突出，運(yùn)用數(shù)字高程模型，地面正射影像以及城市道路、房屋建筑、城市基礎(chǔ)設(shè)施等各種仿真模型并依據(jù)其空間關(guān)系進(jìn)行組合，從而真實(shí)模擬城市建筑及街區(qū)的景象。利用該技術(shù)，用戶可以在輸出設(shè)備上虛擬瀏覽整個(gè)城市的全景，能夠進(jìn)行興趣區(qū)屬性查詢、距離量測、場景漫游和飛行瀏覽等操作。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在為數(shù)字城市的建設(shè)規(guī)劃、社區(qū)服務(wù)、消防安全、城市交通等各方面提供可視化空間地理信息服務(wù)，今后也必將在各行各業(yè)中發(fā)揮重要的作用。

目前，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“數(shù)字校園”是廣大高校和社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。在此背景下，本文以咸陽師范學(xué)院為例，將借助VR技術(shù)和GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園信息系統(tǒng)的建設(shè)。該系統(tǒng)的建立是實(shí)現(xiàn)校園信息數(shù)字化的關(guān)鍵步驟，并最終為實(shí)現(xiàn)“數(shù)字校園”奠定基礎(chǔ)。

1 虛擬校園實(shí)現(xiàn)的總體思路

實(shí)現(xiàn)虛擬校園信息系統(tǒng)是構(gòu)建數(shù)字校園的關(guān)鍵技術(shù)。在建立虛擬校園信息系統(tǒng)的過程中，實(shí)現(xiàn)校園三維景觀的可視化和展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是要解決的關(guān)鍵問題。通常實(shí)現(xiàn)景觀可視化有兩種實(shí)現(xiàn)方法：（1）建立在影像的實(shí)現(xiàn)方法(Image-Based Method)，該方法操作簡單,實(shí)踐性強(qiáng),對硬件要求較低，但展示效果較差。（2）建立在構(gòu)建數(shù)字模型的實(shí)現(xiàn)方法(Model-Based Method)[3]，該方法在較高軟硬件的支持下，借助專業(yè)的建模軟件如3Dmax、SketchUp、AutoCAD和高品質(zhì)的實(shí)景貼圖，以及后期的場景渲染能夠達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的效果。該方法模擬效果更加形象逼真，因而場景構(gòu)建廣泛采用此方法。展示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法主要有3種：（1）借助VC++和OpenGL進(jìn)行底層開發(fā)的方式；（2）借助專業(yè)的GIS平臺(tái)如ArcScene并結(jié)合二次開發(fā)工具進(jìn)行功能和界面的個(gè)性化定制；（3）通過使用專業(yè)的模擬現(xiàn)實(shí)軟件如Multigen Creator、Multi Gen Vega等。

本文實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園信息系統(tǒng)的具體方法是：以百度遙感地圖截取并拼接而成的校園平面圖為地物解譯依據(jù)（圖1），利用GPS和全站儀實(shí)測并繪制而成的校園建筑平面分布圖作為模型建立的底圖，將底圖導(dǎo)入3Dmax軟件分別對各個(gè)建筑物建立模型，同時(shí)為每一個(gè)建筑模型賦予數(shù)碼相機(jī)拍攝并經(jīng)PhotoShop軟件制作的實(shí)景貼圖以增強(qiáng)其現(xiàn)實(shí)感，后將模型載入ArcScene模塊中實(shí)現(xiàn)了三維模型與展示平臺(tái)的融合，從而最終搭建起具有集建筑漫游、縮放、信息管理、屬性查詢等多功能于一體的三維虛擬校園信息系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2。

