【摘 要】本文介紹了二維GIS和三維虛擬場景各自的優(yōu)缺點，提出了通過二三維聯(lián)動技術(shù)結(jié)合兩者優(yōu)點的方法來克服各自的局限性，實現(xiàn)了地理信息二三維一體化系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】二維GIS 三維場景 二三維一體化

煙草企業(yè)的信息化程度一直走在國內(nèi)企業(yè)的前列，隨著地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System簡稱為GIS）技術(shù)在煙草行業(yè)的逐步應(yīng)用，諸多煙草企業(yè)建立了基于GIS的信息管理系統(tǒng)，它提高了企業(yè)規(guī)劃的效率、減少了重復(fù)建設(shè)并為企業(yè)生產(chǎn)檢修提供了新的手段。

二維GIS建立在平面地理信息數(shù)據(jù)之上，一般使用的地圖為工程圖，雖然符合目前規(guī)劃、設(shè)計、管理等對地圖的使用習(xí)慣，但無法反映和表達(dá)三維空間的信息，難以為使用者提供一個直觀的三維空間場景。相比之下，三維虛擬場景最大優(yōu)點是增加了z軸上的表現(xiàn)能力，使目標(biāo)對象在三維空間能夠最大程度地真實呈現(xiàn)，三維虛擬場景盡管克服了二維GIS的缺點，但是也存在數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)獲取和處理困難、與二維數(shù)據(jù)不易順暢結(jié)合以及對各種信息的綜合處理與分析。我們通過對二維三維連動交互機(jī)制的探索，使二維GIS與三維虛擬場景較好地實現(xiàn)了融合，可以揚(yáng)長避短、更好地服務(wù)于煙草企業(yè)。

一、二三維一體化GIS系統(tǒng)構(gòu)建

（一）基本設(shè)計思路和處理流程

煙草企業(yè)二三維一體化GIS系統(tǒng)建立在空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和其他應(yīng)用數(shù)據(jù)之上；二維部分基于MapGuide，三維部分基于Unity3D；通過中間件技術(shù)FDO和ADO訪問底層數(shù)據(jù)。這種二次開發(fā)方式使得系統(tǒng)的建立和擴(kuò)展具有便捷性和穩(wěn)定性，減少了一個系統(tǒng)從總體開發(fā)需要底層引擎開始開發(fā)的龐大工作量和維護(hù)測試的壓力，大大提高了開發(fā)效率。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

（二）二維GIS體系環(huán)境

二維GIS采用MapGuide作為開發(fā)平臺，MapGuide是Autodesk公司為滿足GIS用戶數(shù)據(jù)發(fā)布需要，開發(fā)的Internet網(wǎng)絡(luò)圖形數(shù)據(jù)發(fā)布產(chǎn)品。它是通過Internet和Intranet發(fā)布實時的、內(nèi)容豐富而翔實的地圖和地理數(shù)據(jù)的交互式解決方案。MapGuide架構(gòu)如圖2所示：

（三）三維GIS體系環(huán)境

三維部分采用Unity3D開發(fā)。Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓開發(fā)者輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型開發(fā)工具，它是一個全面整合的專業(yè)三維引擎。Unity3D支持多種格式導(dǎo)入，作為一個友善的專業(yè)開發(fā)工具，引擎腳本編輯支持Javascript、C#、Boo三種腳本語言，可快速開發(fā)、并自由的創(chuàng)造豐富多彩，功能強(qiáng)大的交互內(nèi)容，是三維GIS開發(fā)平臺中比較好的選擇。

二、二維GIS與三維GIS設(shè)計

（一）二維GIS設(shè)計

二維GIS主要實現(xiàn)地圖瀏覽查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、二維地圖分析等功能。以MapGuide作為GIS應(yīng)用程序開發(fā)平臺，通過調(diào)用Web Extensions API開發(fā)Web應(yīng)用程序，在WEB應(yīng)用程序中調(diào)用Web Extensions API以FDO（Feature Data Object ）方式訪問數(shù)據(jù)源，如空間數(shù)據(jù)等；通過調(diào)用ADO.NET與ORACLE的數(shù)據(jù)連接訪問屬性數(shù)據(jù)庫。

二維部分與三維的主要接口有：

響應(yīng)二維三維一體化接口：根據(jù)三維場景提供的信息，以AJAX異步方式調(diào)用二維GIS信息，實現(xiàn)二維信息的同步。反過來可以二維信息通過AJAX異步調(diào)用方式調(diào)用三維信息實現(xiàn)三維信息的同步。

（二）三維GIS設(shè)計

三維GIS主要實現(xiàn)三維場景的展示、信息的查詢以及與二維GIS的交互。采用3DMAX建模方法建立三維的基本場景；通過空間坐標(biāo)和關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵字與二維目標(biāo)對象建立關(guān)聯(lián)關(guān)系；開發(fā)三維控制功能，實現(xiàn)的三維GIS的應(yīng)用；開發(fā)控制接口實現(xiàn)三維GIS與二維GIS的交互。

三維GIS與二維GIS主要交互接口有：

三維管網(wǎng)調(diào)度接口：實現(xiàn)對管網(wǎng)模型的調(diào)度。有三種調(diào)度方式，即專業(yè)控制調(diào)度，區(qū)域控制調(diào)度和距離控制調(diào)度。

