基于GoogleEarth 的三維數(shù)字瀏覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋宜容，嚴(yán)康文（青海大學(xué)地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016）

基于GoogleEarth 的三維數(shù)字瀏覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋宜容，嚴(yán)康文①
（青海大學(xué)地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016）

基于Sketchup的三維建模功能，在數(shù)字測圖得到的校園地形圖資料的基礎(chǔ)上，建立校園三維模型；利用Dreamweaver開發(fā)出一個(gè)網(wǎng)頁，實(shí)現(xiàn)GoogleEarth及校園模型的加載，以網(wǎng)頁形式瀏覽校園的三維模型.以青海大學(xué)為例，建立了三維數(shù)字校園瀏覽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全球共享三維數(shù)字校園資源，能夠隨時(shí)隨地、無地域限制地對(duì)校園的虛擬三維場景進(jìn)行瀏覽.

虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)字校園；Sketchup；GoogleEarth；Dreamweaver

0　引言

數(shù)字校園是以現(xiàn)實(shí)校園為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬可視化技術(shù)和海量存儲(chǔ)技術(shù)為支撐，充分運(yùn)用3S［1］、通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字?jǐn)z影測量、多媒體等技術(shù)建立起來的不受時(shí)間和地域限制的校園網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)字環(huán)境.目前，數(shù)字校園有兩個(gè)層面的含義：一種是基于傳統(tǒng)校園的，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息管理手段，實(shí)現(xiàn)從資源（例如圖書、課件、題庫等）到活動(dòng)（例如辦公、教學(xué)、管理等）的整體數(shù)字化，從而提高校園的管理決策的效率和科研教學(xué)水平［2］；另一種是充分利用Internet技術(shù)、可視化技術(shù)和GIS技術(shù)將現(xiàn)實(shí)校園中的教學(xué)環(huán)境和三維實(shí)體在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信息化和虛擬化，方便學(xué)校進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、資源管理和有效配置［3］.而本文研究的是后一種.

日本電信與京都大學(xué)、Stanford大學(xué)合作致力開發(fā)網(wǎng)上虛擬京都，發(fā)布城市信息，為社會(huì)提供服務(wù).德國的Rostock，Stuagart大學(xué)建立了模擬系統(tǒng)，對(duì)一些城市的基礎(chǔ)設(shè)施提供相關(guān)的查詢、分析和顯示功能［4］.國內(nèi)一些高校已經(jīng)開始逐步推廣使用虛擬校園模式，天津大學(xué)早在1996年，在SGI（Silicon Graphics）硬件平臺(tái)上，基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）國際標(biāo)準(zhǔn)，最早開發(fā)了虛擬校園［5］；香港理工大學(xué)、香港教育學(xué)院、香港職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)學(xué)院、香港中文大學(xué)研究的類似系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的部分功能［6］；北京大學(xué)建設(shè)的“數(shù)字北大”利用北大青鳥公司的GIS軟件——Gc0 Union作為WebGIS服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了北大校園及周邊環(huán)境的地圖顯示，基本信息瀏覽、查詢及路徑分析等功能；同濟(jì)大學(xué)建筑學(xué)院的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，采用比較高端的設(shè)備，通過這些對(duì)建筑景觀、結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的仿真，取得以往不能達(dá)到的效果；廣西民族學(xué)院利用Flash制作了聲音、圖像合一的多媒體電子地圖，對(duì)校園的主要建筑和一些景點(diǎn)及學(xué)校的各系部進(jìn)行簡介，非常具有特色；蘭州大學(xué)通過利用SketchUp軟件構(gòu)建了蘭州大學(xué)的虛擬校園場景［7］.

本文中介紹的三維數(shù)字校園瀏覽系統(tǒng)，以青海大學(xué)校園為例，充分利用Internet技術(shù)、可視化技術(shù)和GIS技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)校園中的教學(xué)環(huán)境和三維實(shí)體的信息化和虛擬化，方便學(xué)校進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、資源管理的有效配置.

