黃 軻，黃 蓋，楊智云，段洋利，趙子維

(巴州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000)

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三維GIS在房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃 軻，黃 蓋，楊智云，段洋利，趙子維

(巴州國土資源勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000)

三維房產(chǎn)室內(nèi)信息可為消費(fèi)者提供逼真的視覺服務(wù)，可更好地適應(yīng)現(xiàn)代房產(chǎn)交易的發(fā)展需求。本文結(jié)合OpenGL和3ds Max技術(shù)研究了基于三維GIS的房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)。介紹了三維GIS在房產(chǎn)信息系統(tǒng)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)組織采集管理方式、系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3個部分；著重研究了利用3ds Max和OpenGL實(shí)現(xiàn)室內(nèi)編輯、漫游顯示、碰撞檢測及文件讀取重繪等功能；實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)信息的三維漫游顯示、室內(nèi)信息編輯修改功能，滿足了客戶的真三維視覺體驗(yàn)的要求及室內(nèi)信息實(shí)時編輯修改的需求；最后指出了系統(tǒng)的不足之處和在其他領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

三維GIS;房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng);OpenGL;3ds Max

目前GIS已經(jīng)應(yīng)用于房地產(chǎn)信息的管理。特別是WebGIS的應(yīng)用，為購房者提供了一種更加便捷、直觀的考察房源手段。購房者足不出戶就能通過網(wǎng)絡(luò)找到自己感興趣的樓盤信息和樓盤圖片[1]。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上主要是提供房間的二維圖片及測繪信息，廣大購房者除了實(shí)地觀察，只能通過一些房產(chǎn)數(shù)據(jù)或平面圖片來了解室內(nèi)情況。然而購房者不僅希望看到室外景觀，更希望看到室內(nèi)的布局。從室外進(jìn)入室內(nèi)是數(shù)字城市尤其是數(shù)字房產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的必然[2]，因而GIS的另一大重要分支三維GIS將會發(fā)揮重要作用。

三維GIS不僅能表達(dá)空間對象間的平面關(guān)系和垂向關(guān)系，而且能對其進(jìn)行三維空間分析和操作，向用戶立體展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，給人以更真實(shí)的感受[3]。如果能夠基于三維GIS建立室內(nèi)三維系統(tǒng)，就可以使大量的二維測繪數(shù)據(jù)得到合理的應(yīng)用，能夠?yàn)橘彿空咛峁┎恍〉姆奖?，只需要鼠?biāo)輕輕一點(diǎn)，便可以省去多次奔波于實(shí)地的房屋觀察，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

通過自動或半自動的方法提取建筑物信息從而重建三維模型一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題，并已有大量深入的研究[4-5]。但大多是對建筑物外表面進(jìn)行建模[6-7]，而缺少建筑物內(nèi)部完整精密信息的表達(dá)[8]?？v觀國內(nèi)外三維GIS的研發(fā)現(xiàn)狀，有3種途徑實(shí)現(xiàn)三維GIS[9]：一是利用已有的三維引擎對三維場景進(jìn)行開發(fā)；二是利用比較成熟的三維顯示插件進(jìn)行三維場景顯示；三是通過GIS平臺所提供的三維API進(jìn)行二次開發(fā)。本文主要采用OpenGL三維引擎進(jìn)行底層開發(fā)，利用3ds Max建模，其優(yōu)點(diǎn)是三維模型的顯示和渲染效率較高。

一、房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)概述

1. 開發(fā)目標(biāo)

房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)開發(fā)的主要目的是為購房者提供一種能夠交互的媒體，可以全面、清晰和直觀地瀏覽房屋信息、結(jié)構(gòu)和室內(nèi)布局，并能夠自主布置室內(nèi)細(xì)節(jié)物體。圍繞著上述目的，結(jié)合三維GIS技術(shù)特點(diǎn)，可以將房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)定義為借助數(shù)字?jǐn)z影、激光掃描等先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)獲取手段，在已有二維測繪數(shù)據(jù)及各種屬性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過圖形圖像、計(jì)算機(jī)可視化等信息處理方法，結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理和網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)，開發(fā)一個集室內(nèi)三維模型、三維漫游瀏覽、室內(nèi)模型編輯、室內(nèi)信息查詢一體化的信息系統(tǒng)。

2. 數(shù)據(jù)采集和組織

房產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和組織主要分為以下3種：

1) 房間結(jié)構(gòu)及門窗數(shù)據(jù)：房間結(jié)構(gòu)及門窗作為房屋的整體架構(gòu)對于建立室內(nèi)三維模型有著非常重要的地位。數(shù)據(jù)的獲得即在AutoCAD中導(dǎo)入建筑平面設(shè)計(jì)圖DXF文件作為背景，然后對房間結(jié)構(gòu)和門窗分別進(jìn)行數(shù)字化采集，并分別存儲為多邊形圖層和線狀圖層，同時在數(shù)據(jù)庫中建立“房間-門窗”關(guān)系表。

