張輔霞 王建雄

0 引言

“數(shù)字農(nóng)大”可以說是“數(shù)字校園”“數(shù)字城市”的一個(gè)實(shí)驗(yàn),隨著中國“數(shù)字城市”的提出,“數(shù)字城市”的基礎(chǔ)研究和探討成為學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)?！皵?shù)字校園”是“數(shù)字城市”的重要組成部分,“數(shù)字農(nóng)大”作為作者對(duì)“數(shù)字校園”的一項(xiàng)起步研究,力求對(duì)開展虛擬校園三維可視化系統(tǒng)及相關(guān)課題的研究進(jìn)行基礎(chǔ)性的探討,以此適應(yīng)信息社會(huì)發(fā)展的需要。

1 平臺(tái)建設(shè)

筆者以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)為試點(diǎn),利用虛擬校園三維可視化系統(tǒng)作為信息時(shí)代空間信息的基本管理模式,利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù),通過對(duì)航空相片進(jìn)行三維測(cè)量而建立了云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)校園地理信息系統(tǒng)和三維仿真系統(tǒng)的開發(fā),探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬校園三維可視化技術(shù)在校園建設(shè)管理中的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用研究。

“數(shù)字農(nóng)大”成果類似于通常所見的三維立體畫,具有立體顯示、瀏覽和查詢功能。項(xiàng)目數(shù)據(jù)完全來源于四張航空相片(兩組相對(duì)),借助于計(jì)算機(jī)對(duì)相對(duì)進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向,比較相對(duì)的灰度,按照建立的核線進(jìn)行匹配,從而建立空間立體的感覺,并以此為根據(jù)進(jìn)行三維量測(cè),建立包括所有重要建筑在內(nèi)的云南農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)三維立體圖像,它的組成為6個(gè)部分:DTM(數(shù)字地面模型)、DEM(數(shù)字高程模型)、地表紋理、建筑、建筑查詢信息、樹及路燈。各項(xiàng)數(shù)據(jù)分層設(shè)置,有利于地面信息的實(shí)時(shí)更新,在地物或地貌發(fā)生變化時(shí),只需要修改地表紋理和相應(yīng)的建筑物即可,不必作全局的改動(dòng),而且在完成面積較大區(qū)域的模型時(shí)可對(duì)已完成的各個(gè)部分進(jìn)行拼接,使之成為一個(gè)整體。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本次研究的原始數(shù)據(jù)為2003年1∶2 000航測(cè)影像。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電與建筑學(xué)院遙感與信息實(shí)驗(yàn)室全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)加工后生成了dem和dom。這兩個(gè)數(shù)據(jù)作為校園建筑的原始依據(jù)。

研究完成校園(東校區(qū))所有房屋建筑建模、文檔屬性掛接,主要雕塑和特色大門制作、園林制作(草、花、亭子)、路面修飾和細(xì)部制作及修飾(路燈、指示牌、健身器材等)。

以上內(nèi)容包括復(fù)雜模型的建立和紋理的修飾粘貼都直接在系統(tǒng)里面快速實(shí)現(xiàn),重建的三維場(chǎng)景效果逼真;同時(shí)系統(tǒng)平臺(tái)還可以對(duì)細(xì)部進(jìn)行完美地修飾,例如:

1)道路路面修飾;校內(nèi)綠化、行道樹按樹種大類制作,并控制樹木與建筑物的高度比例;

2)建筑物外部的臺(tái)階、平臺(tái)等都比較明顯;突出校園圍墻;顯示校園明顯的地面起伏;

3)建筑物外觀與實(shí)際情況匹配;主要平房區(qū)按區(qū)顯示;屋頂區(qū)分為平頂和瓦頂。

系統(tǒng)有多個(gè)數(shù)據(jù)接口,能接受不同來源的數(shù)據(jù)格式,并對(duì)這些格式進(jìn)行編輯、轉(zhuǎn)換和綜合利用;能方便的在二維圖形和三維模型之間相互操作,并為圖形和模型提供強(qiáng)大的屬性庫管理,能快速地進(jìn)行可視化查詢及分析?？焖俚恼w建模功能大量減輕了其他同類軟件建模的工作量。最終結(jié)果是利用校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上發(fā)布,“數(shù)字農(nóng)大”在校園建設(shè)管理中都得到了很好的體現(xiàn)。

