金國(guó)建，王雪艷

(溫州市勘察測(cè)繪研究院，浙江溫州 325027)

1 引言

地圖用來(lái)描述空間關(guān)系的歷史悠久，其對(duì)空間關(guān)系的表達(dá)直觀、描述準(zhǔn)確，給人類社會(huì)活動(dòng)帶來(lái)了極大的便利，廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、文化、軍事等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，地圖也從簡(jiǎn)單的線條勾勒轉(zhuǎn)向多元化，不僅內(nèi)容更翔實(shí)，表現(xiàn)方式也更豐富，斜視電子地圖就是新的表達(dá)方式之一。斜視電子地圖通過實(shí)景模擬的方式在地圖上展示空間地物實(shí)體，其美觀易用，具有更強(qiáng)的表現(xiàn)力和親和力。

斜視電子地圖是基礎(chǔ)地理信息技術(shù)、三維技術(shù)、圖像處理技術(shù)的交叉應(yīng)用成果，生產(chǎn)工具獨(dú)立性強(qiáng)，涉及數(shù)據(jù)類型多樣，項(xiàng)目生產(chǎn)過程復(fù)雜，且效率低下。2011年溫州市勘察測(cè)繪研究院為了完成120 km2的斜視電子地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，結(jié)合以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了斜視電子地圖生產(chǎn)輔助系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱應(yīng)用系統(tǒng))，應(yīng)用系統(tǒng)涵蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效地對(duì)整個(gè)流程及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，內(nèi)含自動(dòng)化處理輔助工具，提高了生產(chǎn)效率。

2 業(yè)務(wù)流程簡(jiǎn)介

斜視電子地圖有點(diǎn)類似于影像地圖，都是從一定的角度“拍攝”的圖像，但“拍攝”的對(duì)象不是實(shí)體地物而是三維模型，拍攝的方式也從光學(xué)感應(yīng)變成了數(shù)字計(jì)算，不同的來(lái)源和方法促成了其特有的數(shù)據(jù)生產(chǎn)方式。斜視電子地圖需要先有三維模型，才能進(jìn)行圖片輸出，三維模型需要根據(jù)地物的實(shí)際信息在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建。從地物信息獲取到最終的數(shù)據(jù)成果主要分為原始資料獲取，模型制作與渲染，后期加工三環(huán)節(jié)。為便于項(xiàng)目的實(shí)施，數(shù)據(jù)處理時(shí)以分區(qū)為單位，即將整個(gè)范圍分成多個(gè)小區(qū)域，各小區(qū)域的工作由多人同步進(jìn)行。

原始資料包括建模需要用到的線劃數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)和照片數(shù)據(jù)等，完備的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是成果質(zhì)量的基石。地物信息首先從現(xiàn)有的平面數(shù)據(jù)中獲取，再對(duì)數(shù)據(jù)不完備的地方進(jìn)行補(bǔ)充。需要收集的數(shù)據(jù)涵蓋全部需要建模的地物，對(duì)不需建模的地物進(jìn)行剔除，形成統(tǒng)一、可用的建模參考數(shù)據(jù)。照片數(shù)據(jù)很少有現(xiàn)成的資料可用，一般都需要重新拍攝。照片的拍攝同時(shí)也是一個(gè)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證的過程，對(duì)于數(shù)據(jù)陳舊或錯(cuò)誤的地方需要進(jìn)行標(biāo)記，待內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

建模的依據(jù)是前期收集的原始資料，線劃數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到三維建模軟件中使用，影像數(shù)據(jù)和照片數(shù)據(jù)則需要通過作業(yè)人員查看，然后在三維場(chǎng)景中重現(xiàn)。當(dāng)線劃數(shù)據(jù)過于復(fù)雜時(shí)，作業(yè)人員還需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)。不同數(shù)據(jù)的精細(xì)度和類型不同，對(duì)地物的表達(dá)角度不同，甚至由于時(shí)間不同而出現(xiàn)不一致，這都需要進(jìn)行仔細(xì)分析。

后期加工是將圖片處理成帶坐標(biāo)的斜視地圖成果，并對(duì)主要地理名稱進(jìn)行標(biāo)注。模型建完后需要設(shè)定合適的燈光，渲染出比較美觀的斜視圖片。成果圖渲染完成后需要導(dǎo)入到地理信息系統(tǒng)軟件中，根據(jù)地物空間位置與斜視換算，形成精準(zhǔn)坐標(biāo)的斜視地圖，并在地理信息系統(tǒng)軟件中增加一些重要的名稱標(biāo)記，以使地圖要素更完整。

3 相關(guān)軟件

數(shù)據(jù)生產(chǎn)需要用到的軟件主要有地理信息系統(tǒng)軟件和三維建模軟件，地理信息系統(tǒng)軟件使用的是超圖地理信息系統(tǒng)軟件，三維建模軟件使用的是Autodesk 3ds Max軟件。

