蔡燦彬等

摘要： 隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，二維GIS已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，大量的用戶(hù)需要更為直觀、真實(shí)的三維GIS來(lái)作為交互式查詢(xún)和分析的媒介。虛擬校園作為數(shù)字城市的一部分，屬于虛擬地理環(huán)境的范疇。本文以流程和建模技術(shù)為重點(diǎn)，闡述基于SketchUp與SuperMap Deskpro .NET 6R軟件平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)校園建筑物的三維建模， 從而為輔助學(xué)校對(duì)外宣傳，校內(nèi)信息查詢(xún)與管理和構(gòu)建數(shù)字校園等提供參考。

Abstract： With the development of GIS technology， 2D GIS has been unable to meet the needs of users， many users need more three-dimensional GIS intuitive， true as interactive query and analysis of media. The virtual campus as part of the digital city， which belongs to the category of virtual geographical environment. This paper focus on the process and modeling technology， expounds how the software based on SketchUp and SuperMap Deskpro.NET 6R achives 3D modeling and to provide reference for school propaganda， information searching and construction of digital school.

關(guān)鍵詞： 虛擬校園；SketchUp；SuperMap；三維建模

Key words： virtual campus；SketchUp；SuperMap；3D modeling

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）14-0014-02

1 虛擬校園三維環(huán)境與軟件應(yīng)用平臺(tái)介紹

校園三維環(huán)境主要包括三維地形、三維建筑數(shù)據(jù)、地表以及建筑物紋理圖像數(shù)據(jù)。軟件平臺(tái)涉及當(dāng)前主流的三維建模軟件3Dmax和SketchUp，以及國(guó)產(chǎn)兩大GIS制圖軟件MAPGIS和SuperMap。

目前，地理信息系統(tǒng)（GIS）和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）相結(jié)合是研究的熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)的許多地區(qū)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)字城市平臺(tái)建設(shè)的研究與實(shí)踐，其中的一個(gè)主要內(nèi)容是三維仿真與GIS的集成[1，2]。本文主要介紹三維建筑數(shù)據(jù)、地表以及建筑物紋理圖像數(shù)據(jù)的采集與編輯以及如何運(yùn)用SketchUp和SuperMap軟件平臺(tái)。

2 數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化及其獲取

無(wú)論是在建筑標(biāo)準(zhǔn)還是在GIS中，數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化直接影響地理信息的共享。數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化及其獲取包括以下幾部分。

2.2 統(tǒng)一的分類(lèi)編碼原則

在進(jìn)行校園地物調(diào)查前，對(duì)于校園的各類(lèi)地物進(jìn)行了預(yù)分類(lèi)，并設(shè)置了統(tǒng)一的分類(lèi)編碼，后期入庫(kù)前又進(jìn)行了優(yōu)化，確保屬性的完整性和數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)用性。

2.3 數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)

GIS軟件或數(shù)據(jù)并不是一次性的，空間數(shù)據(jù)除了起說(shuō)明作用的屬性數(shù)據(jù)外，還有起到定位作用的空間數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)共享非常復(fù)雜。此次課題研究中采用的數(shù)據(jù)交換格式盡量簡(jiǎn)單，保證輸出的數(shù)據(jù)格式便于修改、擴(kuò)充和維護(hù)。

2.4 圖集數(shù)據(jù)采集技術(shù)

對(duì)于建筑物的外圍數(shù)據(jù)，采用實(shí)測(cè)和現(xiàn)有圖紙相結(jié)合的方式進(jìn)行采集。在SketchUp建模時(shí)，對(duì)屬性信息手動(dòng)進(jìn)行修改，但這種方式無(wú)法徹底改變圖元信息。在導(dǎo)入到SuperMap Deskpro .NET 6R場(chǎng)景地圖中后，需要編輯屬性結(jié)構(gòu)表，從而讓用戶(hù)通過(guò)瀏覽屬性表來(lái)得到圖元信息，而不是通過(guò)量算。