1　三維數(shù)字校園的實(shí)現(xiàn)

1.1數(shù)據(jù)獲取主要包括數(shù)字地圖、地物紋理信息、建筑物高度信息以及其他信息.數(shù)字地圖數(shù)據(jù)的獲取，本文中是以全站儀采集坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用繪圖軟件繪制出青海大學(xué)的平面圖，此法簡單，快捷.地物紋理信息的獲取，采用低像素?cái)?shù)碼相機(jī)對(duì)校園地物進(jìn)行實(shí)地取景，采用低像素相機(jī)取景避免了模型數(shù)據(jù)量龐大的問題.采集建筑物高度信息，利用懸高測量方法進(jìn)行測量，部分不重要建筑物采用層高乘以層數(shù).其他信息包括學(xué)校的各院系圖片、文字、視頻介紹信息、在職教職工信息、在讀學(xué)生信息、各教學(xué)行政部門的相關(guān)信息、樓層信息和面積信息等等.

1.2三維模型的建立本系統(tǒng)中選用Sketchup建立三維模型，主要包括建筑物、地形和校園環(huán)境的建模.建筑物建模首先在CAD中進(jìn)行AutoCAD底圖、剖面數(shù)據(jù)提取，然后利用Sketchup粗略建模，接著使用Adobe Photoshop進(jìn)行建筑物紋理和貼圖處理，最后在GoogleEarth中調(diào)整模型位置和尺寸，調(diào)整尺寸時(shí)盡量使模型和GoogleEarth中建筑物的影像吻合.圖1為青海大學(xué)科技館模型的定位.地形建模時(shí)，將全校的CAD圖導(dǎo)入Sketchup后，運(yùn)用成面工具，將道路、草地、操場等形成面，并貼上材質(zhì).為了減少地形模型數(shù)據(jù)量和增加模型美觀性，我們采用Sketchup中自帶的材質(zhì).校園環(huán)境建模即各種公共設(shè)施的建模，從GoogleEarth模型庫中下載公共設(shè)施模型.

1.3數(shù)據(jù)庫的搭建為了實(shí)現(xiàn)通過樓層數(shù)和樓層面積查詢青海大學(xué)建筑物信息，需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫.本系統(tǒng)選擇Microsoft Office Access建立此數(shù)據(jù)庫.

本文中建立的數(shù)據(jù)庫，包含LM、LC、MJ三個(gè)字段，這些字段分別代表建筑物的名字、樓層數(shù)、樓層面積.圖2為所建立的青海大學(xué)建筑物信息數(shù)據(jù)庫.

圖1　青海大學(xué)科技館模型定位

圖2　青海大學(xué)建筑物信息數(shù)據(jù)庫

2　瀏覽系統(tǒng)的研制

2.1網(wǎng)站搭建

2.1.1環(huán)境配置為了實(shí)現(xiàn)自由訪問，需要安裝設(shè)置Internet信息服務(wù)，即進(jìn)行IIS（Internet Information Services）服務(wù)安裝.

2.1.2服務(wù)器配置本瀏覽系統(tǒng)數(shù)據(jù)量非常龐大，因此需要對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分類管理.新建newgn的站點(diǎn)文件，在newgn中分別新建image、model、movie、flash、name文件夾，分別用于儲(chǔ)存圖片資料、模型資料、視頻資料、flash資料、模型標(biāo)記資料.站點(diǎn)文件建立后，導(dǎo)入圖片、模型等各種資料.在Dreamweaver中進(jìn)行站點(diǎn)的各種參數(shù)設(shè)置.

2.2網(wǎng)頁制作本瀏覽系統(tǒng)的網(wǎng)頁按功能分為主要網(wǎng)頁、介紹網(wǎng)頁和查詢網(wǎng)頁.主要網(wǎng)頁即系統(tǒng)的主界面，主要網(wǎng)頁設(shè)計(jì)的核心為嵌入GoogleEarth插件［8］.通過嵌入插件及代碼的編寫，可以調(diào)用GoogleEarth大部分的功能.主要網(wǎng)頁按功能分為6大區(qū)域，由上至下分別為標(biāo)題區(qū)、友情鏈接區(qū)、模型加載區(qū)、菜單區(qū)、視窗區(qū)和信息區(qū).標(biāo)題區(qū)通過插入flash實(shí)現(xiàn)校園主要風(fēng)景的展示；友情鏈接區(qū)通過超鏈接實(shí)現(xiàn)瀏覽學(xué)校網(wǎng)站的主要網(wǎng)頁；模型加載區(qū)實(shí)現(xiàn)校園三維場景及建筑物標(biāo)記的加載；菜單區(qū)為主網(wǎng)頁的核心，實(shí)現(xiàn)了查詢、漫游視頻瀏覽、瀏覽系統(tǒng)介紹以及GoogleEarth自帶功能的調(diào)用等功能；視窗區(qū)為GoogleEarth顯示區(qū)，圖3為視窗區(qū)；信息區(qū)包含了本系統(tǒng)的相關(guān)信息，圖4為信息區(qū).