圖1 咸陽師范學(xué)院遙感影像

圖2 技術(shù)流程圖

2 虛擬校園實(shí)現(xiàn)的具體過程

2.1 軟件平臺(tái)選擇

2.1.1 建模軟件的選擇

目前隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平的不斷提高，建模軟件也在不斷的更新，其主要表現(xiàn)為功能更豐富，使用更方便等特點(diǎn)。但建模的途徑依舊主要是以下兩種：（1）基于地理信息系統(tǒng)軟件所具有的建模工具建模如SuperMap5.2、ArcGIS10.0等,其主要是對二維平面數(shù)據(jù)以高程屬性項(xiàng)進(jìn)行高度拉升，并為模型的表面指定紋理貼圖路徑，該方法只適用于建筑表面為平面的簡單模型的建立，無法滿足具有復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的模型制作要求。（2）使用專業(yè)的模型建立軟件，如SketchUp、3Dmax軟件等。SketchUp是谷歌公司開發(fā)的一種快速表達(dá)三維設(shè)計(jì)思想的建模軟件，作為一款深受廣大用戶喜愛的3D設(shè)計(jì)軟件，該軟件最突出的特點(diǎn)是操作簡單且容易掌握，與ArcGIS軟件的模塊結(jié)合緊密。其建成的各種三維模型可快速傳輸?shù)紾oogle Earth中進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)展示。3Dmax是專業(yè)級的三維建模和環(huán)境渲染軟件，借助其強(qiáng)大的建模工具能夠創(chuàng)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜，貼圖細(xì)膩，形象逼真的精美模型，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對非規(guī)則實(shí)物如雕塑、樹木、路燈等模型的建立。

基于上述軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合場景建設(shè)的實(shí)際需要，將采用3Dmax2010軟件精細(xì)建模。在建模過程中通過采用降低貼圖等級、刪除非可視面、減少使用標(biāo)準(zhǔn)幾何體等關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到降低數(shù)據(jù)量的目的，從而避免出現(xiàn)模型無法導(dǎo)入GIS平臺(tái)和增加系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間等后續(xù)問題。

2.1.2 展示平臺(tái)的選擇

三維模型與GIS平臺(tái)的融合是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。實(shí)踐中可通過以下兩種方式。（1）借助已有的GIS平臺(tái)。通過將模型導(dǎo)入展示平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型展示的效果，如ArcScene、Skyline、Google Earth等軟件，但該方法無法實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)的真正獨(dú)立，對硬件技術(shù)也有很高的要求。（2）利用專業(yè)的地理信息開發(fā)工具開展地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工作。隨著基于ArcObjects的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)日趨成熟，開發(fā)獨(dú)立的GIS平臺(tái)，將成為實(shí)現(xiàn)三維虛擬系統(tǒng)的主流方法。

目前由美國國家環(huán)境研究所(ESRI)開發(fā)的系列GIS軟件，經(jīng)過40多年的發(fā)展憑借其強(qiáng)大的海量數(shù)據(jù)管理、空間分析、三維建模等功能，日益成為世界上主流的GIS軟件，本文將以ArcGIS10.0的Arc-Scene模塊為軟件平臺(tái)，ArcScene作為ArcGIS一個(gè)空間數(shù)據(jù)展示和分析的功能模塊，使用ArcScene模塊進(jìn)行場景的展示，屬性信息的管理和查詢具有良好的效果。

2.2 數(shù)據(jù)采集

虛擬校園信息系統(tǒng)建設(shè)的過程中需要的相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括：校園最新高分辨率遙感影像、校園建筑總體平面分布圖、校園建筑屬性信息、建筑表面紋理貼圖。高分辨率遙感影像可利用百度遙感地圖分塊裁剪拼接獲得，但由于其精度無法滿足建模要求，因而在使用過程中僅用于地物解譯。校園建筑平面分布圖將利用實(shí)測數(shù)據(jù)并通過CAD軟件制成。校園建筑屬性數(shù)據(jù)主要包括建筑的名稱、功能、建筑面積、建筑高度等，可通過實(shí)際調(diào)查和校方提供的文件獲得。對部分無高程數(shù)據(jù)的建筑，如銅雕塑、假山等利用全站儀測量平距L和傾角φ借助公式H=L×tanφ[4]計(jì)算得出。地面建筑紋理數(shù)據(jù)，可利用數(shù)碼相機(jī)對校園的建筑、道路、水體等實(shí)際拍攝。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是將拍攝得到的建筑物圖片導(dǎo)入PhotoShop軟件中，進(jìn)行包括鏡頭校正（扭曲校正、角度校正）、圖片質(zhì)量調(diào)整（亮度、飽和度、對比度）、圖片裁剪、尺寸等調(diào)整。并最終將圖片等級降低，輸出為JPEG格式以減少數(shù)據(jù)量，圖像的像素必須是2n倍，同時(shí)文件名限制在8字節(jié)以內(nèi)。

