三維數(shù)字校園綜合信息服務平臺

薛永龍等

摘 要：計算機科學技術(shù)的發(fā)展有利地推動了二維地理信息系統(tǒng)的研究成果向三維可視化空間的拓展，三維虛擬系統(tǒng)已然成為地理信息系統(tǒng)的重要組成部分。本系統(tǒng)以防災科技學院為對象，結(jié)合Visual C#開發(fā)環(huán)境與SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺，基于真三維立體顯示和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)校園三維虛擬瀏覽，使用戶直觀高效地對地理信息數(shù)據(jù)進行瀏覽。三維校園系統(tǒng)另有智能化的POI查詢定位功能和360度全方位瀏覽，是虛擬校園建設(shè)的革命性突破。

關(guān)鍵詞：3D GIS；SuperMap；三維校園

Abstract： Owing to the development of computer science and technology， three-dimensional visualization has become a promotion of traditional two-dimensional GIS， the three-dimensional virtual system has already become an important part of geographic information system （GIS）. The 3D campus system takes Institute of disaster prevention for example， combined with Asp.net development environment and SuperMap Object.Net GIS component platform， based on the technologies such as True 3D volumetric display and geographic information system technology to realize the browse of 3D virtual campus， it makes users browse the geographic information data visually and efficiently. The three-dimensional campus system also has the intelligent POI inquiry positioning function and the 360 degree omnidirectional browse function， and it's the revolutionary breakthrough of the virtual campus construction.

Keywords： 3D； GIS； SuperMap； 3D campus

引言

與二維GIS相比，三維GIS具有對空間信息的直觀可視化表達、可進行多維度上的空間分析等優(yōu)勢。這幾年國內(nèi)學術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界表現(xiàn)出了對該技術(shù)的高度重視，國內(nèi)已掌握了世界一流的真三維技術(shù)。另一方面，近年來信息科技的迅速發(fā)展推動了我國校園信息化建設(shè)的飛速發(fā)展，計算機科學技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)在高校改革與發(fā)展過程中擔任起至關(guān)重要的角色。集成校園導航、招生宣傳、校園信息化管理的新一代三維數(shù)字校園系統(tǒng)成為校園門戶網(wǎng)站不可缺少的重要欄目，對學校的形象宣傳、招生宣傳、信息化管理將產(chǎn)生重要的作用。綜上所述，研究三維數(shù)字校園具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)以防災科技學院為對象，結(jié)合Visual C#開發(fā)環(huán)境與SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺，基于真三維立體顯示和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)實現(xiàn)校園的三維虛擬瀏覽。SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺以其獨有的優(yōu)勢——直觀快捷地展示地理信息，使用戶直觀高效地對地理信息數(shù)據(jù)進行瀏覽。下面是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析：本系統(tǒng)主要采用HTML+JavaScript開發(fā)環(huán)境與SuperMap云GIS軟件開發(fā)平臺及MVC設(shè)計模式和面向?qū)ο箝_發(fā)方法進行系統(tǒng)功能開發(fā)。并利用超圖的SuperMap iServer服務，該服務是基于跨平臺GIS內(nèi)核的云GIS應用服務器，具有支持二三維一體化地圖緩存，提供二三維一體化的服務發(fā)布、管理與聚合功能，提供多層次的擴展開發(fā)能力，采用面向服務的地理信息共享方式，用于構(gòu)建SOA應用系統(tǒng)和GIS專有云系統(tǒng)。并通過使用3DMAX軟件建立校園實體模型。面對現(xiàn)有硬件系統(tǒng)內(nèi)存有限，本系統(tǒng)特別采用了場景緩存這一新技術(shù)。場景緩存是基于整個場景生成的緩存，通過一次操作，即可將已經(jīng)加載到場景中的不用類型的數(shù)據(jù)圖層生成不同類型的緩存。系統(tǒng)可以通過發(fā)布場景的緩存能夠使數(shù)據(jù)在桌面上快速的加載與顯示、使客戶端上瀏覽更高效。但是由于一個場景緩存只能完成單一功能，因此在本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)3D瀏覽的同時還能對地圖進行屬性查詢等操作，我們采用同時發(fā)布兩個場景緩存的技術(shù)來解決以上問題。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)制作

2.1 數(shù)據(jù)采集整理

數(shù)據(jù)是GIS中的核心?；贕IS平臺開發(fā)的三維校園系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)主要由道路、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施組成。數(shù)據(jù)采集工作始于測量防災科技學院實物數(shù)據(jù)，制作校園底圖，配準并添加到數(shù)據(jù)庫當中。三維數(shù)字校園數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)主要由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成，其中空間數(shù)據(jù)主要用于對地理空間實體的位置、大小、形狀、方向以及幾何拓撲關(guān)系的表達，而屬性數(shù)據(jù)則是描述地圖上實體要素特征的數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)需求分析，我們對實物屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出合理的設(shè)計。

