基于Supermap的數(shù)字校園三維可視化實(shí)現(xiàn)

羅火錢(qián) 侯才水

摘要：以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)為例，基于SuperMap Desktop 8C軟件，結(jié)合3ds Max三維建模功能，著重闡述了數(shù)字校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場(chǎng)景創(chuàng)建，設(shè)置飛行路線制作視頻錄像的具體流程，實(shí)現(xiàn)了具備放大、縮小、漫游等功能的數(shù)字校園三維可視化。

關(guān)鍵詞：SuperMap；三維建模；數(shù)字校園；三維場(chǎng)景

中圖分類(lèi)號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）07-0092-02

數(shù)字校園是數(shù)字地球、數(shù)字城市在校園區(qū)域的具體體現(xiàn)，是現(xiàn)實(shí)校園時(shí)間與空間的延伸和擴(kuò)展?！叭S校園”概念是由美國(guó)克萊蒙特大學(xué)教授凱尼斯·格林在1990年發(fā)起并主持的“信息化校園計(jì)劃”中提出的[1]。三維的數(shù)字校園建模是校園可視化的一個(gè)重要方面，通過(guò)建立視覺(jué)逼真的三維虛擬校園，可將真實(shí)的校園景觀全方位、立體地展現(xiàn)在用戶面前[2，3，4]。本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)為例，基于SuperMap軟件，通過(guò)三維場(chǎng)景建模的表現(xiàn)方式，直觀、形象、生動(dòng)地展現(xiàn)真實(shí)的校園，實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景放大、縮小、漫游等可視化，輔以視頻錄音方式解讀校園三維場(chǎng)景，更好地宣傳學(xué)校，并幫助報(bào)考人員和新生、校友、家長(zhǎng)全面地了解學(xué)校。

1 校園概況

福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)辦于1929年，地處中國(guó)魅力城市——永安，新校區(qū)占地總面積1062畝，建筑面積17.18萬(wàn)平方米。校園內(nèi)地形起伏，總體形成四周低中心高的格局，如圖1所示。本文主要研究新校區(qū)北大門(mén)、生活區(qū)、體育館、教學(xué)區(qū)等建筑樓群和主要道路的三維建模，實(shí)現(xiàn)了校園三維可視化，并結(jié)合校園文化輔以視頻錄音解讀校園。

2 三維數(shù)字校園實(shí)現(xiàn)平臺(tái)

2.1 三維建模操作平臺(tái)

本研究采用的3ds Max 2012擁有先進(jìn)的渲染和仿真功能、更強(qiáng)大的繪圖、紋理和建模工具集以及更流暢的多應(yīng)用工作流。

2.2 三維可視化平臺(tái)軟件

SuperMap GIS 8C（2017）是超圖軟件全新架構(gòu)的新一代云端一體化GIS平臺(tái)軟件，基于跨平臺(tái)、二三維一體化、云端一體化三大技術(shù)體系，提供功能強(qiáng)大的GIS云管理器、云GIS門(mén)戶平臺(tái)、GIS應(yīng)用服務(wù)器與GIS分發(fā)服務(wù)器，以及豐富的PC端、Web端、移動(dòng)端產(chǎn)品與開(kāi)發(fā)包，協(xié)助客戶打造強(qiáng)云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的GIS系統(tǒng)[5]。

3 數(shù)字校園三維可視化實(shí)現(xiàn)過(guò)程

數(shù)字校園三維可視化實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場(chǎng)景創(chuàng)建，設(shè)置飛行路線制作視頻錄像等。

3.1 數(shù)據(jù)獲取及處理

本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例建立三維數(shù)字校園，需要收集的數(shù)據(jù)包括：1：500的校園地形圖、建筑物的高度數(shù)據(jù)、校園地物地貌紋理數(shù)碼相片及其屬性信息數(shù)據(jù)。

3.1.1 校園1：500的地形圖

本文主要依據(jù)校園CAD圖來(lái)構(gòu)建三維數(shù)字校園，該CAD圖是根據(jù)學(xué)校實(shí)際建筑進(jìn)行測(cè)量、繪圖，比例尺為1：500。CAD圖內(nèi)容包括：生活區(qū)、食堂1、食堂2 、綜合樓、體育館、北教、南教、學(xué)院地形圖以及學(xué)院總平圖。

3.1.2 建筑物的高度數(shù)據(jù)

建立建筑物三維模型所需的地形地物平面坐標(biāo)來(lái)源于校園CAD圖以及Google Earth上校園所處位置標(biāo)注，而建筑物的高度數(shù)據(jù)主要根據(jù)建筑物層數(shù)估算。即統(tǒng)計(jì)校園內(nèi)各建筑物的層數(shù)以及該建筑物樓每層樓的高度，將每棟樓層數(shù)×每層樓高計(jì)算得到該建筑物的大概高度數(shù)據(jù)。

3.1.3 校園地物地貌紋理數(shù)據(jù)