2.4 校園虛擬地表建立

校園虛擬地表的建立是將已準(zhǔn)備好的校園建筑總體平面分布圖（*.dwg）格式文件加載到ArcMap中，在校園建筑總體平面分布圖中加入校園建筑的屬性信息，便于查詢。校園虛擬地表的建立為后期的三維模型和GIS平臺(tái)融合奠定基礎(chǔ)。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。

2.4.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

校園建筑平面分布圖、校園建筑屬性信息。

2.4.2 操作步驟

打開ArcGIS，借助ArcToolBox中的conversion tools功能將校園建筑平面分布圖文件載入ArcMap中，進(jìn)行符號化設(shè)置，并最終生成校園平面數(shù)字地圖如圖3。

圖3 校園平面數(shù)字地圖

2.5 屬性數(shù)據(jù)庫建立

虛擬校園中的屬性數(shù)據(jù)是該系統(tǒng)重要的組成部分之一，校園中的屬性數(shù)據(jù)包括：建筑的名稱、功能、建筑面積、建筑高度等。本次實(shí)踐主要以建立二維建筑平面數(shù)據(jù)庫為例，具體步驟為：首先在ArcMap中打開校園建筑平面分布圖，最后在Properties中錄入校園建筑的名稱、功能、建筑面積、建筑高度等。

2.6 三維模型制作

虛擬校園的三維模型主要包括建筑物模型、地面模型、樹木模型、路燈模型等。對于花草樹木、路燈等要素，其模型可直接選用ArcGIS10.0樣式庫中提供的樣式進(jìn)行表達(dá)。而建筑模型和地表模型其結(jié)構(gòu)復(fù)雜需借助3Dmax建模軟件進(jìn)行建模，具體步驟如下。

2.6.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

校園建筑總體平面分布圖，已經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理的建筑表面貼圖，建筑物高程信息。

2.6.2 操作步驟

（1）導(dǎo)入二維建筑分布圖。打開3Dmax界面后，通過file菜單下的import導(dǎo)入cad線，文件類型必須是Auto CAD Drawing(*.DWG)。

（2）在3Dmax2010軟件中選擇所需建模的建筑物底面，將其它建筑物底面數(shù)據(jù)隱藏或刪除。

（3）調(diào)整底圖坐標(biāo)。建筑物底面中心位置通過坐標(biāo)調(diào)整使其位于平面中心(x，y，z：0，0，0)位置。

（4）建立模型。建筑模型主體可通過底面輸入高程值直接擠出，表面的其他建筑結(jié)構(gòu)利用標(biāo)準(zhǔn)幾何體、擴(kuò)展幾何體、或使用樣條線獲得，最后利用組合功能將各部件整合。

（5）模型貼圖。將建筑物表面貼圖導(dǎo)入3Dmax材質(zhì)編輯器中，調(diào)整貼圖屬性以達(dá)到形象逼真的效果，最后使用UVW貼圖為建筑物表面賦予貼圖，并使用UVW變換進(jìn)行調(diào)整[4]。

最終將所有模型組合后的校園建筑場景如圖4。

圖4 校園建筑場景集

2.7 三維模型與GIS平臺(tái)融合

三維模型與GIS平臺(tái)的融合主要是指在Arc-Scene中加載3Dmax模型文件。在三維場景中的模型主要包括建筑模型、地表模型、環(huán)境模型等。其中建筑模型、地表模型、環(huán)境模型（樹木、路燈、籃球板、小花壇等），這些模型均由3Dmax建立，因而導(dǎo)入步驟相同。但應(yīng)注意，在ArcScene中線、面要素均不支持直接用三維模型表示，僅點(diǎn)要素支持，因而需將其全部轉(zhuǎn)換為點(diǎn)狀要素。具體方法是使用要素轉(zhuǎn)點(diǎn)工具即ArcToolbox中的feature to point[5]，將各個(gè)面狀要素和線狀要素全部轉(zhuǎn)換成點(diǎn)狀要素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所有要素的三維符號表示。*.3DS文件應(yīng)作為點(diǎn)文件的符號導(dǎo)入到ArcScene中，在ArcScene中需將每一個(gè)模型作為一個(gè)層分別導(dǎo)入，具體操作如下。

