宋 倩，申景贇

(1.吉林建筑科技學(xué)院，長(zhǎng)春 130000； 2.長(zhǎng)春市測(cè)繪院，長(zhǎng)春 130000)

虛擬校園是數(shù)字地球、數(shù)字城市在校園區(qū)域的具體體現(xiàn)[1]。校園建設(shè)的意義在于對(duì)整個(gè)校園進(jìn)行仿真，讓人有身臨其境的感覺(jué)[2]。虛擬校園空間主要是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)三維模型校園的可視化游覽[3]。

1 校園三維地理信息系統(tǒng)建立過(guò)程

采集校園中的各實(shí)體地物進(jìn)行三維建模，通過(guò)三維漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)漫游瀏覽及其他功能，使用戶(hù)對(duì)數(shù)字校園系統(tǒng)進(jìn)行熟練的交互操作。系統(tǒng)不僅能夠提供一個(gè)三維場(chǎng)景的顯示平臺(tái)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)地物實(shí)體的多維度管理，用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)對(duì)校園進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)瀏覽，從不同維度查看地表實(shí)體屬性、空間信息，并進(jìn)行其他功能操作。

將某學(xué)校CAD底圖加載到Arc GIS軟件前界面，利用Arc Catalog建立個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)，在個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)中建立居民地、校園綠化、獨(dú)立地物等點(diǎn)線(xiàn)面要素?cái)?shù)據(jù)集。編輯數(shù)據(jù)集，添加所需屬性字段，用來(lái)存放所需的各類(lèi)地物信息。以居民地圖層數(shù)據(jù)為例，選擇居民地圖層開(kāi)始編輯，使用鉛筆工具，根據(jù)底圖描繪出居民地的大概輪廓。在已有的建筑物名稱(chēng)、用途、年代、層數(shù)、抗震等級(jí)、材質(zhì)等屬性字段中添加所需的地物信息，如圖1所示。

圖1 居民地屬性信息Fig.1 Attribute information of residents

2 校園三維地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

采集三維建模所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(高程數(shù)據(jù)，紋理信息)，這是三維建模的前提。要保證數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)精確，才能確保模型的精確度?；A(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于以下兩部分：一是校園矢量地圖，利用全站儀采集并繪制校園CAD底圖，保證位置的準(zhǔn)確性，并在測(cè)量過(guò)程中獲取建筑物等要素的高度信息，建筑物等經(jīng)過(guò)直角糾正，可直接作為SU三維建模的底圖。二是地物紋理圖片，地物紋理信息的獲取方式是運(yùn)用高像素的數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)進(jìn)行實(shí)地取景，為了保證所采集的紋理信息準(zhǔn)確無(wú)誤，拍攝時(shí)要盡量獲取建筑物正面、整體照片，保證所拍攝圖像中建筑物形狀規(guī)則，表面紋理信息采集要全面。

選用Sketch Up軟件對(duì)建筑物進(jìn)行精確建模。以單體建筑物為例，根據(jù)測(cè)量底圖，確定建筑物底面，畫(huà)線(xiàn)成面，利用建筑高度信息將其拉伸成型，得到建筑物的三維模型。建模過(guò)程中，對(duì)比建筑物真實(shí)照片，對(duì)不符部分進(jìn)行調(diào)整得到初步模型，表面貼上對(duì)應(yīng)的紋理圖片，使模型外觀效果更加逼真。建筑物模型與獨(dú)立地物模型的結(jié)合如圖2所示。

圖2 建筑物模型與獨(dú)立地物模型的結(jié)合Fig.2 Combination of building model and independent ground object model

3 基于GE和SU的三維數(shù)字校園的實(shí)現(xiàn)

使用Sketch Up軟件建立了校區(qū)的三維建筑物地物模型，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的校園三維可視化，與傳統(tǒng)的二維校園圖相比，更加直觀、生動(dòng)、逼真[4]。GE的三維地圖發(fā)布平臺(tái)是創(chuàng)建建筑物三維可視化的良好載體，將校園模型在此平臺(tái)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速瀏覽和共享。利用建立好的校園模型，將各個(gè)獨(dú)立地物分別創(chuàng)建組件，導(dǎo)入系統(tǒng)中，如圖3所示。

圖3 三維導(dǎo)覽圖Fig.3 3D guide map

以建筑物為例，屬性查詢(xún)功能是依據(jù)地物屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)相應(yīng)的查詢(xún)條件，如年代、用途等交叉查詢(xún)到相應(yīng)的建筑物，定位到指定建筑物，顯示其位置，也可查詢(xún)尺寸。

緩沖區(qū)分析功能，以學(xué)校底圖建立功能為“最適合學(xué)習(xí)的地方”的二維緩沖區(qū)。加載緩沖區(qū)工具，選擇居民地為緩沖區(qū)分析的主要區(qū)域，選擇圖書(shū)館等地點(diǎn)為最適合學(xué)習(xí)的地方，輸出數(shù)據(jù)。以輸出的數(shù)據(jù)為建立緩沖區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域，選擇覆蓋范圍及緩沖區(qū)形式，規(guī)定其范圍為20 m，將緩沖區(qū)建立在新的圖層，至此建立完成，結(jié)果如圖4所示。

圖4 緩沖區(qū)建立Fig.4 Establishment of the buffering area

4 總結(jié)

基于Google Earth與Sketch up建立校園三維地理信息系統(tǒng)，以某校區(qū)為例，基于Sketch up軟件，針對(duì)不同的建筑物采用不同的建模方法，建立三維模型，包括添加建筑物紋理信息等。將建立好的三維校園導(dǎo)入Google Earth中，實(shí)現(xiàn)三維空間瀏覽，形成虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。校園三維地理信息系統(tǒng)的建立對(duì)整個(gè)校園進(jìn)行仿真，比傳統(tǒng)的二維校園圖更加直觀、逼真。