位置感知控制接口：實現(xiàn)用戶在場景的定位感知。通過與生產(chǎn)基地平面圖及建筑物室內(nèi)平面圖的坐標(biāo)匹配，顯示用戶實際位置。

三、二維三維一體化的實現(xiàn)機(jī)制

（一）交互設(shè)計

通過映射機(jī)制實現(xiàn)二維電子地圖和三維虛擬場景的交互。其映射原理如下：

ΔX=X-XOffset

ΔY=Y-YOffset

DIR=360-ORIY

上述公式中，（X，Y）為二維/三維中某點坐標(biāo)值，（XOffset，YOffset）為二維與三維坐標(biāo)值差（偏移量），（ΔX，ΔY）為（X，Y）點投影到三維/二維中的坐標(biāo)。ORIY為三維下攝像機(jī)的角度（歐拉角）的Y值，DIR為視點投影到平面上朝向，便于確認(rèn)三維下攝像機(jī)當(dāng)前角度在二維地圖上的投影。

具體實現(xiàn)方式為：選取初始固定位置作為原點，分別取三維GIS平面投影坐標(biāo)和二維GIS平面坐標(biāo)，計算二者之間坐標(biāo)系的偏移量作為常量。在二維GIS中或者三維GIS中依據(jù)當(dāng)前坐標(biāo)值與偏移量計算出對應(yīng)的三維GIS坐標(biāo)值或者二維GIS坐標(biāo)值。

（二）二維三維一體化交互通信機(jī)制

考慮到二維GIS模塊和三維GIS模塊的高內(nèi)聚、低耦合的特性，在B/S架構(gòu)上采用基于AJAX技術(shù)的異步式機(jī)制來實現(xiàn)二三維連動。二維三維的交互方式是：

1.三維主導(dǎo)二維

三維場景通過參數(shù)方式發(fā)出命令到前端，前端通過AJAX技術(shù)轉(zhuǎn)到服務(wù)器處理，服務(wù)器根據(jù)請求的指令通過計算將結(jié)果反饋給二維GIS端，二維GIS根據(jù)獲取的信息刷新當(dāng)前地圖和導(dǎo)航圖。參數(shù)結(jié)構(gòu)如表1所示：

2.二維主導(dǎo)三維

二維圖在前端上取到坐標(biāo)、角度以及當(dāng)前區(qū)域后，通過AJAX方式發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端計算三維的坐標(biāo)等信息，將計算結(jié)果反饋給前端，unity3d前端腳本根據(jù)結(jié)果實現(xiàn)三維的跳轉(zhuǎn)以及實體信息顯示等工作。參數(shù)結(jié)構(gòu)如表2所示：

四、系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

二維GIS與三維場景的交互主要在二維三維連動、三維瀏覽查詢、二維查詢統(tǒng)計、二維分析以及其他輔助功能方面， B/S 系統(tǒng)各個功能模塊具體描述如下：

⑴三維場景瀏覽：以指定路線或自由路線進(jìn)行瀏覽， 并可控制視點的位置，調(diào)整瀏覽效果等；

⑵管線建筑物信息查詢：在三維場景中查詢管線或建筑物信息；

⑶信息查詢：本區(qū)域內(nèi)管線信息一般查詢和條件查詢；

⑷管線統(tǒng)計：統(tǒng)計廠區(qū)管線數(shù)據(jù)，分專業(yè)、性質(zhì)來統(tǒng)計長度等屬性信息；

⑸選中管線統(tǒng)計：統(tǒng)計當(dāng)前選中區(qū)域的管線信息；

⑹剖面分析：分析一段區(qū)域內(nèi)地下管線位置信息；

⑺管線標(biāo)高分析：分析所標(biāo)注管線的標(biāo)高、坐標(biāo)等信息并在地圖上顯示；

⑻緩沖分析：按設(shè)定的距離條件，圍繞建筑物或管線等實體而形成一定多邊形實體緩沖區(qū)，實現(xiàn)實體二維空間擴(kuò)展的信息分析

⑼二維主導(dǎo)跳轉(zhuǎn)：在二維導(dǎo)航圖上選擇位置實現(xiàn)場景信息的同步跳轉(zhuǎn)；

⑽三維主導(dǎo)跳轉(zhuǎn)：在三維場景上選擇目標(biāo)位置實現(xiàn)二維地圖和導(dǎo)航圖的同步跳轉(zhuǎn)；

⑾二維三維互動：場景瀏覽時二維信息實時變化；

⑿用戶管理：添加、刪除用戶、用戶權(quán)限管理等；

⒀地圖量測：地圖上面積和距離的量測；

五、結(jié)語

二維GIS與三維虛擬場景通過互動機(jī)制的結(jié)合，有效地改善了二維GIS與三維虛擬場景的不足，并將這種技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)上的煙草二維地理信息管理系統(tǒng)，使得煙草企業(yè)的管理不再盲目和抽象，便于普通用戶或者管理決策者使用，提高了企業(yè)的管理效率。隨著煙廠行業(yè)信息技術(shù)數(shù)字化的不斷發(fā)展，我們將更切實地感受到二三維一體化GIS的重要性。

參考文獻(xiàn)：

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