2.2 圖片采集處理

采集的圖片主要用于模型制作當中的貼圖和數(shù)據(jù)發(fā)布當中的建筑實物圖。由于拍照時受外界環(huán)境影響，圖片不能直接作為貼圖使用，需要運用PS等圖片處理軟件進行調(diào)校。另一方面，拍照取景時，可能受到拍攝角度限制、來往行人等因素影響，照片也需要用PS進行相應的處理。

2.3 模型制作

三維模型構(gòu)建的常用方法有三種，一是使用SketchUp、3DMAX等軟件手工建立目標場景模型數(shù)據(jù)并渲染，將場景整合到GIS系統(tǒng)中；二是根據(jù)高程字段拉伸2DGIS中矢量數(shù)據(jù)進行批量建模并進行紋理貼圖；三是利用數(shù)字攝影測量技術(shù)進行三維建模。利用SuperMap 系列軟件對二維的平面數(shù)據(jù)進行拉伸，批量建模并進行紋理貼圖，這種建模方式建模成本低，周期短，但是精度較低，適合應用于建筑數(shù)量較多又不需要精準建模的城市場景；通過使用3DMAX等軟件手工建立目標場景模型數(shù)據(jù)，通過SuperMap的相應數(shù)據(jù)導入功能添加到場景當中，這種建模方式所做模型精度高，但是成本高，周期長適合應用于建筑數(shù)量少對模型精準要求高的場景；利用數(shù)字攝影測量技術(shù)進行三維建模在周期和成本上都要高于前面兩種主要是對精度要求較高的模型進行建模。這里采用第一種方式建立模型。

2.4 場景發(fā)布

場景是以抽象的三維球體模擬現(xiàn)實的地球，它能夠?qū)默F(xiàn)實世界抽象出來的地理事物展示在球體上進而更直觀形象地反映地理事物的實際空間位置和相互關(guān)系。場景提供了相機的設(shè)置，用于對球體進行角度觀測、方位觀測、范圍觀測，從而以不同的視角呈現(xiàn)地理實物的不同部位。防災科技學院的場景是作為三維球體上的一部分進行建立的，在建立場景時，考慮到場景的顯示效率及效果，場景中一些固定且數(shù)量較多的實物通過建立三維符號減少數(shù)據(jù)復雜程度，其部分實物通過場景緩存添加。

3 系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)中，我們實現(xiàn)了四大功能：定位、量算、飛行和天氣模擬。定位功能中，使用命名空間SuperMap.Web.Realspace中的Camera類，創(chuàng)建對象，設(shè)置其經(jīng)緯度以及高度值等屬性，最后使用FlyingOperator命名空間中的flyTo方法定位到查詢的相應位置，實現(xiàn)了定位功能。量算功能中，使用命名空間SuperMap.Web.UI.Action3Ds中的MeasureDistance類和MeasureArea類，創(chuàng)建對象，通過對象的onClick方法和onDbClick方法對量算過程進行監(jiān)聽，并完成量算過程。飛行功能中，需要提前使用SuperMap iDeskpro制作好飛行路線和節(jié)點，導出為一個飛行文件，程序中調(diào)用此文件，獲取到已有的節(jié)點的經(jīng)緯度以及相機方向等信息，設(shè)置速度，通過調(diào)用定位功能，實現(xiàn)節(jié)點與節(jié)點之間的飛行，給人一種在模型間穿梭飛行的真實感覺。天氣模擬功能中，使用命名空間SuperMap.Web.Core中的GeoParticle類，創(chuàng)建對象，設(shè)置對象參數(shù)，分別為雨、雪等類型，并設(shè)置粒子的寬度、高度以及每秒產(chǎn)生粒子的個數(shù)等參數(shù)，最后設(shè)置粒子的三維要素類，形成三維天氣模擬。

4 總結(jié)及展望

文章對真三維技術(shù)應用于三維數(shù)字校園綜合信息服務平臺進行了探索，并在自身的實踐基礎(chǔ)上，對校園地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計做了一系列的探索，使該系統(tǒng)成為一個比較完善的校園信息管理系統(tǒng)，希望能為學校的教學和管理做出貢獻，成為數(shù)字化校園的一部分。同時由于本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫維護、網(wǎng)絡版平臺的開發(fā)等功能上還存在一些問題，在今后的研究中將做進一步改進。

參考文獻

[1]王警，方音.控規(guī)編制中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化方案[J].城市規(guī)劃，2007（4）.

[2]施貴剛，程效軍.網(wǎng)絡虛擬校園三維建模方法研究與實現(xiàn)[J].工程圖學學報，2008（2）：83-88.

[3]陳竹安，張立亭.三維校園地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].安慶師范學院學報：自然科學版，2006，12（1）：76-78.

[4]曾潤國，聶志鋒，盧建剛，等.數(shù)碼校園GIS中的三維建模[J].工程勘察，2002（3）.