基于Skyline的三维数字校园研究与设计.pdf

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万方数据基于Skyline的三维数字校园研究与设计学位类型学科(专业学位类别)作者姓名作者学号导师姓名及职称学院名称论文提交日期学位授予单位●● 万方数据StudyandDesignof3DDigitalCampusBasedonSkylineTypeofDegreeL星垒盟曼鱼旦曼g盟曼Discipline(TypeofProfessionalDegree)鱼星Q留地CandidateL坠L豇丛垫StudentNumber0810107SupervisorandProfessionalTitlePro．LiChaokuiSchool△!=Qhi±曼Q地!皇坌卫鱼堕!=坠坌旦里!垒12坠i旦gUniversityH堕坠鱼塾堕旦iy星!墨i鲤Q￡SQi堡垒曼星i坐鱼!星堡垒垒Q!QgY 万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：防五柏日期：函，·年岁月：；口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。日期：b，，年r月弓。日日期：矽f降r月多f日 万方数据摘要目前全国已有很多高校建立了校园地理信息系统，但这些系统大都缺乏视觉上的真实感和对象属性定位查询功能。本文以SkylineTerraSuit为主要平台，以湖南科技大学校园为研究对象，进行了三维数字校园研究与设计。在研究国内外三维数字校园现状基础上，分析了目前三维数字校园系统建设中待解决的问题，深入研究了三维数字校园建设过程中的关键技术，用Skyline软件和其他辅助工具，完成了三维数字校园平台的搭建和发布。实现了三维可视化，图形缩放，景观属性信息查询等功能，并在该平台上，进行功能扩展，设计并测试了以下功能：宿舍、教室安排信息定位查询及查询结果短信反馈，校园信息定位发布和网上预定教室功能。以期为在校师生提供更便捷的服务提供参考。本文的主要工作在于：(1)完成了数字校园三维地表模型和三维景观模型建模，实现了三维数字校园系统的网络发布；(2)设计了通过个人学号查询教室和宿舍安排功能，并可将用户查询结果以手机短信形式发送到用户手机；(3)实现了校园信息定位发布功能，通过模拟公告板，在发布会议通知或者考试地点等信息时嵌入位置信息，实现在浏览信息内容的同时，直观地在三维数字校园系统中看到会议或者考试的具体位置；(4)针对湖南科技大学教室占用现状，设计了网上预定教室功能。关键字：三维；数字校园；Skyline；GoogleEarth；3DSMax 万方数据AbstractUptonow，therearemanyuniversitieshaveestablishedtheircampusGISsystems，butmostofthesesystemslackofrealisticandattraction．Inthispaper,takenSkylineTerraSuitasthemainsoftwareandHunanUniversityofScienceandTechnologyasthestudyobject，hasresearchedanddesignedthe3Ddigitalcampus．Analyzedtheproblemsthatneedtobesolvedbase．donstudiedthesituationof3Ddigitalcampusathomeandabroad．Exhaustivestudiedthekeytechnologiesin3Ddigitalcampusdesign．Underthesupportingofthesetechnologies，usedSkylineSeriessoftwareandothersupporttools，suchas3DSMax，ArcGIS，GoogleEarthandIIS，builtandpublisheda3Ddigitalcampussystem．Re-developedthesystembasedontheplatform，besidesregular3Dvisualization，graphicsscalingandlandscapepropertyquerying，alsodesignedthefunctionsofthefollowing：inquirestheclassroomanddormitoryarrangementwithindividualnameorstudentID；transmittheresulttotheuserbyShortMessageService；releasedthecampusannouncementpositioningthroughbulletinboardandreservedclassroomonline．Inordertoprovidegoodservicesforteachersandstudents．Themainpointofthispaper：(1)aftermodelingthe3Ddigitalcampus，publishedittotheWeb，gaveuserstheabilitytoenjoythecampussceneryonline；(2)designedinquirestheclassroomanddormitoryarrangementwithindividualnameorstudentID，andtheobjectivemodelwouldskipautomaticallytothecenterof3Dviewwindow．BesidesthatitwouldtransmittheresulttotheuserbyShortMessageService；(3)releasedthecampusannouncementpositioningthroughbulletinboard，whenthenoticewasgiven，userswouldseethelocationmoreintuitive；(4)Tothepresentprobleminusingclassroom，designedtheC】assroomreservationonljneKeyWords：3D；DigitalCampus；Skyline；GoogleEarth；3DS．Max 万方数据目录摘‘‘jIi}⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．．iAbstract．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯．．ii第一章绪论1．1概j丕⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一1-1．2国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一1—1．2．1国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1—1．2．2国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2一】．3研究目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一4-．1．3．1研究目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4-1．3．2研究意义⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一4—1．4技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一4-1．5组织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一5一第二章三维数字校园建设相关技术2．1三维空问数据获取技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7—2．1．1数字高程模型数据获取技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7—2．1．2建筑物三维空间数据获取技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9-2．1．3遥感影像数据获取技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11-2．2三维数据模型存储和传输技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．14．2．2．1影像金字塔技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一14—2．2．2流技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15．2．