對(duì)于紋理數(shù)據(jù)的獲取，一種是直接在SketchUp自帶的貼圖中選擇與校園建筑物相似的效果圖，通過(guò)統(tǒng)一的規(guī)格設(shè)定，直接在各個(gè)建筑物模型上貼圖。表1為校園大門(mén)使用的貼圖規(guī)格。這種方法優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取方便，建立的模型瀏覽速度快，缺點(diǎn)是與真實(shí)校園景觀有視覺(jué)誤差。另一種方法是通過(guò)數(shù)碼相機(jī)人工拍攝真實(shí)景觀相片，再通過(guò)Photoshop進(jìn)行圖像處理。無(wú)論在SketchUp還是SuperMap Deskpro .NET 6R中進(jìn)行貼圖，這種方法所建成的數(shù)字校園三維模型真實(shí)感強(qiáng)，缺點(diǎn)是工作量大，獲取速度慢。在項(xiàng)目進(jìn)行中，對(duì)于校園一般建筑物采用第一種方法，而標(biāo)志建筑物采用第二種方法。

3 以校園大門(mén)為例的三維建模流程

3.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

利用在AUTOCAD2004中構(gòu)造好的基礎(chǔ)圖集數(shù)據(jù)導(dǎo)入SketchUp中，注意為平面圖和立面圖創(chuàng)建單獨(dú)的組。

3.2 SketchUp場(chǎng)景設(shè)置

打開(kāi)SketchUp，然后執(zhí)行“窗口——場(chǎng)景信息”菜單命令打開(kāi)“場(chǎng)景信息”管理器，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。開(kāi)始創(chuàng)建模型，通過(guò)矩形，推拉等工具完成。主要使用到的操作工具技巧如下：

3.2.1 視圖操作：通過(guò)視圖切換和對(duì)象選擇，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立面域的細(xì)節(jié)建模，視圖操作中，真正的等軸側(cè)圖需要打開(kāi)平行投影。

3.2.2 幾何編輯工具之球體的創(chuàng)立：在SketchUp中，幾何畫(huà)圖工具“圓”的默認(rèn)邊數(shù)為24邊，從視覺(jué)效果上看是一個(gè)圓，而圓也是作為球體創(chuàng)立的基礎(chǔ)工具。通過(guò)與“路徑跟隨”的配合使用，可以快速生成球體，這對(duì)于一些燈具模型的創(chuàng)建非常方便，如圖3，需要注意球體的創(chuàng)立要求兩個(gè)球面在縱向上不能有相交線或者相切線。

3.2.3 量角器工具的巧用：對(duì)于校園大門(mén)，沒(méi)有精準(zhǔn)的圖集數(shù)據(jù)，只能通過(guò)卷尺工具和GPS測(cè)距儀大致量出建筑物高度和長(zhǎng)度，為了使模型符合建筑比例，可以通過(guò)在量角器工具的使用中輸入斜率（即正切，直角三角形中角度所對(duì)應(yīng)的對(duì)邊：鄰邊）來(lái)提高出圖效果。endprint

3.2.4 關(guān)于組的創(chuàng)建：可以把場(chǎng)景中校園的組件分別創(chuàng)建組，方便選擇、組織管理場(chǎng)景。校園大門(mén)組件復(fù)雜，有時(shí)需要對(duì)同一構(gòu)件進(jìn)行多次復(fù)制，如果在首次構(gòu)建后能夠及時(shí)創(chuàng)建組，可以有效提高后期的畫(huà)圖效率，如進(jìn)行鏡像復(fù)制命令等。

3.2.5 實(shí)體工具：類(lèi)似于3Dmax軟件中的“布爾運(yùn)算”命令，可以在組或者組件中進(jìn)行布爾運(yùn)算，以便創(chuàng)建復(fù)雜模型。實(shí)體工具主要可以進(jìn)行相交，并集，去除，修剪，拆分處理。