超圖地理信息系統(tǒng)軟件(SuperMap，以下簡(jiǎn)稱超圖軟件)是北京超圖軟件股份有限公司開發(fā)的地理信息工具軟件，斜視電子地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)中主要用于對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、線劃數(shù)據(jù)修改、名稱標(biāo)注以及基于空間平面的數(shù)據(jù)管理等。該軟件提供了較全面的二次開發(fā)接口，斜視電子地圖生產(chǎn)輔助系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成的方式調(diào)用相關(guān)功能。

3ds Max在斜視電子地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)中主要用于模型的制作和斜視效果的渲染。該軟件也支持二次開發(fā)，但只支持以插件的形式供其自身調(diào)用。建模時(shí)用戶直接在3ds Max中操作，完成后導(dǎo)入應(yīng)用系統(tǒng)。渲染時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)僅負(fù)責(zé)3ds Max啟動(dòng)，3ds Max中相關(guān)插件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中存在大量的費(fèi)時(shí)操作，應(yīng)用系統(tǒng)的總體上使用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)架構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理(輔助生產(chǎn))部分操作放在客戶端，管理與控制通過Remoting的方式放在服務(wù)器端。部署上主要分三部分:數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用服務(wù)和客戶端，如圖1所示(箭頭表示訪問)。數(shù)據(jù)庫(kù)使用Oracle 10g，建立項(xiàng)目管理庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)庫(kù)。項(xiàng)目管理庫(kù)存儲(chǔ)項(xiàng)目實(shí)施過程需要存儲(chǔ)的管理信息，空間數(shù)據(jù)庫(kù)由超圖軟件建立并由其訪問和管理。應(yīng)用服務(wù)負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的管理，包含項(xiàng)目管理庫(kù)的訪問和多用戶的并發(fā)操作等，并在需要的時(shí)候啟動(dòng)3ds Max軟件進(jìn)行處理?？蛻舳素?fù)責(zé)與用戶交互和對(duì)空間數(shù)據(jù)的操作。

圖1 分層(部署)圖

業(yè)務(wù)流程考慮到變更的需要，使用插件設(shè)計(jì)，每個(gè)插件實(shí)現(xiàn)了共同的接口用以描述其功能。插件模塊中包含了模塊自描述、模塊功能實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)持久化和用戶交互界面，如圖2所示。模塊自描述用于應(yīng)用程序調(diào)用時(shí)對(duì)模塊功能說明的獲取以及模塊身份的識(shí)別。數(shù)據(jù)持久化負(fù)責(zé)與外部存儲(chǔ)(包括數(shù)據(jù)庫(kù))的連接，新建項(xiàng)目時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象創(chuàng)建，功能執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)讀取與存儲(chǔ)等。內(nèi)部權(quán)限控制模塊內(nèi)的權(quán)限要求，執(zhí)行到相應(yīng)狀態(tài)會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行檢測(cè)，并與整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的權(quán)限控制模塊進(jìn)行交互。用戶交互負(fù)責(zé)與用戶的信息交互，可以在主界面中顯示相應(yīng)的交互對(duì)象，也可以創(chuàng)建獨(dú)立窗口進(jìn)行交互。內(nèi)部調(diào)用控制負(fù)責(zé)模塊的組織，協(xié)調(diào)整個(gè)模塊的運(yùn)作。所有的插件放在插件目錄中，由系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)搜索模塊并加載。

圖2 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)及調(diào)用圖

系統(tǒng)需要用到的數(shù)據(jù)有空間數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)和設(shè)置數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在服務(wù)器端，用戶從任意客戶端登錄都使用統(tǒng)一的設(shè)置。空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在項(xiàng)目管理庫(kù)中，分別由空間數(shù)據(jù)訪問輔助對(duì)象和項(xiàng)目數(shù)據(jù)訪問輔助對(duì)象進(jìn)行訪問，所有操作都使用接口進(jìn)行封裝，隔離數(shù)據(jù)源類型與操作方式對(duì)業(yè)務(wù)流程的影響，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)訪問的封裝

5 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地形圖，竣工測(cè)繪，放樣數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)，高程數(shù)據(jù)，注記數(shù)據(jù)以及建筑圖紙電子版等。這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成項(xiàng)目要求的坐標(biāo)系后導(dǎo)入到應(yīng)用系統(tǒng)，作為原始數(shù)據(jù)。在正式使用前還需要將基礎(chǔ)地形圖結(jié)合其他數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)地照片進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，并進(jìn)行必要的綜合，形成單一、完整、精簡(jiǎn)的線劃參考數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