2) 3ds Max模型數(shù)據(jù)：首先借助數(shù)字?jǐn)z影等手段獲取室內(nèi)材質(zhì)圖片信息，然后根據(jù)室內(nèi)地物數(shù)據(jù)和材質(zhì)信息手工建立3ds Max模型，存儲為3DS文件格式。從3DS文件中讀取相應(yīng)的3D模型信息，包括位置、長度、寬度、高度、大小比例、旋轉(zhuǎn)角度，并在數(shù)據(jù)庫中建立“房間-3D模型”關(guān)系表。

3) 室內(nèi)屬性信息數(shù)據(jù)：主要將樓層、面積、結(jié)構(gòu)、價(jià)格等室內(nèi)信息錄入數(shù)據(jù)庫中，建立室內(nèi)信息數(shù)據(jù)表。

3. 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能如圖1所示，主要分為以下4個部分：

1) 室內(nèi)三維建模又分為兩部分：一是自動建模，主要是根據(jù)二維測量數(shù)據(jù)對室內(nèi)的整體架構(gòu)(墻壁、門、窗、梯角線)進(jìn)行自動建模；二是根據(jù)3ds Max進(jìn)行復(fù)雜建模。利用文件讀取算法，將3ds Max創(chuàng)建的模型數(shù)據(jù)讀出來，然后利用這些數(shù)據(jù)在OpenGL環(huán)境中重新構(gòu)建三維模型，從而免去直接利用OpenGL構(gòu)建復(fù)雜模型這一繁雜工作。

2) 三維漫游瀏覽：通過鼠標(biāo)和鍵盤操作來控制飛行速度、視角和視野范圍，使用者能夠在三維室內(nèi)中自由“行走”，瀏覽室內(nèi)房間結(jié)構(gòu)和布局。漫游的同時還要根據(jù)房間數(shù)據(jù)及3ds Max模型數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞檢測，以使漫游更加真實(shí)。

3) 室內(nèi)模型編輯：可以對室內(nèi)地物如家具、電器及廚具等細(xì)節(jié)物體進(jìn)行平移、布置、更新、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等編輯操作。

4) 室內(nèi)信息查詢：主要包括樓層、面積、結(jié)構(gòu)、價(jià)格、配套設(shè)施、售房情況及其他需要賦予的信息。使用者輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可查詢到每套房子的結(jié)構(gòu)和價(jià)格等信息。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用Visual Studio 2012的開發(fā)環(huán)境,利用3ds Max建立三維室內(nèi)模型,通過OpenGL編程操縱模型,結(jié)合SQL數(shù)據(jù)庫管理，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)漫游、編輯和信息查詢。

1. 3DS文件讀取與重繪

3DS文件是較為通用的一種3D模型文件，在3ds Max和AutoCAD中都能使用，該系統(tǒng)也使用該模型文件。

要讀取3DS文件就要先了解3DS文件的組成結(jié)構(gòu)。3DS模型文件的基本構(gòu)成單位是塊,塊是相互嵌套的。塊包括塊頭和主體內(nèi)容兩部分,塊頭又由塊ID和塊長度兩部分組成,主體內(nèi)容是塊的數(shù)據(jù)信息[10]。3DS文件中的數(shù)據(jù)存儲規(guī)則是高位在前，低位在后。3DS有一個主塊，其主塊ID就是用來判斷3DS文件的起始位置；而模型的頂點(diǎn)信息、材質(zhì)信息、紋理信息等則組織為次級塊，次級塊也都是由ID號進(jìn)行標(biāo)識的，在程序中可以通過ID號來讀取所需要的信息。

根據(jù)文件格式，遞歸讀取每一個對象塊的顏色、頂點(diǎn)、面、紋理及材質(zhì)等信息，然后設(shè)置繪制大小和顯示位置進(jìn)行重繪。

2. OpenGL 漫游

OpenGL是獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境的三維圖形軟件庫。由于其開放性和高度的可重用性，目前已成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。很多優(yōu)秀的軟件如著名的動畫制作軟件3ds Max、三維仿真平臺VegaPrime、三維可視化軟件ArcGlobe均是基于OpenGL平臺進(jìn)行開發(fā)的[11]。