3三维建模技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15—2．3．1模型简化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15—2．3．2Skyline快速建模技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．16．2．4三维数字模型可视化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17．2．4．1实例化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一17．2．4．2细节层次模型技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18．2．4．3公告牌技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18．2．5主要软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一18．2．5．1TerraBuilderFamily⋯⋯．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．-19-2．5．2TerraExplorerFamily⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一19—2．5．3TerraGateFamily．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一20一第三章三维数字校园地表模型建模3．1数据获取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一21- 万方数据3．I．1影像数据获取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一21．3．1．2高程数据获取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．24—3．2三维地表模型建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一24．3．2．1三维地表模型建模流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_⋯⋯⋯⋯．．．．．25．3,2．2生成三维地形场景模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．27．第四章三维数字校园景观模型建模4．1数据收集与处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一28—4．1．1数据收集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一28．4．1．2数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29．4．2景观建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一31．4．2．1标志性建筑物精细建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_．．31．4．2．2其他建筑物快速建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33．4．2．3道路自动建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34．4．2．4树木建模⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一35．第五章三维数字校园系统发布与功能实现5．1系统集成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．37—5．1．1导入地表模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．38．5．1．2创建信息窗口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．38．5．1．3设置导航图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39．5．I．4属性数据管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一41—5．1．5生成“飞行文件”⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42—5．2系统发布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43．5．3系统功能设计与测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．44．5,3．1教室宿舍信息定位查询⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45．5．3．2查询结果手机发送功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45—5．3．3校园通知定位发布⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46—5．3．4网上预定教室⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一47．第六章结论与展望、6．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48—6．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48．参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯一⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一50一致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52．附录A⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．53． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文1．1概述第一章绪论1998年戈尔提出“数字地球”概念，自此数字化浪潮在全球范围内火热翻滚。对“数字地球”的定义，各国研究人员分持不同观点，但均认同的是：数字地球是数字化、信息化的地球，是在计算机、网络及3S等技术支持下，对全球海量数据进行综合分析、管理和应用的超级系统[1l。随着“数字”技术的发展，目前已有很多国家和地区在“数字化”方面开展了研究工作，他们的试验目标往往不是整个地球或整个城市，而是选取其中的一小部分，如某个小区或某个校园。三维数字校园系统将成为校园新的信息源，一切与校园有关的信息都能够进行定位并与空间数据联系起来[2]。学校要实现建设成为一所综合性、有特色的优秀大学，除师资和教学设备等硬件设施外，也离不开信息化支撑。二十世纪九十年代j计算机技术迅速发展，电脑网络在各大城市快速普及，为大学自我宣传提供了便利。建立在计算机技术，网络技术和地理信息技术基础之上的三维数字校园系统，对提高学校形象宣传，招“生"引“师”，为在校师生提供便利等方面有很大帮助。因此，本课题以湖南科技大学为对象，以Skyline软件为主要平台，研究建立三维数字校园系统的技术路线和实现方法。1．2国内外研究现状1．2．1国外研究现状就数字化研究范围较大的“数字城市”而言，美国Bently公司自1996年开始利用MicroStation矛ElMasterPiece软件以及自主开发的软件工具制作费城城市模型。将费城模型以VRML数据格式，通过Internet，让使用者享受实时网上费城旅游体验。2006年6月，Google推出了桌面工具“数字地球"，把地球放到了每个人的桌面上。足不出户，只要打开电脑就可以翱翔于名川大山之问，穿梭在城市的摩天大楼群里。在继柏林成为GoogleEarth上首个三维城市之后，全球各大城市纷 万方数据第一章绪论纷建立自己的三维城市。目前已经有很多城市在GoogleEarth中实现了三维可视化，如德国的德累斯顿，汉堡、爱尔兰的Westport、美国的拉斯维加斯和科罗拉多州的BeaverCreek等城市。另外一家较早进入三维GIS行业的软件公司Skyline，其推出的SkylineGlobe系列产品在北美、西欧等国家和地区有相当广泛的应用。微软的三维主打产品VirtualEarth(简称VE)，投资几百万美元，在世界各大城市进行航拍。采用固定的飞机飞行模式，并从四个方向均以45度角倾斜拍摄建筑物，为用户创造一个良好的视觉效果。