3.2.6 材質(zhì)（又稱(chēng)顏料桶）：具有刪除，存儲(chǔ)，輸出紋理圖像，編輯紋理圖像，顯示面積等功能。其中，拾色器具有4種顏色系統(tǒng)——色輪，HLS（色相、亮度、飽和度），HSB（色相、飽和度、明度），RGB（紅、綠、藍(lán)），滿(mǎn)足了制圖人員的需求，使出圖效果與實(shí)際建筑物景觀相似度高。

4 三維場(chǎng)景模擬

三維的校園場(chǎng)景可以在SuperMap的桌面軟件SuperMap Deskpro .NET 6R中生成，將3ds文件轉(zhuǎn)換為.sgm文件，然后添加kml層，設(shè)置模型位置和布置場(chǎng)景[6]。當(dāng)所有模型加載完畢后，生成三維緩存，可以加快瀏覽速度，同時(shí)，利用SuperMap Deskpro .NET 6R提供的飛行路線制作等工具，可以在三維場(chǎng)景地圖上進(jìn)行飛行模擬等。

5 結(jié)語(yǔ)

SketchUp與SuperMap Deskpro .NET 6R中的三維模塊相結(jié)合，提供了三維場(chǎng)景及三維數(shù)據(jù)瀏覽平臺(tái)，可以迅速地構(gòu)建、顯示和編輯三維建筑模型。整個(gè)三維建筑模型建成后，可與現(xiàn)有的校園數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合，為校園信息的查詢(xún)與管理、對(duì)外宣傳等提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鵬林，胡文敏.基于Vaga的三維GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)研究[J]. 測(cè)繪信息與工程，2006，31（4）：36.

[2]王雙美，張滇.三維仿真與GIS集成在構(gòu)建數(shù)字城市中的應(yīng)用[J]. 科技信息，2010，5：431.

[3]許捍衛(wèi)，范小虎，任家勇，張志強(qiáng).基于SketchUp和ArcGIS的城市三維可視化研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2010（3）：53-54.

[4]章敏潔，蔡先華，郭皓.基于SketchUp的3DGIS建模技術(shù)研究與應(yīng)用[J].測(cè)繪信息與工程，2009，34（2）：21-22.

[5]李傳華，李新艷.基于Google SketchUp的虛擬校園三維景觀構(gòu)建[J].礦山測(cè)量，2011（6）：30-32.

[6]孫云鵬.基于Supermap的三維立體校園建設(shè)[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31（5）：71-72.endprint

3.2.4 關(guān)于組的創(chuàng)建：可以把場(chǎng)景中校園的組件分別創(chuàng)建組，方便選擇、組織管理場(chǎng)景。校園大門(mén)組件復(fù)雜，有時(shí)需要對(duì)同一構(gòu)件進(jìn)行多次復(fù)制，如果在首次構(gòu)建后能夠及時(shí)創(chuàng)建組，可以有效提高后期的畫(huà)圖效率，如進(jìn)行鏡像復(fù)制命令等。

3.2.5 實(shí)體工具：類(lèi)似于3Dmax軟件中的“布爾運(yùn)算”命令，可以在組或者組件中進(jìn)行布爾運(yùn)算，以便創(chuàng)建復(fù)雜模型。實(shí)體工具主要可以進(jìn)行相交，并集，去除，修剪，拆分處理。

3.2.6 材質(zhì)（又稱(chēng)顏料桶）：具有刪除，存儲(chǔ)，輸出紋理圖像，編輯紋理圖像，顯示面積等功能。其中，拾色器具有4種顏色系統(tǒng)——色輪，HLS（色相、亮度、飽和度），HSB（色相、飽和度、明度），RGB（紅、綠、藍(lán)），滿(mǎn)足了制圖人員的需求，使出圖效果與實(shí)際建筑物景觀相似度高。