5.2 照片數(shù)據(jù)管理

照片數(shù)據(jù)管理包括照片數(shù)據(jù)采集需要的底圖打印，照片數(shù)據(jù)入庫(kù)。外業(yè)采集員根據(jù)分配的任務(wù)，選擇相應(yīng)的區(qū)域并輸出，應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，生成外業(yè)采集底圖(JPG格式)，如圖5所示。外業(yè)采集員根據(jù)外業(yè)采集地圖所示進(jìn)行建筑紋理數(shù)據(jù)采集，采集完后將照片后導(dǎo)入應(yīng)用系統(tǒng)，并在應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)照片進(jìn)行整理，圖6為照片整理界面。

圖5 外業(yè)采集底圖

圖6 照片整理界面

5.3 三維建模輔助

三維建模輔助包括建模參考數(shù)據(jù)導(dǎo)出，照片查詢和導(dǎo)出。建模通過3ds Max軟件進(jìn)行，建模前根據(jù)區(qū)域?qū)С鱿鄳?yīng)的分區(qū)，然后導(dǎo)入到3ds Max中作為建模的數(shù)據(jù)參考。建模需要的照片數(shù)據(jù)，則直接在應(yīng)用系統(tǒng)中查看，待需要對(duì)照片進(jìn)行處理時(shí)再導(dǎo)出。

5.4 模型管理

模型管理包括模型的模型導(dǎo)入、模型瀏覽和模型刪除。模型導(dǎo)入是將模型導(dǎo)入到模型庫(kù)中，并建立空間位置索引，以方便數(shù)據(jù)的調(diào)度。模型瀏覽以列表的形式顯示，對(duì)不再需要的模型可以選中刪除。

5.5 斜視渲染

斜視渲染包括圖片的渲染，并允許圖片的導(dǎo)入和導(dǎo)出。渲染過程由應(yīng)用程序啟動(dòng)服務(wù)器端的3ds Max實(shí)現(xiàn)，3ds Max啟動(dòng)后自動(dòng)激發(fā)maxscript腳本進(jìn)行渲染，應(yīng)用程序通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)表和渲染成果圖片來(lái)確定當(dāng)前進(jìn)度，待渲染完成后自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成帶坐標(biāo)的斜視圖片成果。渲染根據(jù)分區(qū)范圍有選擇地進(jìn)行，如圖7所示。當(dāng)斜視圖片需要手工修改時(shí)，可以單獨(dú)導(dǎo)出，進(jìn)行修改后更新導(dǎo)入。

圖7 渲染流程

5.6 信息標(biāo)注

信息標(biāo)注是在地圖上增加一些標(biāo)注信息，標(biāo)注以矢量的形式存儲(chǔ)，以專題圖的形式顯示，如圖8所示。標(biāo)注和成果圖的分離避免了一方的變化對(duì)另一方的影響，方便數(shù)據(jù)的使用和維護(hù)。

圖8 標(biāo)注成果

5.7 項(xiàng)目管理

系統(tǒng)的使用通過權(quán)限進(jìn)行控制，需要登錄方可使用?；诠ぷ髁鞒虒?quán)限分為項(xiàng)目經(jīng)理，數(shù)據(jù)處理員，外業(yè)采集員，建模員，渲染員，標(biāo)注員，質(zhì)檢員7種權(quán)限。其中的項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)項(xiàng)目的組織和進(jìn)度控制、分區(qū)管理，數(shù)據(jù)處理員負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備以及數(shù)據(jù)的調(diào)整和補(bǔ)充，質(zhì)檢員負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，其他權(quán)限分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的流程。當(dāng)項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)用戶賦予一定角色，該用戶就具有該類權(quán)限，可以對(duì)其進(jìn)行更具體的任務(wù)分配，并確定任務(wù)完成時(shí)間。當(dāng)該用戶登錄時(shí)就會(huì)收到新的任務(wù)，當(dāng)用戶超期未完成時(shí)項(xiàng)目經(jīng)理會(huì)收到任務(wù)延期提醒。

6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)和項(xiàng)目管理庫(kù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)使用超圖軟件的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式，項(xiàng)目管理庫(kù)使用普通的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)形式。建獨(dú)立的空間數(shù)據(jù)庫(kù)是為了適應(yīng)超圖軟件需求，超圖軟件的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有其固有格式，故通過超圖控件訪問的空間數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在項(xiàng)目管理庫(kù)中。

6.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)

存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)主要有原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參考基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，斜視圖片數(shù)據(jù)，分區(qū)數(shù)據(jù)，照片位置索引，模型位置索引，標(biāo)注數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)以超圖的數(shù)據(jù)集形式組織，數(shù)據(jù)集類型可能是點(diǎn)、線、面、注記、復(fù)合數(shù)據(jù)、影像、屬性表等，有些數(shù)據(jù)由多個(gè)數(shù)據(jù)集組成，有些數(shù)據(jù)由單個(gè)數(shù)據(jù)集組成。