目前，VE中已有几十个三维城市模型。与GoogleEarth手工制作的模型相比，VE自动生成的三维模型分辨率较低，但VE中的三维建筑数量非常可观。从数字校园的角度来看，圣何塞州立大学在虚拟世界平台“SecondLife”基础上建立了虚拟校园，美国加利福尼亚大学虚拟校园系统，也取得很好效果【31。瑞士联邦政府以特别财政补贴方式为州立大学拨款，鼓励高等教育领域的信息化建设，并且建立了“瑞士虚拟校园”川。1．2．2国内研究现状随着计算机与网络的普及，三维GIS的发展，以及数字地球概念的广泛实践，数字技术正在改变人们的日常生活环境。国内在“数字城市”建设方面取得了很大成果，其中较著名的实现互联网发布数字城市的有如下几例：1．“city8”网站利用Java技术，向用户提供了城市街道的三维真实照片地图，实现了旋转，移动和缩放功能【51。与GoogleEarth才H比，city8网站上风景建筑表达得更为清楚。2．“E都市”三维城市模拟图，模拟了城市三维建筑模型，为较显著的．建筑添加了热链接，通过该链接可查看该建筑物的属性信息，其中包括建筑物名称，详细地址，联系电话，实地建筑照片，附近的企业以及交通情况等等。此外，E都市还提供了添加企业和纠错功能【6]，但所有的建筑物只能从一个角度进行观看。3．“都市圈”也叫城市群，是现代网络三维电子地图，能够更加直观方便的查看地图信息。集合了公交查询，地铁查询等一系列便民服务，最显著的一个特点是用标签标注起点和终点信息，为不熟悉当地的人们提供了很大便利。添加了建筑群标注，方便用户更快实现目的地查找。增设了电子眼功能，哪里有摄像探头，都逃不过都市圈的眼睛。突显道路规划，突出道路的城市布局，让用户对当地的交通道路一幕了然，为刚出道的出租车司机提供了极大的便利。标注并能快 万方数据湖南科技大学硕士学位论文速显示公交和地铁站台的站台名、出口处、停站车辆等信息，让迷路成为历史【7】。4．“城市来了”三维城市模拟图，致力于互联网应用开发、电子地图应用开发、以及互联网信息服务，以打造新一代数字城市生活系统为目标。此外，1999年，北京提出了整合首都信息，建立“数字北京”，使北京成为全国的信息中心。深圳则致力于成为信息化样板城市。海南已启动以建设“智能化岛屿”为目标的“数字海南”计划，并初具规模。上海提出了建设地区信息高一速公路和信息化国际都市的战略计划，截止至t]201O年已初步完成了“上海信息港”的全面建设。在“数字城市”如火如荼地开展过程中，国内很多学校也对“数字校园”进行了积极的研究和建设。如北京大学、浙江大学等多所著名高校已着手开发和研究三维数字校园系统。其中成都理工大学在CyberCity_三维建模软件的基础上，开发了基于GIS的数字化校园工程，即“数字成都理工大学”，通过建筑物三维建模，建成了成都理工大学校园GIS、校园MIS综合服务体系[81。徐峰、陈智敏在Windows平台上，以VC++6．0为编程语言，以OpenGL3勺三维绘图工具，采用面向对象的编程技术，结合浙江工业大学的特点，综合运用多种可视化手段设计了一个虚拟校园环境可视化系统【引。李芳、肖洪在《三维数字校园的设计与实现》一文中，利用3DSMax，AutoCAD，VRP及其他相关软件，通过资料收集整理、三维建模、纹理映射、渲染烘焙、交互设计等一系列步骤，实现三维可视化和交互操作等功能，但实现过程较复杂㈣，。武宜广、胡召玲在《徐州师范大学三维虚拟校园设计与实现》一文中，利用三维建模软件GoogleSketchUp，在MicrosoftVisualStudio．NET2005开发环境下以C≠}为开发语言，调用ArcGISEngine中SceneControl控件做为三维地图窗口111]。建立了徐州师范大学三维虚拟校园系统，该系统除具有一般三维浏览功能外，还实现了简单的建筑物属性信息查询。周怡、陈鹏在《同济大学三维数字校园属性数据采集与建库》一文中指出：目前三维数字校园建设过程中存在的常见问题是属性数据的缺乏，因此无法实现复杂的查询功能c121。但全文仅对数字校园的属性数据的采集和数据库的逻辑设计做了说明，并没有实现了属性数据和三维模型数据的紧密结合。综上所述，目前国内外对三维数字校园系统建设的理论与方法的研究主要集中在校园三维景观建模和三维可视化领域，对数字校园系统中各种GIS功能研究较为薄弱，不能很好地发挥GIS在决策支持方面的功能。且校园景观的建模方法较为单一，大部分系统是采用单一的建模工具对校园景观进行简单划一的建模， 万方数据第一章绪论没有建立完整的三维数字校园地理要素。此外，在三维数字校园的建设中，如何实现属性数据和三维模型数据的结合，以实现更复杂的查询问题研究较少。1．3研究目的和意义1．3．1研究目的目前，几乎所有三维数字校园的构建，对与校园环境密切相关的人，包括学生和老师的重视程度不够，这是缘由“数字校园’?从“数字地球"发展而来，并延续了其一直在强调“地”的结果[131。故本文在三维地理信息系统理论支撑下，以湖南科技大学南校区为例，使用Skyline系列软件，搭建三维数字校园平台，完成网络发布，并设计了宿舍和教室安排信息定位查询以及查询结果的短信反馈，校园信息定位发布，网上预定教室功能，从而完成以“人”为核心【14】的三维数字校园理论研究和设计。1．3．2研究意义数字化校园建设是学校一项基础性、长期性工作，是学校建设的重要组成部分，其建设水平是学校整体办学水平、学校形象和地位的重要标志。随着网络技术的发展，三维地理信息技术的出现，数字校园的建设已经从传统的=维平面系统逐步向三维数字校园过渡。本研究的重要意义体现在以下两个方面：其一，理论意义：三维数字校园作为“数字城市”和“数字地球”在校园这个小范围区域上的缩影，通过对三维数字校园系统建设的理论研究和具体实践，探讨出一套可行的数字校园建设理论方法，为“数字地球”、“数字城市"等其他数字工程建设，提供技术参考。其二，实际意义：三维数字校园系统不仅可为在校师生提供更便捷的服务，体现数字校园建设以“人”为本的思想。还可以提高学校对外宣传力度，为学校树立良好形象，提高学校知名度，促进招“生”引“师”。1．4技术路线以SkylineTerraSuit软件为主，完成三维数字校园建设，首先需准备数据，包括研究区域的正射卫星影像(DOM)，数字高程模型(DEM)，地形图，校园景观纹理数据及相关对象的属性数据。其次，利用DOM和DEM在TerraBuildere?建立．4． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文校园三维地表模型，生成术．MPT文件。在南方Cass$【]ArcGIS软件中对地形图进行处理，作为三维数字校园系统的导航图。接着，根据建筑物和地物的不同，根据需要，用不同方式进行景观建模，主要使用3DSMax专门建模软件对校园内标志性建筑物和地物进行建模，用TerraExplorerPro对校园内非标志性建筑进行快速建模，以达到控制系统数据量，提高浏览速度的目的。紧接着，在TerraExplorerPro软件中加载地表模型和景观模型，最终集成可用于网络发布的木．FLY文件。然后，利用TerraGate2[具发布地表数据集，利用IIS发布矢量数据和模型数据，从而最终实现三维数字校园系统的网络发布。最后在该系统基础上，通过二次开发，实现前文提到的预定功能。根据以上分析，本课题技术路线如图1．1所示。地形图属性数据羹b刖盥孛怠一TerraE×pbrerPro爹w◇。黧—、＼系二次开发漠型库)统≯：集成网络发布区3麟D㈤SM《ax．区唧Sbline1．5组织结构一⋯⋯⋯◇j⋯⋯⋯⋯巨三图1．1系统实现技术路线Fig．1．1systemtechnologypath论文共分六章，结构如下： 万方数据第一章绪论第一章绪论。论述了三维数字校园的研究背景与现状，提出了研究目的和意义，设定了技术路线，搭建了文章组织结构。第二章三维数字校园系统相关技术。讨论了三维数字校园建设过程涉及的技术，包括三维空间数据的获取方法，三维数据模型存储与传输技术，三维空间数据模型的建立方法及可视化理论。结合论文特点，介绍了SkylineTerraSuit软件特点。第三章三维数字校园地表构建。使用湖南科技大学遥感影像数据和数字高程模型在TerraBuilder支持下完成地表模型构建，生成三维地表数据集。第四章三维数字校园景观模型建模。收集并处理纹理数据，构建纹理数据库，根据景观对象的特点，分别采用不同的工具与方法进行三维景观建模。第五章三维数字校园系统集成发布与附加功能实现。本章主要讨论了在TerraExplorerPro中集成地表模型数据集和景观模型数据，并生成用于网络发布的“飞行文件”。并用TerraGate和IIS完成三维数字校园系统中地表模型数据集和“飞行文件”的发布问题。最后通过二次开发，设计和测试了宿舍和教室安排信息定位查询及查询结果短信反馈，校园信息定位发布及网上预定教室功能。第六章结论与展望。对主要研究成果进行总结，提出有待进一步解决的问题和下一步研究方向。．6一 万方数据湖南科技大学硕士学位论文第二章三维数字校园建设相关技术三维数字校园是真实校园在计算机环境中的再现，三维数字校园建设主要环节包括三维空间数据获取、存储和传输、建模与可视化等。本章主要围绕这几个个方面进行技术学习。2．1三维空间数据获取技术《自然》杂志在地图制图的时机一文中，把地球空间信息技术看成是继生物技术和纳米技术之后发展最迅速的第三大新技术¨s，。