2.7.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

校園平面建筑分布圖及模型的紋理圖片。

2.7.2 操作步驟

（1）將校園三維建筑模型導(dǎo)出為*.3DS格式文件，該文件和模型使用的貼圖應(yīng)裝入同一文件夾下，供外部軟件使用。

（2）經(jīng)3Dmax軟件，將建筑模型文件轉(zhuǎn)成3DS格式之后，依次導(dǎo)入到ArcScene的樣式管理器中，并形成各自的符號樣式。

（3）使用要素轉(zhuǎn)點(diǎn)工具即ArcToolbox中的feature to point[5]，將各個(gè)面狀要素和線狀要素全部轉(zhuǎn)換成點(diǎn)狀要素。

（4）打開符號屬性管理器，選擇“3D Marker Symbol”類型，依次導(dǎo)入各點(diǎn)狀要素對應(yīng)的3D模型。當(dāng)需要更改符號屬性時(shí)，首先鼠標(biāo)選擇將要修改的點(diǎn)，然后在符號的選擇器對話框上點(diǎn)擊properties項(xiàng)，最后點(diǎn)擊下拉式菜單，并在其中選擇“3D Marker Symbol”項(xiàng)，修改模型的大小、朝向等屬性。

在導(dǎo)入模型的過程中，考慮到模型的數(shù)據(jù)量會(huì)對系統(tǒng)的操作速度產(chǎn)生影響，因而在模型導(dǎo)入之前應(yīng)先對3D模型進(jìn)行一系列處理以降低數(shù)據(jù)量；在導(dǎo)入模型的過程中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況調(diào)整模型尺寸、朝向等參數(shù)，最后再進(jìn)行點(diǎn)狀要素、線狀要素的模型導(dǎo)入；場景中的樹木、汽車等模型可直接使用樣式庫中的相關(guān)模型，對于虛擬地表的處理，為了滿足現(xiàn)實(shí)性的要求，在此次實(shí)踐中，將整個(gè)校園地表使用3Dmax軟件進(jìn)行建模，然后導(dǎo)入ArcScene中。最終展示系統(tǒng)的操作界面如圖5。

2.8 ArcScene場景的屬性設(shè)置

（1）設(shè)置場景背景顏色。首先打開ArcScene場景的屬性對話框，選擇general選項(xiàng)卡，單擊背景色（background）選項(xiàng)，并將場景的顏色選擇為淺藍(lán)色以便用來模擬天空的顏色。

（2）設(shè)置場景光照。場景中的照明情況具體可通過設(shè)置場景中光源的方位角、高度角和場景的對比度來調(diào)整。如在場景的屬性對話框的Illumination選項(xiàng)卡中，使用者可輸入方位角（Azimuth）320o、高度角（Altitude）45o也可通過滑動(dòng)鼠標(biāo)中軸改變環(huán)境中的兩個(gè)參數(shù)[6]。

圖5 展示系統(tǒng)操作界面

（3）通過設(shè)置適當(dāng)?shù)膱鼍胺秶?，以便消除虛擬環(huán)境中的無關(guān)信息，在一定程度上將會(huì)增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)算速度。

2.9 ArcScene中虛擬場景的建立

通過上述步驟，咸陽師范學(xué)院三維虛擬信息系統(tǒng)已初步建立，用戶可以使用導(dǎo)航、飛行、三維漫游等功能進(jìn)行虛擬場景的瀏覽，同樣也可以選擇瀏覽路徑，以第一視角置身于虛擬場景之中，使瀏覽者真正體會(huì)到身臨其境的感覺。同時(shí)使用者也可以使用簡單的查詢功能了解建筑的相關(guān)屬性信息，真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

最后將虛擬場景輸出制作成咸陽師范學(xué)院鳥瞰圖如圖6所示。

圖6 咸陽師范學(xué)院鳥瞰圖

3 ArcScene場景漫游的控制與動(dòng)畫的制作

在ArcScene場景中可通過制作三維動(dòng)畫將靜態(tài)的校園場景變得生動(dòng)形象，用戶可通過變換不同的視角、設(shè)置場景屬性、變化地理位置以及變化場景時(shí)間來觀察校園，也可制做一條游覽路徑，將校園最美的景色進(jìn)行展示。最后將制作成的動(dòng)畫保存成.avi格式的文件，以供單獨(dú)展示。

在ArcScene中提供了專業(yè)制作三維動(dòng)畫即Animation工具條，使用Animation工具條可以制作數(shù)據(jù)動(dòng)畫、視角動(dòng)畫和場景動(dòng)畫。場景中的動(dòng)畫可由一條或多條軌跡組成，拍攝的軌跡將控制著對象屬性的動(dòng)態(tài)變化。在實(shí)際的具體操作過程中主要通過以下幾種方式進(jìn)行場景動(dòng)畫的制作[7]：