原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù):原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由多個(gè)多種數(shù)據(jù)集組成，數(shù)據(jù)集名前綴為“Y_”。

參考基礎(chǔ)數(shù)據(jù):參考基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也由多個(gè)多種數(shù)據(jù)集組成，數(shù)據(jù)集名前綴為“C_”。

斜視圖片數(shù)據(jù):斜視圖片數(shù)據(jù)由多個(gè)影像數(shù)據(jù)集(帶坐標(biāo)的圖片)組成，數(shù)據(jù)集前綴為“X_”。

分區(qū)數(shù)據(jù):分區(qū)數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的一個(gè)面圖層，整個(gè)項(xiàng)目中只存在一個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)集名“FENQU”。

照片位置索引:照片的空間位置有多種記錄方式，由多個(gè)多種數(shù)據(jù)集組成，數(shù)據(jù)集名前綴為“ZPWZ_”。

模型位置索引:模型的空間位置以面數(shù)據(jù)集(矩形框)的方式記錄，只記錄其平面范圍，空間數(shù)據(jù)庫(kù)中只保留一套有效的模型成果，數(shù)據(jù)集名“MOXINGWEIZHI”。

標(biāo)注數(shù)據(jù):標(biāo)注數(shù)據(jù)有多種多個(gè)數(shù)據(jù)集組成，數(shù)據(jù)集名前綴為“BZ_”。

6.2 項(xiàng)目管理庫(kù)

應(yīng)用系統(tǒng)中用到的非空間數(shù)據(jù)庫(kù)都存儲(chǔ)在項(xiàng)目管理庫(kù)中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表中，數(shù)據(jù)的操作通過存儲(chǔ)過程進(jìn)行。

原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引表:存儲(chǔ)所有的原始外部導(dǎo)入的空間數(shù)據(jù)基本信息，表名為“KJ_JICHU”。

參考數(shù)據(jù)索引表:存儲(chǔ)所有調(diào)整后的參考數(shù)據(jù)信息，未經(jīng)過調(diào)整的數(shù)據(jù)不在該列表中，表名為“KJ_CANKAO”。

照片導(dǎo)入批次表:存儲(chǔ)所有導(dǎo)入的照片批次信息，每次導(dǎo)入都會(huì)在該表中添加一個(gè)批次項(xiàng)，表名為“ZP_PICI”。

照片列表:存儲(chǔ)所有的照片信息(包括照片的二進(jìn)制表示和照片的屬性信息)，關(guān)聯(lián)相應(yīng)照片導(dǎo)入批次，表名為“ZP_LIEBIAO”。

用戶表:存儲(chǔ)用戶相關(guān)信息，用戶名、密碼、權(quán)限等，表名為“YONGHUBIAO”。

渲染過程表:存儲(chǔ)斜視渲染過程中臨時(shí)記錄的信息，包括進(jìn)度、斜視圖片信息等，表名為“LS_XUANRAN”。

任務(wù)表:存儲(chǔ)項(xiàng)目經(jīng)理分配的任務(wù)信息，表名為“RENWUBIAO”。

設(shè)置表:存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)信息，表名為“SHEZHI”。

7 結(jié)語(yǔ)

斜視電子底圖生產(chǎn)輔助系統(tǒng)是基于斜視數(shù)據(jù)生產(chǎn)實(shí)際開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)的C/S交互上采用基于.NET的Remoting設(shè)計(jì)，便于開發(fā)和多用戶交互，便于生產(chǎn)協(xié)作，應(yīng)用系統(tǒng)的生產(chǎn)流程使用插件設(shè)計(jì)，方便了應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)，減少了流程調(diào)整時(shí)的修改工作量。應(yīng)用系統(tǒng)覆蓋了斜視數(shù)據(jù)生產(chǎn)的各主要環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率的提高產(chǎn)生了相當(dāng)大的作用。以往的數(shù)據(jù)都是散亂的，查找和使用都相當(dāng)不便，通過應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)助，數(shù)據(jù)變得有序，往往一鍵就能獲得需要的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率更高。特別是對(duì)地物表面紋理照片的系統(tǒng)化管理，用數(shù)據(jù)庫(kù)的形式替代原來(lái)目錄存儲(chǔ)，極大方便了使用。形式化的操作直接做成處理模塊，直接一鍵就自動(dòng)執(zhí)行，避免了頻繁的人工干預(yù)。應(yīng)用系統(tǒng)在斜視數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的作用明顯，不僅提高了效率，而且有利于數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制。

［1］北京超圖地理信息技術(shù)有限公司.SuperMap Objects聯(lián)機(jī)幫助［R］.2008.

［2］Autodesk公司.Autodesk 3ds Max MAXScript Reference［R］，2009.

［3］張友生，王勇.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師教程(第二版)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

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［6］普里斯.Oracle Database10g SQL開發(fā)指南［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.