圖3　視窗區(qū)

圖4　信息區(qū)

介紹網(wǎng)頁主要功能為介紹.包含系統(tǒng)介紹網(wǎng)頁、數(shù)字校園漫游視頻播放網(wǎng)頁、院系視頻介紹網(wǎng)頁.查詢網(wǎng)頁主要實(shí)現(xiàn)建筑物樓層信息查詢.

3　系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1模型加載模型加載區(qū)由8個(gè)圖標(biāo)構(gòu)成，從左至右分別為“地面”、“住宅樓”、“教學(xué)樓”、“行政樓”、“食堂”、“生活服務(wù)”、“附屬”和“標(biāo)記”.通過代碼的編寫，當(dāng)點(diǎn)擊相應(yīng)功能圖標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用model文件夾中的相應(yīng)模型，加載到GoogleEarth中.實(shí)現(xiàn)地面模型加載的代碼為：var link=ge.createLink（"）；var href= 'http://localhost/newgn/model/地面.kmz'；link.setHref（href）；var networkLink=ge.createNetworkLink（"）；networkLink.set（link，true，true）；ge.getFeatures（）.appendChild（networkLink）.

3.2查詢功能查詢功能分為位置信息查詢和樓層信息查詢.位置查詢功能通過“飛到”菜單實(shí)現(xiàn)，可以查詢校園主要教學(xué)樓、住宅樓、食堂、行政樓、生活服務(wù)區(qū)和運(yùn)動(dòng)場所等，并將視窗移到相應(yīng)查詢區(qū)域.實(shí)現(xiàn)該功能的主要思路為：將每個(gè)建筑物的位置信息儲(chǔ)存為一個(gè)kml文件，通過調(diào)用這個(gè)kml文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球視窗區(qū)移到相應(yīng)位置，從而實(shí)現(xiàn)查詢功能.圖5為“飛到”菜單.實(shí)現(xiàn)飛到農(nóng)牧學(xué)院功能的一段代碼為：.

樓層信息查詢通過網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn).其主要設(shè)計(jì)思路為，設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)頁，允許用戶輸入各種樓層數(shù)和樓層面積的條件信息；點(diǎn)擊統(tǒng)計(jì)按鈕，網(wǎng)頁將調(diào)用數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將結(jié)果顯示在頁面上.圖6為查詢界面.

圖5　 查詢界面

圖6　“飛到”菜單

3.3漫游功能漫游功能分為手動(dòng)漫游和視頻漫游.手動(dòng)漫游為通過GoogleEarth主界面的導(dǎo)航條，使數(shù)字地球向前、后、左、右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)漫游功能.視頻漫游通過“視頻”菜單實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)思路為，將相應(yīng)區(qū)域數(shù)字校園的漫游視頻嵌入網(wǎng)頁中，通過超鏈接調(diào)用這些網(wǎng)頁，播放漫游視頻（圖7）.

圖7　青海大學(xué)西南角三維虛擬場景瀏覽網(wǎng)頁

3.4介紹功能GoogleEarth服務(wù)器與用戶客服端之間的信息反饋是通過最新的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，即xml語言.前文所述的儲(chǔ)存位置信息的kml文件，其實(shí)質(zhì)就是xml語言編寫的信息反饋文件.本文中利用xml語言編輯器，對(duì)這種kml文件進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)編寫，在其已有的位置信息的基礎(chǔ)上，添加圖片、文字、超鏈接的信息.通過圖片文字，實(shí)現(xiàn)了基本的介紹，再通過超鏈接所鏈接的網(wǎng)頁來進(jìn)行視頻介紹.例如：點(diǎn)擊“南門”標(biāo)記圖標(biāo)，會(huì)在視窗區(qū)域彈出一個(gè)信息頁面，該頁面實(shí)現(xiàn)了通過圖片和文字對(duì)南門的簡單介紹（圖8）.點(diǎn)擊“視頻介紹”按鈕，即可鏈接到觀看南門介紹視頻的網(wǎng)頁.