“數(shù)字農(nóng)大”前期數(shù)據(jù)來源只有一張正射影像和繪制的校園數(shù)字線化圖。具體的工作如下:

1)首先將CAD的數(shù)字線化圖倒入imagis,并構(gòu)建dem。

2)將航片對(duì)應(yīng)好已有的線化圖,在dem上。

3)以數(shù)字線化圖為基礎(chǔ),構(gòu)建建筑物的立體模型,并進(jìn)行分層,建立屬性數(shù)據(jù)庫。

4)對(duì)三維模型進(jìn)行紋理編輯。

5)將最后的成果發(fā)布到網(wǎng)上。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

利用校園景觀的仿真及3D-GIS技術(shù),從校園所處環(huán)境入手,分析其地域環(huán)境和用地環(huán)境對(duì)其平面關(guān)系、空間結(jié)構(gòu)、環(huán)境形態(tài)、城市設(shè)計(jì)技術(shù)條件等內(nèi)容的影響因子。以空間形態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬為聯(lián)系和支撐,深入校園內(nèi)部了解校園形態(tài)及其他環(huán)境構(gòu)成要素,最終實(shí)現(xiàn)校園、街道和建筑空間形態(tài)的數(shù)字可視化分析。

3.1 校園空間形態(tài)的仿真分析

1)校園環(huán)境分析;

2)校園結(jié)構(gòu)分析;

3)校園邊沿分析;

4)校園標(biāo)志分析;

5)校園美學(xué)分析。

3.2 街道及建筑空間形態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬分析

1)平面構(gòu)成分析;

2)空間構(gòu)成分析;

3)時(shí)空變化的3S動(dòng)態(tài)模擬分析。

3.3 校園更新中的傳統(tǒng)管理手段與數(shù)字可視化技術(shù)比較

1)傳統(tǒng)管理手法分析;

2)數(shù)字可視化技術(shù)的應(yīng)用分析。

通過校園數(shù)字化的信息服務(wù)、應(yīng)用軟件的建設(shè),從數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)入庫到應(yīng)用的完整技術(shù)體系,組建流域聚落影像庫,進(jìn)行聚落平面構(gòu)成、結(jié)構(gòu)等一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析。利用現(xiàn)代技術(shù)模擬聚落的“多維集約空間”,比較空間形態(tài)的構(gòu)成關(guān)系,結(jié)合三維可視化技術(shù)(visual reality)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality),完全再現(xiàn)管理環(huán)境下的真實(shí)情況,把所有管理對(duì)象都置于一個(gè)真實(shí)的三維世界中,真正做到了管理意義上的“所見即所得”。這樣結(jié)合運(yùn)用,能使“數(shù)字農(nóng)大”成果更具備研究與運(yùn)用價(jià)值,在方法、手段上全面探討傳統(tǒng)管理手段與數(shù)字可視化技術(shù)的結(jié)合。

4 結(jié)語

“數(shù)字城市”正在成為全球?qū)W術(shù)界關(guān)心的熱點(diǎn)。如何解決數(shù)字時(shí)代這一信息表現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和推廣應(yīng)用,一直是空間信息化建設(shè)的難點(diǎn)。為此,以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)為試點(diǎn),對(duì)實(shí)現(xiàn)空間信息的數(shù)字可視化系統(tǒng)進(jìn)行研究與探討,不僅具有深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)價(jià)值,也是國家信息化建設(shè)的高技術(shù)難題,具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景,而此成果也為真三維可視化技術(shù)的研究提供模型。

[1] 徐 峰,陳敏智.虛擬校園三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,35(2):155-158.