（1）通過貫穿一系列幀組成軌跡來形成動(dòng)畫。該方法是借助改變場景中的屬性如場景的背景顏色、太陽高度角和場景中的圖層屬性如圖層的透明度、比例尺等。通過不同的觀察點(diǎn)，創(chuàng)建不同的幀，一系列幀最終將組成軌跡演示動(dòng)畫。系統(tǒng)將自動(dòng)的平滑兩幀之間的過程，進(jìn)行順暢播放。

（2）通過使用導(dǎo)航工具飛行創(chuàng)建動(dòng)畫。該方法首先單擊動(dòng)畫控制器上的錄制按鈕并開始錄制，然后使用飛行工具進(jìn)行飛行，也可以使用放大縮小或者導(dǎo)航工具進(jìn)行操作。操作結(jié)束后再次點(diǎn)擊錄制按鈕將停止錄制。

（3）通過捕捉一系列不同視角，并自動(dòng)過渡視角切換時(shí)的視覺差的方法來創(chuàng)建動(dòng)畫。通過使用導(dǎo)航工具的方法將現(xiàn)場調(diào)整為初始的正確的視點(diǎn)，然后使用捕捉命令，再將場景調(diào)整到另一個(gè)合適的角度，再用捕捉命令，通過上述方法，當(dāng)捕捉到多個(gè)視角之后，動(dòng)畫播放時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)平滑兩視角的過程。

（4）通過改變一組圖層的可視化形成動(dòng)畫效果。該方法主要使用組合動(dòng)畫功能，即選擇一個(gè)圖層組，并控制一組圖層使他們依照順序顯示，該方法能夠模擬洪水演退的動(dòng)畫效果。

（5）通過導(dǎo)入路徑的方法生成動(dòng)畫。該方法主要通過系統(tǒng)從外部導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)文件即提前繪制的飛行路徑，然后執(zhí)行沿路徑飛行命令（該命令在動(dòng)畫工具條中）錄制場景中沿路徑飛行的動(dòng)畫。

以上的5種動(dòng)畫制作方法均可使用，在具體的操作中可加以選擇。此次實(shí)踐采用第5種方法錄制飛行動(dòng)畫。

4 ArcScene中的空間信息和屬性查詢

空間和屬性查詢是GIS的基本功能之一，即以一定的空間屬性信息或約束條件來獲取目標(biāo)地物。在ArcScene中同樣可以用屬性信息查詢空間信息，也可以用空間信息查詢地物的屬性信息。

4.1 屬性信息查詢空間地物

對已建成的三維數(shù)字校園地理信息的查詢，例如要查詢教學(xué)樓高度大于35 m的建筑的信息。只需要在Select By Attributes查詢中輸入SQL語句：“高度”＞35[8]，滿足條件的地理空間實(shí)體將會(huì)高亮度顯示，這樣我們就可以直觀的查看滿足條件的建筑，如圖7所示。

圖7 屬性數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)

4.2 地物屬性信息的查詢

在ArcGIS中通過Identify對空間圖形進(jìn)行查詢。只要點(diǎn)擊查詢的建筑物，就可將該建筑物的基本信息顯示出來，包括教學(xué)樓高度、名稱、功能、占地面積等,如圖8。在今后我們將會(huì)通過嘗試做簡單的開發(fā)工作，來逐步完善虛擬信息系統(tǒng)，使其真正實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)雙向查詢[9]。

圖8 屬性數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與討論

在三維虛擬信息系統(tǒng)建立完成之后，通過用戶使用發(fā)現(xiàn)，雖然場景規(guī)模較大，模型數(shù)量眾多但系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短，運(yùn)行速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定。在對場景進(jìn)行漫游或飛行時(shí)畫面流暢，現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)。但是該系統(tǒng)無法脫離ArcGIS運(yùn)行環(huán)境，因而系統(tǒng)的可移植性差，同時(shí)由于借助較高的軟件版本，對電腦硬件要求高，將無法滿足普通用戶使用，這也在一定程度上降低了系統(tǒng)被廣泛使用的可能性。