圖8　南門介紹頁面

3.5其他功能本系統(tǒng)的其他功能主要是GoogleEarth自帶功能，通過代碼編寫，調(diào)用此類功能.其他功能包括：顯示/隱藏經(jīng)緯度格網(wǎng)（圖9）、隱藏/顯示狀態(tài)欄、隱藏/顯示總覽圖、隱藏/顯示比例圖例、隱藏/顯示大氣層、查詢Googleearth地圖下載速率（圖10）、系統(tǒng)簡介（圖11）和作者簡介.

圖9　“顯示經(jīng)緯度格網(wǎng)”功能演示

圖10　“地圖下載速率”功能演示

圖11　“系統(tǒng)簡介”功能演示

4　結(jié)論

1）在實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)現(xiàn)方面，國內(nèi)外許多學(xué)者做了很多方面的努力，同時(shí)也提供了不同的方法.我們通過實(shí)踐，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開辟了一條嶄新的道路.即通過Sketchup軟件和GoogleEarth的完美結(jié)合，利用GoogleEarth API函數(shù)的強(qiáng)大功能和Sketchup軟件的強(qiáng)大建模功能，可以方便、快捷、有效地實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí).

2）本研究使得虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)不只停留在單機(jī)版，而是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)共享版，具有較高的使用價(jià)值，是虛擬現(xiàn)實(shí)方面的重大突破.即通過Dreamweaver的網(wǎng)頁開發(fā)功能，以及GoogleEarth提供的強(qiáng)大的二次開發(fā)API函數(shù)，使得通過Dreamweaver編制出的網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)了GoogleEarth的大部分功能，以此實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)共享.

［1］路甬祥.數(shù)字地球與數(shù)字城市［J］.中國建設(shè)信息，2007（20）:23-25.

［2］趙學(xué)麗，張海燕.高職院校構(gòu)建數(shù)字化校園問題探［J］.現(xiàn)代企業(yè)文化，2008，18（94）:165-166.

［3］劉海玲.基于WebGIS的三維數(shù)字校園設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.南昌：南昌航空大學(xué)，2011.

［4］常德海.基于Skyline的虛擬校園建設(shè)理論與方法研究［D］.開封：河南大學(xué)，2009:1-5.

［5］李沁蓉.基于VRML的虛擬佼園交互式漫游系統(tǒng)［D］.天津：天津大學(xué)，2006:1-9.

［6］MA J H，HUANG R H.University 21-an integrated education system［C］//International Perspectives on Tele-Education and Virtual Learning Environments.Burlington:Ashgate Publishing Company，2000:109-139.

［7］朱睿，劉勇，尹振良，等.基于KML和虛擬地球的三維數(shù)字校園研究——以蘭州大學(xué)為例［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（6）:37-48.

［8］江寬.Google API開發(fā)詳解:GoogleMaps與GoogleEarth雙劍合璧［M］.2版.北京:電子工業(yè)出版社，2010:221-408.

［9］胡瓊，張建，徐保東，等.Google Earth影像與同源Quick Bird影像在城市土地利用分類上的對(duì)比研究［J］.華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013,47（2）：287-291.

（責(zé)任編輯游?。?/p>

Design and implementation of three-dimentional digital campus browse system with GoogleEarth

SONG Yirong，YAN Kangwen
（Department of Geology Engineering，Qinghai University，Xining 810016，China）

Based on the 3D modeling capabilities of Sketchup and map gotten by digital mapping，we set up a 3D model of university，developed a web page using Dreamweaver，achieved the loading of GoogleEarth and the model of university，and realized browsing university three-dimensional model in the form of web. Taking Qinghai University for instance，it developed three-dimensional university campus browsing system in the form of web，achieved a global shared 3D viewing system of university，and browsed a virtual threedimensional scene of the university anytime with no time limits and no geographical restrictions.

virtual reality；digital campus；Sketchup；GoogleEarth；Dreamweaver

TP391.9；K992.9

ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2015.02.003

1000-2375（2015）02-0107-05

2014-06-16

青海大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2011-QX-34）資助

宋宜容（1964-），女，副教授，E-mail：1260376173@qq.com