作为地球空间技术核心内容之一的地理信息系统(GIS)技术，正走在由二维GIS向三维GIS发展的道路上，无论二维还是三维，空间数据获取都是基础。三维空间数据获取，实质上就是地理空间数据采集。三维GIS技术最重要的进展之一就是三维数据获取技术的进步，其中航空与近景摄影测量、机载与地面激光扫描、地面移动测量与GPS等的精度与速度都有明显提高【¨】。三维数字校园系统所需要的三维空间数据主要包括三维地表模型数据、三维景观模型数据以及校园景观的纹理数据等。决定空间数据具体生产方案的三个要素分别是精度、成本和效率，最终系统的有用性和所能提供的空间分析能力又取决于模型的逼真程度、所选择的数据源及建模方法c”]。2．1．1数字高程模型数据获取技术数字高程模型(DigitalElevationModel，简称DEM)，是一定范围内规则格网点的X，Y，Z数据集。主要描述了区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集(包括采样和量测)，然后对数据进行内插而形成的【18】。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据进行叠加，应用于与地形有关的分析中【侈】。数字高程模型是三维地表建模的数据支撑，具有非常重要的作用，目前数字高程模型的获取方法主要有以下几种方式。1．地面测量法，直接从地面测量获取DEM数据。如使用GPS、全站仪等测量仪器进行野外测量，获得该区域的平面坐标和高程值。该方法适用于大比例尺，区域范围较小，精度要求较高的情况。通过该方法可获得小范围内较高精度的．7． 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术DEM数据，误差较小，但作业量较大，故不适合大范围作业。2．摄影测量法，通过摄影测量获取DEM数据。该方法把从航空或航天影像中获得的立体像对作为获取DEM数据的数据源。根据摄影测量的基本原理，在解析测图仪或数字测量系统上经内定向、相对定向和绝对定向等一系列处理过程，采用自动或半自动方式，按照一定距离得出研究区域的DEM数据。该方法最大的优点是数据更新快，缺点是影像数据费用较高，生成DEM精度低。3．地形图矢量化，以现有地形图为数据源获取DEM数据。常用方法有格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集法，通过内插生成DEM。DEM内插法主要有分块内插、部分内插和单点移面内插三种。目前常用算法是用等高线和高程点建立不规则三角网(TriangularIrregularNetwork，简称TIN)。然后在TIN基础上通过线性和双线性内插生成DEM。经大量实践证明，对现有等高线地形图进行矢量化和一系列处理生成DEM的方法已较为成熟，可以在生产中广泛采用【捌。此外，机载激光扫描系统和合成孔径雷达在获取数字高程模型方面也具有很大潜力。表2．1例举了几种获取DEM数据方法的特性[21】。表2．1DEM的采集方法及各自特性比较一览表Tab．2．1DEMgatheringmethodandrespectivecharacteristiccomparison．8． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文在选择DEM获取途径时，要综合考虑数据质量要求，资金投入代价，后期收益比重等多方面因素，从而选择最合适的方式。但不论通过哪种方式获取DEM数据，在采集等高线或规则格网点的同时，也要对重要地形的特征点和线进行采集，以保证DEM数据质量。根据表2．1的介绍，三维数字校园的数字高程模型属于小范围区域，且精度要求较高的应用，因此本课题采用地面测量的方式来获取DEM。2．1．2建筑物三维空间数据获取技术三维建筑模型的建立需准备两方面数据，即该建筑物的三维空间数据和相应纹理数据。其中建筑三维空间数据又可分为建筑物平面数据和高度数据两部分。前者指建筑在影像图中投影到地表的轮廓线，用来确定建筑物底盘所在位置和大小，后者用来确定建筑物的高度。建筑物平面数据通过提取地形图中建筑轮廓线方法获得。本论文中所用到的建筑物平面数据为测量得到的湖南科技大学地形图(木．dwg格式，比例尺为1：500)，如图2．1所示，图中紫色线表示房屋所在平面位置和大小。图2．1湖南科技大学部分地形图Fig．2．1parttopographicmapofHunanuniversityscienceandtechnology建筑物高度数据获取目前主要有如下几种方式：1．提取建筑物阴影法，即采用一定的算法，从建筑物二维影像阴影中，快速获取建筑物高度。如安洁玉、程朋根等人研究出了从GoogleEarth--维影像中获取建筑物高度数据的新方法。其思想为：利用SketchUp模拟光照效果，使三维模型的阴影与二维影像的阴影重合，从而获得建筑物的高度数据【22]。这种方法的优点是效率很高，但目前还不适用于大批量数据的自动处理。2．机载激光雷达影像法，即通过机载激光雷达(LightDetectionandRanging，一9． 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术简称LIDAR)结合空中影像，经过算法处理提取建筑物高程。LIDAR是一个集现代三种尖端技术于一身的空间测量系统，有些系统能记录同一脉冲的多次反射。其获取树木高度的思想如下，LIDAR光束可能先打在树顶端，其中的一部分继续向下，打在更多的树叶或枝干上，有些甚至打在地面被返回，这样就会有一组具有x、Y、z坐标的返回记录值，经过算法处理，获取树高。同样的道理也可以获取建筑物的高度数据[231。其优点是获取速度快，缺点是后续处理工作量较大。·3．全站仪测量法，即通过全站仪直接测得建筑物高度信息。首先用全站仪测出平距和倾角，然后根据数学公式，如图2．2所示，就可以得到建筑物的高度信息。这种方法的优点是获取速度快，且精度较高，不足之处在于工作量也较大。高程：H平距：LH倾角：aH=k,tanaL图2．2全站仪测建筑物高度计算公式Fig．2．2buildingheightcalculateformulausingtotalstation4．用Laserrangerfinder结合CCD；旧机从地面获取建筑物高度及纹理数据，但工作量大，且后续处理工作量也很大[241。5．估算法，即根据建筑物单层高度和楼层数粗略估计建筑物的高度，这种方法适用于研究区域较小，且对模型高精度要求不高的情况下。使用该方法得到的建筑物高度数据为估计值，且要将建筑物屋顶做平面处理，或者人为增加修饰性屋顶[25】。如图2．3所示：U-]图2．3估算法获取高程数据Fig．3．2gettingthebuildingheightbyestimation由于本课题的研究范围较小，建筑物对象数目有限，且在三维数字校园系统．10— 万方数据湖南科技大学硕士学位论文中对建筑物高度要求精度不高，不会用作空间分析的基础数据，所以选用楼层乘以单层楼高的方法，粗略估计建筑物的高度。校园景观对象的纹理数据在增加模型视觉效果上具有非常重要的作用，下面就纹理数据的获取方法进行研究，主要包括以下几种：1．数码相机拍摄法。即用像素较高的数码相机，对校园里的景观对象进行拍摄。该方法获取的纹理数据，由于受拍摄角度，透视关系，光照条件等因素的影响，不能直接用于三维建模，必须进行后期处理。包括对纹理数据进行拉伸、旋转、裁剪来实现纹理数据的正射纠正和大小调整，通过调整照片的颜色、亮度和对比度来改善纹理数据质量。使用数码相机拍摄法可获得真实感较强的纹理数据，但获取速度较慢，后期处理工作量也较大。适合于小范围区域内地物纹理数据的获取。如图2．4所示。图2．4数码相机拍摄的建筑物侧面Fig．2．4sideofbuildingmadebydigitalcamera2．空中影像获取法。该方法主要用来获取地物的地面影像，当提取建筑物侧面纹理时，需要较多的后期处理，且所获取纹理数据的变形较大，真实感也较差。3．计算机模拟法，该方法的优点是数据量小，模型的浏览速度快。不足之处在于缺乏真实感。2．1．3遥感影像数据获取技术遥感影像数据是地表地物表征的集合【26】。从前，人们获取遥感数据的主要途径是从影像供应商手里高价购买，由于费用昂贵，遥感影像的应用受到一定限制。现在，随着遥感技术的提高和共享意识的增强，网络上开始出现免费的遥感数据 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术资源。这使得遥感影像的获取不再受高昂价格的制约，下面就国内外主要的遥感影像数据获取网站平台进行介绍。1．国际科学数据服务平台，由中国科学院计算机网络信息中心自主研发的科学数据服务平台。网址http：／／datamirror．csdb．cn／。主页如图2．5所示。静篇k国际科学数据服务平台!nternationa!Sci样tmcDataS—er。vi，c、，eP⋯l。at⋯fo，r。善餮图2．5国际科学数据服务平台Fig．2．5InternationalScientificDataServicePlatform提供包括MODIS陆地标准产品和Landsat两种遥感影像数据。其中MODIS数据来自美国航空航天局，格式为水．HDF．EOS，数据组织方式为10。经度水10。纬度的分片，采用正弦曲线地球投影系统。Landsat原始影像数据为木．Geotiff格式，投影系统为UTM．