在此次實(shí)踐中，在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)必然存在一些不足。首先，過于追求模型的精美，而忽略了數(shù)據(jù)量，因而經(jīng)常出現(xiàn)模型無法導(dǎo)入的問題[10]；其次，該虛擬系統(tǒng)以ArcScene為軟件平臺(tái)，對電腦硬件要求高、代價(jià)大，且不能脫離該平臺(tái)；最后，在系統(tǒng)使用過程中發(fā)現(xiàn)，ArcGIS軟件仍然沒有解決大數(shù)據(jù)量模型無法導(dǎo)入的問題，導(dǎo)入ArcScene場景中的模型貼圖如玻璃窗、反光材料，失去了貼圖設(shè)置屬性，無法展示透明度、亮度等相關(guān)特性，降低了模型的現(xiàn)實(shí)效果[11]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)下流行技術(shù)，該技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，三維校園虛擬信息系統(tǒng)的建立就是其中之一，該系統(tǒng)具有三維場景的動(dòng)態(tài)展示，空間和屬性信息的管理和交互查詢等功能，是學(xué)校信息管理和對外展示的新方法和新途徑。本文利用ArcGIS軟件和3Dmax軟件建立了校園三維虛擬信息系統(tǒng)，使用的方法成熟，建設(shè)周期短、操作簡便，但該系統(tǒng)未能借助二次開發(fā)工具，因而無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真正獨(dú)立，這也將作為今后研究的重點(diǎn)[12]。

[1]劉向銅，熊助國,曹秋香.基于3Dmax的虛擬現(xiàn)實(shí)的建立過程的探討[J].西部探礦工程，2009，24（4）：78-80.

[2]黃杏元.地理信息系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]牟乃夏.ArcGIS 10地理信息系統(tǒng)教程——從初學(xué)到精通[M].北京：測繪出版社，2012．

[4]丁一波.基于ArcGIS的大學(xué)虛擬校園的建立[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，24（3）：47-49.

[5]湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2006．

[6]劉航，王積忠，王春水.虛擬校園三維仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（12）：2934-2936.

[7]龔建華，林琿，譚倩.虛擬香港中文大學(xué)校園的設(shè)計(jì)與初步試驗(yàn)[J].測繪學(xué)報(bào)，2002，31（1）：39-43.

[8]舒娛琴，張海洋.虛擬校園信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2008（4）：5-48.

[9]王艷,聶宜民，劉愛華,等.基于ARCGIS的三維虛擬校園建設(shè)的研究與探討[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009, 40（2）：283-286.

[10]WILLIAM Stalling.SNMP網(wǎng)絡(luò)管理[M].胡成松，汪凱，譯.北京：中國電力出版社，2001：1-23.

[11]劉海義，王貴林，姚鑫，等.一種快速的礦床空間三維模型的建立及可視化方法[J].礦山測量，2007（1）：57-59．

[12]楊利兵，陳艷紅，劉亞立.基于Geodatabase的地理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2007，33（25）：367-368．

Realization of Virtual Campus Information System Based onArcGIS

SHI Feifei1，2,CHE Zili2,LEI Chunmiao2，3,JIN Qingwen2，3,YUAN Jiaoyang2，LI Huan2
(1.College of Life&Geographical Science,Qinghai Normal University,Xining 810008,Qinghai,China; 2.School of Tourism，Resource and Environment,Xianyang Normal University,Xianyang 712000,Shaanxi,China; 3.College of Geography&Environment,Baoji University ofArts and Sciences,Baoji 721013,Shaanxi,China)

With the rapid development of information technology,the storage and processing of campus space information are more dependent on the computer management system based on GIS technology,this system combined with the emerging of virtual reality technology will give birth to a colorful 3D virtual campus information system,this is a revolutionary breakthrough of the construction of digital campus.Based on Xianyang Normal University as an example,this paper with ArcScene for displaying platform,with 3 Dmax software for modeling tool,with the help of virtual reality technology to realize 3D virtual campus information system.The system can realize 3D dynamic display of the campus landscape,the campus information management and query,and so on.It is improve the efficiency of the campus management and a new way of school shows.

ArcScene;ArcMap;3Dmax;virtual campus

TP335

A

1672-2914（2015）02-0074-06

2014-11-03

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201210722012）。

史飛飛（1991-)，男，陜西鳳翔縣人，青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)檫b感應(yīng)用與空間數(shù)據(jù)分析。

車自力（1960-），男，教授，Email：chezilicn@163.com。