4 三維場(chǎng)景模擬

三維的校園場(chǎng)景可以在SuperMap的桌面軟件SuperMap Deskpro .NET 6R中生成，將3ds文件轉(zhuǎn)換為.sgm文件，然后添加kml層，設(shè)置模型位置和布置場(chǎng)景[6]。當(dāng)所有模型加載完畢后，生成三維緩存，可以加快瀏覽速度，同時(shí)，利用SuperMap Deskpro .NET 6R提供的飛行路線制作等工具，可以在三維場(chǎng)景地圖上進(jìn)行飛行模擬等。

5 結(jié)語(yǔ)

SketchUp與SuperMap Deskpro .NET 6R中的三維模塊相結(jié)合，提供了三維場(chǎng)景及三維數(shù)據(jù)瀏覽平臺(tái)，可以迅速地構(gòu)建、顯示和編輯三維建筑模型。整個(gè)三維建筑模型建成后，可與現(xiàn)有的校園數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合，為校園信息的查詢(xún)與管理、對(duì)外宣傳等提供便利。

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[5]李傳華，李新艷.基于Google SketchUp的虛擬校園三維景觀構(gòu)建[J].礦山測(cè)量，2011（6）：30-32.

[6]孫云鵬.基于Supermap的三維立體校園建設(shè)[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31（5）：71-72.endprint

3.2.4 關(guān)于組的創(chuàng)建：可以把場(chǎng)景中校園的組件分別創(chuàng)建組，方便選擇、組織管理場(chǎng)景。校園大門(mén)組件復(fù)雜，有時(shí)需要對(duì)同一構(gòu)件進(jìn)行多次復(fù)制，如果在首次構(gòu)建后能夠及時(shí)創(chuàng)建組，可以有效提高后期的畫(huà)圖效率，如進(jìn)行鏡像復(fù)制命令等。

3.2.5 實(shí)體工具：類(lèi)似于3Dmax軟件中的“布爾運(yùn)算”命令，可以在組或者組件中進(jìn)行布爾運(yùn)算，以便創(chuàng)建復(fù)雜模型。實(shí)體工具主要可以進(jìn)行相交，并集，去除，修剪，拆分處理。

3.2.6 材質(zhì)（又稱(chēng)顏料桶）：具有刪除，存儲(chǔ)，輸出紋理圖像，編輯紋理圖像，顯示面積等功能。其中，拾色器具有4種顏色系統(tǒng)——色輪，HLS（色相、亮度、飽和度），HSB（色相、飽和度、明度），RGB（紅、綠、藍(lán)），滿(mǎn)足了制圖人員的需求，使出圖效果與實(shí)際建筑物景觀相似度高。

4 三維場(chǎng)景模擬

三維的校園場(chǎng)景可以在SuperMap的桌面軟件SuperMap Deskpro .NET 6R中生成，將3ds文件轉(zhuǎn)換為.sgm文件，然后添加kml層，設(shè)置模型位置和布置場(chǎng)景[6]。當(dāng)所有模型加載完畢后，生成三維緩存，可以加快瀏覽速度，同時(shí)，利用SuperMap Deskpro .NET 6R提供的飛行路線制作等工具，可以在三維場(chǎng)景地圖上進(jìn)行飛行模擬等。

5 結(jié)語(yǔ)

SketchUp與SuperMap Deskpro .NET 6R中的三維模塊相結(jié)合，提供了三維場(chǎng)景及三維數(shù)據(jù)瀏覽平臺(tái)，可以迅速地構(gòu)建、顯示和編輯三維建筑模型。整個(gè)三維建筑模型建成后，可與現(xiàn)有的校園數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整合，為校園信息的查詢(xún)與管理、對(duì)外宣傳等提供便利。

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[5]李傳華，李新艷.基于Google SketchUp的虛擬校園三維景觀構(gòu)建[J].礦山測(cè)量，2011（6）：30-32.

[6]孫云鵬.基于Supermap的三維立體校園建設(shè)[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31（5）：71-72.endprint