WGS84南极洲极地投影。只要注册就可以进行数据查看、检索和下载。对于尚未提供下载的数据，可通过“数据预定”的方式向网站提出请求，大约30天后，即可得到答复。2．地球系统科学数据共享平台，网址为：http：／／www．geodata．cn／，主页如图2．6所示。熏蘸囊震雾鬻稳㈨一”_一_一≯“懑搦添巍滋_～≯釜蠢菇薹磊i滋簇囊滋一1图2．6地球系统科学数据共享平台Fig．2．6DataSharingIn行astnlcnlreofEarthSystemScience该平台通过引进国际数据资源，提供多种遥感影像及产品的下载。主要有MSS影像、TM影像、ETM+影像、MODIS影像和MODIS拼接影像。MSS影像时间段主要集中在1972．1980年，基本覆盖中国大陆地区。TM／ETM+影像的时间段集中在1990年和2000年，这两个时期的影像能够全部覆盖中国大陆及部分相邻国家和地区。．12． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文在进行单张影像检索时，需要选择传感器类型，设置遥感影像的获取时间和行列号信息。若需下载则要填写数据申请表，包括数据名称，数据使用目的以及用户联系方式等内容，然后等待授权下载。．3．EarthResourcesObservationandScienceCenter，由美国地质调查局建立，l网址为：http：／／eros．usgs．gov／#Find—Data／Products—and—Data—Available／Satellite—Products，如图2．7所示。除提供航空影像和遥感影像外，还提供DEM数据，土地利用，数字线划图等多种数据的下载，数据资源非常丰富。由于数据种类多，数量大，USGS网站利用GlobalVisualizationViewer和EarthExplorer等不同检索系统进行检索与发布。用户可根据实际需求选择传感器影像，按照不同检索方式进行数据检索和下载。该网站提供的检索方式主要有地图搜索、行列号搜索和产品名检索三种。ASTER(AdVaneedSpaceborneTheandReflectionRadiometer)High-resolution(15-to90一meterjmLllttspectr。aldsatellite(2000topresent)，(2000一presentJ图2．7EarthResourcesObservationandScienceCenter主页Fig．2．7homepageofEarthResourcesObservationandScienceCenter4．GlobalLandCoverFacility，由马里兰大学主办，如图2．8所示。网址为：http：／／glcf．umiacs．umd．edu／index．shtml。提供的遥感影像包括ASTER、Landsat、MODIS、QuickBird、OrbView和IKONOS。其中QuickBird、O卜bView和IKONOS卫星影像由于分辨率较高，只有少数部分提供免费下载。通过ESDI界面进行文本查询或者地图查询。通过选择传感器类别，影像格式如Geocover，GeoTiff，GLS等，空间位置和影像行列号进行检索。另外还可直接在GLCFData&Products页面上，选择感兴趣的影像数据。．13． 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术i鬻!溯蘩舞嬲囊§蘩麓TheGLCF借acenterfofjandcovers甜enee钳ithatoeU；onre_。earchusingremoteIvsensedsetellitedataandproducts：oassesslaI’dcove}"changetor；ocaltoglobalsystems．LandsatElfH+Path：ii2疑cw：78图2．8GlobalLandCoverFacility主页Fig．2。8homepageofGlobalLandCoverFacility2．2三维数据存储和传输技术众所周知，三维数据最明显的特性之一就是“海量”，对三维数据的存储和传输技术是当前三维地理信息系统研究的重点和难点。本小节主要探讨了与本课题密切相关的影像金字塔技术和流技术。2．2．1影像金字塔技术影像金字塔技术是目前各软件处理海量影像数据必用技术之--[27]。其基本思想是将每次渲染需要读取的数据，控制在某个范围内，在每次进行三维渲染时都只需要读取该部分数据就足够了，从而达到每次影像渲染速度基本相同，与影像数据大小基本无关的目的。通过影像金字塔技术，可将多幅影像拼接成一个连续、无缝、无损的海量影像层[2s】，在水平尺度上分块管理，垂直尺度上分层管理。目前普遍采用基于矩形采样图像的金字塔算法，濮国梁和冉令辉通过比较六边形采样和矩形采样的优劣，提出了六边形正交影像金字塔图像压缩算法，处理速度更快，建立金字塔过程中，需要的层数更少【29】。在Skyline软件TerraExplorePro中，为解决分辨率跟数据存储量之间的矛盾，引入金字塔技术，在统一空间参照下，根据用户需要用不同分辨率进行存储与显示，形成分辨率由粗到细、数据量由小到大的金字塔结构。通过“打包"将木．X格式数据转变成水．XPL格式，这是Skyline专有的一组在贴图上进行层次细节一圄麓一陵嗍蛳t茹一 万方数据湖南科技大学硕士学位论文分级显示的模型金字塔格式[30／。2．2。2流技术Streaming，即流机制，将完整的数据按一定标准划分为若干数据块，用户向系统发送请求，得到所需数据块。与传统场景加载机制相比，流机制最主要的特点是根据用户请求发送特定数据块。在加载模型过程中，流机制只对所见区域的模型进行实时加载，即：仅加载可见范围内的数据模型。这种“所见才所得”机制大大改善了传统显示模式的弊端，减少了系统资源消耗，提高了场景运行效率。传统场景加载过程中，数据加载工作在场景运行之初完成，这在一定程度上导致了不必要的资源浪费，延长了用户的等待时间。Skyline将Streaming技术用于三维地形数据和矢量数据的传输过程中，提高了三维场景浏览速度。对于矢量数据而言，其原理是，首先将数据导出成半．shp格式的shape文件，shape文件再以流模式进行加载，然后再关联上相应的模型。TerraExplorerPro提供了两种矢量数据加载方式，分别是整层(Entire)力H载和流模式(Streaming)力H载。整层(Entire)力H载即传统加载模式。在打开工程文件(水．FLY)时，需要等全部模型数据加载完成后才显示场景，因此等待时间会比较长，一般用于单机运行环境且数据量较小的情况。流模式(Streaming)；：9H载方式即实时加载所见区域韵模型数据。对于三维地形数据而言，基于网络无缝可变带宽运行的TerraGate不会被连通性潜在的中断而影响，当初始影像以低分辨率被用户接收时，用户就能够看到三维渲染，而不用等到所有的数据集都传输完毕[311，这种数据技术能够更平滑，更有效的实现三维场景无缝展示。2．3三维建模技术随着计算机图形学的发展，越来越多的科学应用需要对数据模型进行三维显示，以期将研究结果直观的展现出来。三维空间数据获取技术的发展，为三维模型的建立提供了数据支撑，那么如何运用好数据源，如何建立符合实际需要的三维模型，就成了我们要解决的问题，本小节就三维建模所涉及的技术进行了研究和学习。2．3．1模型简化技术模型简化技术，即在保证三维数据模型视觉效果的前提下，保证该模型外形．15． 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术相似，用简单几何模型代替复杂原始模型，删除模型中的顶点和面，尽可能简化模型，以达到减少数据量，节约存储空间，提高渲染速度的目的。模型简化技术最常用的方法之一就是几何元素直接删除法。该方法的基本思想是通过判断模型中顶点或平面的重要性，当判断结果为不重要时，就可直接删除，如果删除之后出现空洞，则要进行三角化【321。使用上述思想，重复判断模型中顶点或平面的重要性，把不重要的几何元素，包括点，边，面，从模型中减去，从而得到简化模型。判断某一顶点或平面是否重要的准则主要包括四点，1．在建模之前修整底图，本课题使用南方Cass修整作为建模底图的湖南科技大学地形图，多余的顶点或可简略的顶点都是不重要的，如弧形处的顶点，可以删除。2．模型中凡是被遮挡的面，通常是非重要的，如建筑模型的底面，可以简化。3．某几何模型在整个模型中处于附加角色，可适当删减。4．对于较复杂的模型而言，对其进行简化的前提是不影响视觉效果，在该前提下适当减少顶点数，达到减少模型总面数的目的。2．3．2Skyline快速建模技术虽然用3DMax对空间场景进行三维建模的精细化程度较高，但效率较低，当系统中模型数量较多时，工作量也较大。因此，对于校园内非标志性地物而言，可以在Skyline三维建模平台TerraExplorerPro中进行快速建模。其实现思路如下：1。在AutoCAD或南方Cass中对地形图进行前期处理，删除建模工作过程中不需要的线条，留下主要且清晰的建筑物轮廓线。2．为保证后期建模工作顺利完成，对数据进行拓扑查错。该工作可在南方Cass、ArcGIS或MapGIS软件中完成，推荐使用ArcGIS，首先在ArcCatalog中进行拓扑错误检查，建立好拓扑规则，然后，在ArcMap中打开拓扑规则，根据错误提示完成修改，去掉悬挂节点，伪节点，处理’“碎屑”多边形和“条带”多边形问题，解决“未及”和“过伸”问题，将未闭合的建筑物轮廓线做闭合处理。