校園地物地貌紋理數(shù)據(jù)主要指圖片數(shù)據(jù)。本研究中地貌紋理數(shù)據(jù)取自Google Earth上高分辨率的遙感影像圖片；地物紋理數(shù)據(jù)來(lái)自像素較高的數(shù)碼相機(jī)拍攝高清照片。拍照時(shí)，根據(jù)建筑物特點(diǎn)，重點(diǎn)拍攝建筑物的每一面墻、每一扇窗；在立面變化處重點(diǎn)拍攝呈現(xiàn)過(guò)度的紋理；最后將所有紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)整合、編號(hào)，利用 Photoshop軟件對(duì)紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行自由變換等處理。校園地物主要分為兩類(lèi)，建筑物（校園整體包括宿舍區(qū)、食堂、綜合樓、體育館、北教學(xué)樓、南教學(xué)樓等）和道路交通（道路及路面）。

3.1.4 屬性信息數(shù)據(jù)

屬性信息是對(duì)地物非空間特征的描述，包括文字屬性、圖片屬性、聲音屬性、影像屬性等。本研究在創(chuàng)建紋理數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)時(shí)，將三維場(chǎng)景中模型的屬性使用鍵盤(pán)錄入方式輸入，如樓的名稱(chēng)、高度、功能等。

3.2 數(shù)字校園三維可視化

本文校園三維可視化實(shí)現(xiàn)過(guò)程，主要如圖2所示，即將校園CAD圖導(dǎo)入3ds Max三維建模，對(duì)模型進(jìn)行貼圖附材質(zhì)，安裝Max插件，實(shí)現(xiàn)3ds Max三維模型在Supermap中生成數(shù)據(jù)集，按照校區(qū)坐標(biāo)導(dǎo)入Supermap，設(shè)置飛行路線，從而導(dǎo)出三維場(chǎng)景。

3.2.1 三維模型建立

將CAD文件導(dǎo)入3dsMax2012版本軟件，然后通過(guò)描繪地形圖的建筑輪廓底圖，形成閉合圖形，最后根據(jù)輪廓線形成的建筑物拉伸，得到建筑物的造型結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上繪制門(mén)、窗等，要求精細(xì)制作，繪制出建筑物的三維模型。

3.2.2 模型的紋理貼圖與渲染

繪制出建筑物的模型后，需要給三維模型的表面或內(nèi)部賦予上紋理貼圖，使其更加真實(shí)，材質(zhì)貼圖會(huì)影響到三維景觀的視覺(jué)效果。利用3dsMax材質(zhì)貼圖對(duì)建模賦予紋理。

3.2.3 三維模型整合

將建立好的三維模型，依據(jù)學(xué)院總體分布進(jìn)行整合；安裝MAX插件，將整合好的三維模型生成數(shù)據(jù)集，導(dǎo)出為udb格式文件，如圖3所示。

3.2.4 三維場(chǎng)景創(chuàng)建

將生成的數(shù)據(jù)集在SuperMap iDesktop 8C軟件中打開(kāi)，加載至新球面，在普通圖層上添加.kml文件，即創(chuàng)建出福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)字校園三維場(chǎng)景，效果如圖4所示。

3.2.5 飛行路線設(shè)置

調(diào)整三維場(chǎng)景位置，按照校區(qū)建筑物分布格局，從北大門(mén)出發(fā)，沿著道路，依次添加飛行站點(diǎn)，設(shè)置一條供人參觀食堂、綜合教學(xué)樓、學(xué)生宿舍區(qū)、體育館、北教、南教的路線，調(diào)整飛行路線的飛行速度、高度并保存，從而實(shí)現(xiàn)校園全方位三維可視化，飛行路線站點(diǎn)如圖5所示。本文制作的飛行路線，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)景全方位展示；飛行過(guò)程中達(dá)到飛行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)彎平滑，觀感舒適的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，采集并處理校園數(shù)字建筑紋理貼圖、基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)，將校園的二維矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入3dsMax軟件，針對(duì)不同的地表實(shí)體用不同的建模方法進(jìn)行具有真實(shí)感的三維建模，結(jié)合SuperMap三維可視化軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字校園可視化應(yīng)用。使用SuperMap iDesktop 8C sp1中的“性能診斷工具”和生成場(chǎng)景緩存來(lái)優(yōu)化場(chǎng)景性能，三維漫游操作時(shí)無(wú)明顯卡頓現(xiàn)象，優(yōu)化后達(dá)到開(kāi)啟幀率后，平均幀率達(dá)到30幀以上，但地形建模效果需要再加強(qiáng)。該成果可讓用戶全面地了解校園的分布格局，為新生快速熟悉學(xué)習(xí)和生活環(huán)境提供便利；可使學(xué)院風(fēng)光更加直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，使更多人可以足不出戶就能參觀學(xué)院，加強(qiáng)了校園文化的對(duì)外宣傳作用。既填補(bǔ)學(xué)院三維場(chǎng)景的空白，同時(shí)為將來(lái)校園導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)、二三維一體化的數(shù)字校園服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

致謝：感謝本文研究過(guò)程中計(jì)算機(jī)1431班學(xué)生郭華鑫、黃家朋、徐星友的積極參與。

參考文獻(xiàn)

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