在現(xiàn)實(shí)生活中我們是通過眼睛來看周圍的物體，眼睛移動，周圍的物體也隨之移動，從而達(dá)到漫游的效果。在OpenGL中可以利用gluLookAt(GLdouble eyex、GLdouble eyey、GLdouble eyez、GLdouble centerx、GLdouble centery、Gldouble centerz、GLdouble upx、GLdouble upy、Gldouble upz)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)漫游，利用該函數(shù)改變?nèi)搜鄣囊朁c(diǎn)和攝像機(jī)的參考點(diǎn)，從而改變眼睛在場景中的位置、方向，進(jìn)而達(dá)到漫游的目的。

3. 碰撞檢測

碰撞檢測是構(gòu)造可視化系統(tǒng)及虛擬現(xiàn)實(shí)的一個重要組成部分，可以使場景更加逼真自然。若沒有碰撞檢測就會出現(xiàn)“穿墻而過”的現(xiàn)象，而不是實(shí)際的碰撞效果，這將大大降低了仿真程度。碰撞問題分為碰撞檢測和碰撞響應(yīng)兩個方面的內(nèi)容。碰撞檢測用來檢測不同對象之間是否發(fā)生了碰撞。精確的碰撞檢測對提高仿真的真實(shí)性、可信性，以及增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感有著至關(guān)重要的作用。而碰撞響應(yīng)是指碰撞發(fā)生后所做出的動態(tài)反映效果。

碰撞檢測表現(xiàn)為兩個多面體的求交，按對象所處的空間可以分為二維平面碰撞檢測和三維空間碰撞檢測。平面碰撞檢測相對簡單一些，已經(jīng)有成熟的檢測算法，而空間碰撞檢測則要復(fù)雜得多。碰撞檢測的算法大致分為空間分解法和層次包圍盒法兩類。由于這兩個算法都已經(jīng)比較成熟，這里不再詳細(xì)介紹。

4. 室內(nèi)編輯

室內(nèi)編輯的實(shí)現(xiàn)可以使用戶隨意安排室內(nèi)家具，在房產(chǎn)行業(yè)中可以更好地了解用戶對于房間裝修的需求。為導(dǎo)入的3D模型對象定義結(jié)構(gòu)體如下:

struct object

{

float x,z; float width;

float long; float height;

float scale; int num;

int rotation;

};

它存儲了3D模型的位置、長寬高、顯示比例、編號及旋轉(zhuǎn)角度。對應(yīng)鼠標(biāo)和鍵盤上的指定按鍵，改變模型的結(jié)構(gòu)體的參數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)對模型的增加、刪除、修改操作。

三、成果展示

圖2為基于三維GIS的房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)的主界面，功能包括模型載入、室內(nèi)漫游、室內(nèi)編輯、信息查詢。其中，模型載入可以由用戶選擇希望載入的室內(nèi)模型文件；室內(nèi)漫游使用戶通過鼠標(biāo)、鍵盤自由“行走”于房間中，圖3為客廳和廚房的漫游效果；室內(nèi)編輯使用戶選擇自己喜歡的壁紙、天花板和地板的樣式貼圖，任意增加家具模型，并對其進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(如圖4所示)，可提前看到房間裝飾效果；信息查詢包括樓層、面積、結(jié)構(gòu)、價(jià)格、配套設(shè)施、售房情況等的查詢，它與數(shù)據(jù)庫結(jié)合起來，用戶足不出戶就可以全面了解有關(guān)售房信息及房屋內(nèi)部構(gòu)造等情況。

圖2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

圖3 室內(nèi)漫游實(shí)現(xiàn)

圖4 室內(nèi)編輯實(shí)現(xiàn)

四、結(jié)束語

系統(tǒng)的最初構(gòu)建想法來源于MAPSUV軟件中的室外三維漫游，主要功能是對室內(nèi)三維模型進(jìn)行漫游和編輯的同時進(jìn)行房屋信息查詢。但該系統(tǒng)仍不完善，還有以下功能將在今后的研究中需逐步加入：實(shí)現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)到3D模型的自動轉(zhuǎn)換；加入?yún)^(qū)域?qū)Ш綀D；發(fā)布到網(wǎng)站實(shí)時瀏覽。

另外，該系統(tǒng)經(jīng)完善后可以橫向移植到更為廣泛的微觀GIS領(lǐng)域，如室內(nèi)預(yù)警、救災(zāi)等方面。相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于三維GIS的房產(chǎn)信息系統(tǒng)會得到普及和發(fā)展。

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Application of 3D GIS in the Real Estate Indoor Information System

HUANG Ke，HUANG Gai，YANG Zhiyun，DUAN Yangli，ZHAO Ziwei

2015-12-04

黃 軻(1987—)，女，碩士，主要從事地理信息理論及應(yīng)用開發(fā)工作。E-mail：ke_ke114071@126.com

黃軻，黃蓋，楊智云,等.三維GIS在房產(chǎn)室內(nèi)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2016(11)：131-133.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0383.

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B

0494-0911(2016)11-0131-03