3．增加模型高程属性信息。将完成拓扑检查的建筑物平面轮廓线增加高程属性字段，设置类型，根据底图上建筑物楼层信息，以每层楼高3米来推算整栋建筑物的高度。由此得到包括建筑物底盘数据和高程数据的矢量数据，其中底盘数据确定建筑物位置与大小，高程数据确定建筑物高度。4．在TerraExplorerPro，导入刚刚制作好的建筑物矢量数据，完成此操作的一个重要前提是，已经在TerraBuild中根据数字正摄影图和数字高程模型数据生一16． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文成了地形数据集(木．MPT文件)，并导入了TerraExplorerPro。按照建筑物的高度属性进行拉伸，得到建筑物体块。然后选取事先处理好的纹理和需要贴图的面进行拟合，最后进行部分修整。使用该方法可在短时间内完成大量不重要模型的建模，保证整个项目的进展。2．4三维数字模型可视化技术数据可视化技术是指运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换为图形或图像显示在屏幕上，并可进行交互处理的理论、方法和技术[33】。它涉及到计算机图形学、计算机辅助设计、图像处理、计算机视觉及人机交互等多个领域。随着计算机技术的发展，数据可视化概念已大大扩展，它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程数据和测量数据的可视化。三维可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术．，将三维空间分布的复杂对象(如模型，地形)或过程转换为图形或图像，显示在屏幕上，并能够进行交互式处理的技术和方法Ⅲ】。目的是将现实世界中复杂的地学现象以图形或者图像的形式来记录、存储、表达和传输，进而揭示地学现象的内部规律。本小节主要对课题中需要的三维可视化技术进行研究，包括实例技术，细节层次模型技术和公告牌技术。2．4．1实例化技术在一个复杂三维场景中，通常会包含很多形状和纹理相似的模型，它们的区别仅仅在于位置、角度或大小不同。如具有相同纹理和建筑规格的学生宿舍群，树木，路灯，垃圾箱等。若分别对它们建模和存储，渲染过程中无疑会占用大量内存和硬盘空间，延长处理时间，影响显示速度。而实例化(Instance)技术正好可以解决此类问题，实例好比物体的副本，与副本又有不同，仅指向某一存在物体，不占用实际内存。实例化技术涉及对象和实例两个概念。对象代表建好的模型，实例代表按照实际需要，由对象经平移、旋转或缩放生成的模型。且根据某一对象生成的实例，又可用来生成其他新实例，故对同一个模型而言，可以既是对象，又是实例。该技术主要利用矩阵变换原理[351，当调用模型库中某个模型对象时，‘会按照实际需要对其进行平移，旋转或缩放。使用过程中内存仅调用一次，因此大大提高了渲染速度。该方法主要适用于相同物体的重复渲染，例如粒子系统和草被模拟等【36]。一17． 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术实例化技术固然可节约内存空间，但当修改或编辑其中某一对象时，与之相关的所有实例都会随之发生改变。故在运用过程中要格外小心，当要生成具有不同属性的实例时，无论是不同纹理还是不同材质，都不可使用该技术。2．4．2细节层次模型技术细节层次模型(LevelofDetail，简称LOD)是指在同一个场景中，用不同细节水平(或精细程度)的一系列模型来描述目标物体，远离视点物体用较粗细节表示，靠近视点物体用较细细节表示。因为该技术可以控制场景的复杂程度，加快三维复杂场景的实时显示速度，而被广泛应用在三维模型渲染中。在三维模型可视化过程中，选用合适的LOD模型，可以在不损失表现内容的前提下，使三维模型渲染速度达到最优。LOD越高，表现的内容越丰富、信息量越大‘，数据量也越大，可视化速度降低，反之亦然。因此在可视化过程中，需要在表现信息量与渲染速度之间寻找最合适点，一个较好的解决方式就是采用多级LOD，即在不同可视化阶段采用不向层次的模型数据。2．4．3公告牌技术公告牌技术，能够让面片构建的“三维物体”总是面向使用者E”1。由于使用该技术的模型，始终正面朝向观察者，看不到它“扁”的一面，故给人一种立体感。。、公告牌技术最大的优点是提高浏览速度。实现该技术需要两个关键步骤，首先，在合适的地方，朝合适的方向放置一面“公告牌”。该公告牌的实质是一个共面四边形，一般选用矩形。然后，将位图贴到共面四边形上。获取使用者视线的上向量和右向量，就可以达到无论使用者如何移动视线或位置，这些模型总以正面面向观察者的目的。2．5主要软件介绍本文选用的SkylineTerraSuit软件是一款非常优秀的三维地理信息系统软件，由五个相互独立的子系统构成，分别是TerraBuilderFamily、TerraExplorerFamily、TerraGateFamily、StreamingFeatureServer和SkylineGlobeEnterprise，在本文主要用到前三个子系统，通过这三个子系统可以建立三维地表模型，集成三维景观模型，并能通过网络发布，快速地分发到各个用户。．r8一 万方数据湖南科技大学硕士学位论文2．5．1TerraBuilderFamily包括单机版的TerraBuilder并lJ企业版的TerraBuilderMulti．ProcessorEdition。TerraBuilder支持多种数据格式，通过叠加航片、卫星影像、数字高程模型以及各种矢量地理数据，能够实现不同分辨率、不同大小数据的融合，通过投影变换和数据裁切可以制作具有任意分辨率和真实质感的三维场景地形数据库【38】。TerraBuilder工作流程如图2．9所示。图2．9TerraBuilder212作流程Fig．2．9workingprocessofTerraBuilder2．5．2TerraExplorerFamilyTerraExplorerFamily系列软件不仅可以让用户浏览三维地形，而且可以完成编辑、分析、标注等操作，还支持用户根据需求定制三维景观。包含了TerraExplorerViewer、TerraExplorerPro、TerraExplorerPlus、TerraExplorerDeveloper和TerraExplorerRuntimePro子模块，本论文中主要用到的是TerraExplorerViewer$[1TerraExplorerPro。其中，TerraExplorerViewer是一款由SkylineGlobe出品的浏览器，用来查看由TerraBuilder@J建的三维地形数据集场景术．MPT或木．TBP文件[39]。TerraExplorerViewer只具有浏览和简单的查询量测功能，是一款免费下载的软件。TerraExplorerPro是TerraExplorer的专业版，包含TerraExplorer中所有实时三维地形可视化功能，除此以外还能够在三维场景上创建二维文本和图片，加载三维模型，并能够从标准GIS文件和空间数据库中读取各种地形叠加所需要的信息，完成交互式应用系统创建，以场景的独特视角展现地貌特征，视域和地物间关系等。并且能将整合之后的三维数字地球场景发布到局域网或互联网上，使用户在任何地方都可实现轻松快捷的三维交互式体验。在TerraExplorerPro能a环境支持下，还可以通过整合TerraExplorerPro功能，在任何程序或网页中．19— 万方数据第二章三维数字校园建设相关技术创建自己的三维应用程序。TerraExplorerPro工作流程如图2．10所示。图2．10TerraExplorerProT作流程Fig．2．10workflowofTerraExplorerPro2．5．3TerraGateFamilyTerraGateFamily系列软件包括了TerraGateManager、CollaborationServer、DirectConnect和InternetLicense，具有强大的网络数据服务器技术，实时向数以千计的客户传输三维地理地形数据集。由于TerraGate基于网络无缝可变带宽运行，所以不会被连通性中断而影响。当初始影像以低分辨率被用户接收，用户就能够开始进行三维显示，无需等到传完所有的数据集。使用户接收带宽由低到高的、真实的、无限量的数据集，给用户不间断的逼真观看效果。TerraGate的工作流程如图2．11所示。图2．11TerraGate32作流程Fig．2．11workflowofTerraGate一20． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文第三章三维数字校园地表模型建模三维地表模型作为校园现实地表起伏情况的真实模拟，可增加场景真实感，一般也叫做三维地表数据集或三维地形数据库。根据第二章的学习可知，TerraBuilder可以把影像数据，高程数据和矢量数据融合成一个高精度，带地理坐标信息的三维形数据集(木．MPT或术．TBP)。下面就三维数字校园地表模型建模实现过程，及在该过程中遇到的问题和解决方法进行详细阐述。3．1数据获取虽然TerraBuilder可以融合影像数据，高程数据和矢量数据，但由于矢量数据在导入TerraBuild之后，就会转换为不可编辑的、隐藏的、且不包含属性信息的栅格数据，并会最终与影像数据和高程数据一起，输出到术．MPT三维场景中，因此本课题选择只在TerraBuild中添加影像数据和高程数据，然后生成木．MPT文件，矢量数据放在后面TerraExplorerPro中添加。故在三维地表模型建模阶段需要完成的数据准备方面工作，包括准备校园影像数据和数字高程模型两部分。其中影像数据可以是航空影像，也可以是高分辨率卫星影像。下面以湖南科技大学三维数字校园系统建设为例，完成影像数据和高程数据的获取。3．1．1影像数据获取通过第2．1．3小节可知，可在上述网站上查找下载所需的影像数据。但由于湖南科技大学范围较小，没有找到下载资源，故采用GoogleEarth截图。GoogleEarth是一款免费的卫星影像浏览软件，通过它可以免费获取高清卫星影像，为地学信息的采集和集成提供了很好的平台【40】。因此本文将通过GoogleEarth采集到的卫星影像作为三维数字校园地表模型建立的影像图。通过下载、安装、运行GoogleEarth，查找到湖南科技大学所在位置，如图3．1所示，截取了南校图书馆和左右两侧的教学楼。从GoogleEarth上下载影像数据的方式有很多种，经过比较，本文选用免费且好用的自动截屏拼图工具(GEtScreen)。主要实现过程如下所述。．21． 万方数据第三章三维数字校园地表模型建模图3．1GoogleEarth上湖南科技大学局部影像Fig．3．1partRSimageofHunanUniversityofScienceandTechnologyshowedinGoogleEarth1．运行GoogleEarth，找到湖南科技大学所在地理区域范围，并调整为满屏。此时，最好用DirectX模式启动GoogleEarth。2．运行GEtScreen。此时GEtScreen会自动采集GoogleEarth当前的地图窗口信息，且当调整GoogleEarth中地图窗口范围时，GEtScreen会自动随着更新采集窗口信息。如图3．2所示。图3．2GEtScreenI刍动获取GoogleEarth地图窗口信息Fig．3．2WindowsinformationofGEtScreen3．选择合适的截图功能。GEtScreen提供了两点定位法和输入坐标法两种方式。其中两点定位法，顾名思义，用鼠标右键分别点击欲截图区域的左下角和右上角，完成区域选择即可，较为方便，但精确度较低。输入坐标法，需要通过GPS．22． 万方数据湖南科技大学硕_；出学位论文定位装备获取上述两点的坐标值，精度较高。本文选用两点定位法进行裁图。4．开始截图，设置影像数据的存储路径。即可得到湖南科技大学区域范围的高清影像数据，其中每个网格都对应一个*．jpg和一个：一c．map文件。在截图过程中最好不要进行任何电脑操作，并关闭电脑屏保功能，以免在裁图过程中出现异常错误，或者延长截图时间。5．影像配准处理。由于得到的术．JPg文件是一个没有坐标信息的普通图片，不能直接用于三维地表模型建模，故需用专门的遥感影像处理软件进行校正。本课题选用ArcMap软件完成，调用Georeferencing功能，逐一使用AddControlPoint增加控制点，控制点选取要求准确且均匀。控制点坐标信息从木．map文件中读取，术其主要记录信息如图3．3所示。其中左上角坐标和右下角坐标是我们需要的配准数据，通过这两点坐标可以计算出左下角和右上角坐标。校正四个角点坐标，执行rectify命令，得到一幅具有真实地理坐标的栅格影像地图。如图3．4所示。(MMPXY，1，0，0MMfPXY．2，1952，OMM【PXY，3，1952，1720MMPXY，4，0，1720MMPXY，1，115．351188，41．155466MMPXY，2，118．048764，41．155466MMPXY，3，118．048764，39．326317MMPXY，4，115．351188，39．326317)图像尺寸(W，H)左上角(MinX，Maxy)右下角坐标(MaxX，MinY)图3．3木．map文件主要记录信息Fig．3．3mainmessageof半．mapfile图3．4处理得到的栅格影像图Fig．3．4theprocessedrasterimage．23． 万方数据第三章三维数字校园地表模型建模3．1．2高程数据获取通过第2．6．1小节的学习可知，数字校园三维地表模型数据集的生成，需要以正射影像数据(DOM)矛N数字高程模型(DEM)为数据基础，其中DEM的精度又直接决定着最终地表模型的精度。根据第2．2．1小节数字高程模型数据获取技术可知，三维数字校园中DEM具有范围小，精度高的特点，因此可采用地面测量法获取数字高程模型。由于本课题已有校园地形数据，其中包含了高程控制点信息，所以无需重复测量，只要进行加工就可得到数字高程模型j主要实现过程包括：1．提取目标图层。在Cass中删除不需要．的点、线、文字、符号等图层数据，保留等高线和高程点图层。应当注意的是对于不需要的图层必须删除，不可隐藏或者关闭，否则达不到减少处理数据量的目的。2．增加高程属性表。由于在南方Cass中高程点由高程点符号和高程点注记两部分组成，其中高程点符号提供了高程点的准确位置(X，Y)但不包含高程(Z)属性，而高程点注记恰恰相反，提供了精确的高程值(Z)，但实际位置(X，Y)不精确，所以需要在高程点符号和高程点注记之间进行匹配。对于这一问题的解决，分两种情况对待。其一，当高程点数量较多，数据量较大时，可以通过编程实现自动匹配，主要思想为，首先，新建两个数组分别存储高程点符号(X，Y)和高程点注记(Y)；然后，以高程点符号和高程点注记在南方Cass地图上距离为阈值，在小于该距离范围内搜索到的高程点注记既为该高程点的高程信息；最后，将高程点注记赋值给高程点符号。其二，高程点数量较少时，采用手工添加的方式完成。本课题属于后者，只需将处理好的等高线和高程点图层，加载至rJArcMap软件中，通过编辑，逐一为每个高程点添加高程信息Z，并使用CalculateGeometry命令自动添加高程点位置坐标X，Y，如此便可生成包含了X，Y，Z坐标信息的冰．shp文件。3．生成DEM。在ArcScene@加载刚刚生成的水．shp文件，使用3D分析工具创建／修改TIM，生成TIN模型，最后将TiN转换到栅格即可得到反映了校园真实地形的数字高程模型。3．2三维地表模型建模通过前面的学习研究可知，三维地表模型建模工作需要在TerraBuilder@完成。本小节将在前文理论支撑和软件学习的基础上，利用获取的影像数据和数字．24． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文高程模型数据，创建海量三维地表数据集，生成三维地形场景文件(木．MPT)。3：2：．1三维地表模型建模流程根据前面的学习可知，不推荐将矢量数据加载至lJTerraBuilder中生成三维地形场景模型，所以在加载数据方面只考虑数字正射影像图DOM和数字高程模型DEM。在加载数据之前需要对二者的范围做一个木．shp面文件，且要保证DEM的范围大于DOM的裁切框，使用该方法可以控制TerraBuilder在集成冰．MPT文件时的有效范围，由于在建模过程中使用的是WGS84球面坐标系，所以还要注意术．shp文件的坐标系问题。下面就三维数字校园地表模型的实现，进行详细阐述。j1．新建TerraBuilde-V程。除项目命名，设置存储路径外，还有一个重要的工作就是设置坐标系。TerraBuilder支持球面坐标系和平面坐标系两种，其中球面坐标系输入WGS一84经纬度坐标系和标准的投影坐标系，输出包含全球底图的球面三维场景；平面坐标系输入地方坐标系和投影坐标系，在TerraBuilder中自动换成经纬度坐标，输出不包含全球背景的平面三维场景，本文选用球面坐标系。2．导入数据。此时应注意影像数据和数字高程模型坐标系和数据格式问题。对坐标系而言分两种情况：当数据为WGS．84坐标系时，可直接导入，当数据为投影坐标时，需将数据原始投影参数输入TerraBuilder中进行重投影，重投影后的坐标系会默认转换为WGS．84坐标系。由于影像数据是从GoogleEarth中获取，并按照其生成的水．map文件坐标完成的配准过程，是WGS一84坐标系，所以可直接输入。而数字高程模型在坐标系为国家80地形图基础上生成，所以在导入之前需要对数字高程模型进行坐标转换，或者在导入过程中通过ReprojectSource—Change，如图3．5所示，对原始投影参数进行设置，本文选用前一种方式。图3．5坐标变换Fig．3．5projectchange．25． 万方数据●第三章三维数字校园地表模型建模对于数据格式问题，首先需要了解TerraBuilder支持的影像数据格式和高程数据格式，分别如表3．1和表3．2所示⋯】。表3．1TerraBuilder支持的影像数据格式Tab．3．1imagedataformatthatTerraBuildersupportsNameofformat—SuggestornotERDASIMAGINE(术．img)YesER-Mapper(半．ecw)YesMrSidcompressed(木．sia)YesGeoTIFF(术．ti圩、木．tif)NoWindowsBitmap(术．bmp)NoJPEG2000(术．JP2，水．J2K)NoJPEG腰IF(术．JPG)NoGraphicsInterchangeFormat(术．GIF)NONIMAformats(丰．CIB，书．ADRG，书．CADRG)No表3．2TerraBuilder支持的高程数据格式Tab．3．2elevationdataformatthatTerraBuildersupportsNameofformatSuggestornotERDASIMAGINE(．img)ERSIArclnfoBinaryGrid(．adf)WindowsBitmap(．bmp)ASCII-X，Y，ZorZ(regulargrid)Non—regularGridwithbreakjinesUserdefinedbinaryrawNIMAformats(．dted)DTEDsinglecell(IncludingNIMADT0·DT3formats)USGSSDTS(．ddf)YesNo由于从GoogleEarth中截取的影像数据为嗥．JPg格式，根据表3．1可知，TerraBuilder不推荐使用，所以使用ERDA遥感图像处理软件进行格式转换，转换为TerraBuilder支持的术．img格式。从地形图中经过处理获取的DEM数据是TerraBuilder所支持的水．img格式，可以直接加载。3．创建金字塔。DOM或DEM第一次被加载到场景中时，信息树状态非正常显示，hnust—dem．tif文件后面显示红色叉。号。此时需要创建金字塔，以生成不同级别的分辨率文件，然后可以看至lJhnust—dem：tif文件正常显示，如图3．6所示。．26． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文固；荸；∥i曩卿7¨|堡暑蝣砂；孵iFt9i．．．j曼孥卿id?旦日圜，，蕊墨恐!!：!巴主三兰⋯⋯⋯0二0⋯002777⋯02螋13⋯171旦坠曼翌口口口氇BaseGlobeEimpu013333320087890625[口口口UBaseGlobeIi．mpu013333320087890625[图3．6创建金字塔后数据正常显示Fig．3．6visibleaftercreatepyramid4．影像、高程数据编辑处理。根据TerraBuilder建模工作流程可知，数据导入后，可根据显示需求进行编辑和处理。包括数据显示分辨率，数据裁剪，颜色调整和高程调整。最重要的是分辨率设置，在TerraBuilder中UnitsPerPixel(简称UPP)代表数据源的分辨率，即每个像素代表的实际地理单位。数据在导入TerraBuilder前有一个自带UPP值，由数据本身的地理空间参考信息决定，UUP值越小，分辨率越高。导入数据后需注意UPPinProjectSllMaxVisibleUPP，其中工程UPP取决于系统地理空间参考信息，最大可见UPP是决定资源在地表数据集中是否显示的UPP阈值，当系统的UPP值小于阈值时，资源将会在屏幕上显示，反之消失。导入不同UUP数据源时，UPP值较小的影像会自动显示在UPP值较大的影像之上。3．2．2生成三维地形场景模型编辑好的TerraBuilderSl2程可通过Builder生成三维地表数据集供客户端调用，也可通过TerraGate和DirectConnect组件直接将TerraBuilderProjectI程进行发布，达到实时更新和发布三维地表数据的目的。本课题选择生成木．MPT文件供客户端调用，一个木．MPT文件包含了数字校园所有的地形信息，其数据大小只受存储设备的限制。最终创建生成的木．MPT--维地形场景模型，如图3．7所示。图3．7湖南科技大学*．MPT文件(南大门到图书馆部分)Fig．3．7part+．MPTfileofHunanUniversityofScienceandTechnology．27． 万方数据第四章三维数字校园景观模型建模三维数字校园系统包括包括三维数字校园景观模型库和三维地表模型库，第三章讨论了基于Skyline的三维地表模型库的建立，本章将主要讨论三维景观模型的建模原理与方法，并在此基础上完成三维景观模型库的建设。三维数字校园的景观建模包括了建筑物、树木、道路等地物要素。4．1数据收集与处理通过前面的学习可知，三维数字校园景观模型的建立一部分需要在3DSMax专用建模软件中进行精细建模，另一部分可在TerraExplorerPro模块下快速完成，并最终导入TerraExplorerPro环境下进行集成，构成三维数字校园景观模型库。其中数据收集的完备性及所收集数据质量的优劣，会直接影响到景观模型建模的效果，本小节就景观建模所需数据的收集和处理问题进行详细阐述。4．1．1数据收集三维数字校园的景观建模需要的数据源包括两大类，其一，反映校园地物分布现状的地形图。把该地形图作为景观建模的底图，控制模型的底盘大小与位置。本课题中使用的地形图，比例尺为1：500，坐标系为国家80，包括了居民地图层(表示房屋边界线)，居民地注记图层，道路图层，等高线图层，高程点图层等图层信息，整体如图4．1所示。其二，校园景观对象纹理数据。本课题中选用数码相机拍摄的照片木．JPg格式。在拍摄过程中要尽量保证拍摄角度、光照强度等指标的一致性，方便后期处理。对于同一栋建筑物而言，需要对其正面、侧面和背面分别进行拍照，理论上每幢建筑物要拍3张，但由于现实中建筑物与其他景观地物相互遮挡，所以无论是对建筑物，还是树木，其个体取照都要多于3张。为后期数据处理提供充分的数据源。．28． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文图4．1湖南科技大学地形图Fig．4．1topographicmapofHunanUniversityofScienceandTechnology4．1．2数据处理通过4．1．1数据收集学习可知，三维数字校园景观建模需地形图和纹理数据两种，下面分别对其前期处理的要求和原则进行阐述，并展示处理结果。对于地形图而言，作为景观建模的底图，为减少建模过程中的数据量，提高计算机的运行速度和建模效率，首先需要在南方Cass删掉除建筑物轮廓图层及其注记图层以外的其他图层，并另存为水．dxf格式文件，为景观建模过程中导入3DSMax做准备。卑．DXF是Autodesk公司专门开发的一种基于矢量的ASCII文本格式，主要用于AutoCAD和其它软件之间的数据交换。地形图处理结果如图4．2所示。．29． 万方数据第四章三维数字校园景观模型建模图4．2处理后的湖南科技大学地形图Fig．4．2processedtopographicmapofHunanUniversityofScienceandTechnology对于纹理数据而言，由于拍摄的照片数量较大，涉及的对象较多，故需要建立建筑纹理库进行统一管理，分建筑物和树木两大类，并统一将处理后的纹理数据用地物全称命名。由于作为贴图用的地物纹理应该是正射的，而在实际获取纹理照片过程中，由于受拍摄光线、角度、时间的影响，不能达到纹理贴图数据的要求。所以首先Photoshop里面对原始纹理数据进行透视变换、旋转扭曲、修补、裁切以及其他特殊处理等操作。如使用“仿制图章工具"工具去除杂景，使用“自由变换”或“斜切”修正贴图的倾斜问题等。另外还需要注意纹理数据的像素尺寸和分辨率，长宽比等问题。处理后纹理的象素尺寸应该是2的N次方(如2，4，8，16，32，64，128，256，512，1024等)，且不宜太大。在贴图清晰程度可以接受的情况下，尽可能降低分辨率，经过实验，对本课题而言，保存时贴图分辨率设为72，品质设为8，效果较好。处理后的纹理数据尺寸最好是正方形，且宽和高的象素大小不能超过1024，贴图长宽比尽量为1：1或1：2，若贴图实在太长或太宽，可考虑将模型面进行分割，然后单独进行贴图。处理后的纹理数据范例，如图4．3所示。．30． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文4．2景观建模图4．3处理后的纹理数据Fig．4．3processedoftexturedata三维数字校园景观模型建模主要分两个部分完成，一种是针对校园的标志性建筑，如图书馆，体育场，俱乐部，各个学院办公楼等，此种建筑物用3DSMax做精细建模；另一部分为不太重要的建筑物建模，如具有相同纹理和建筑模式的学生宿舍，学生实习基地，开水房等，此类建筑模型在TerraExplorerPro中快速建模完成。4．2．1标志性建筑物精细建模三维数字校园系统中，对于校园内标志性建筑物而言，要对其做精细建模，单个精细模型的技术参数标准为：三角面数控制在1500以内，纹理数据单边象素小于1024，纹理贴图数据采用球．jpg格式，透明贴图要求使用带透明通道的水．dds、水．png或术．tga格式。单组输出的．X文件和其调用的贴图数据总量不宜超过1M[421。标志性建筑物进行建模在3DSMax中完成，3DSMax由Autodesk公司推出，可运行在个人计算机上，是目前工程及建筑效果图设计应用最广泛的三维软件之一Ⅲ】。不仅可用于设计建筑模型，渲染仿真场景，还可用于制作复杂动画，真实再现现实场景，增强视觉效果。在3DSMax中进行建模的流程，如图4．4所示：．31． 万方数据第四章三维数字校园景观模型建模导入半．d对文件’豳椤3。sMax建模导赋纹理数据喜【导龇x文件．．图4．43DSMax建模流程Fig．4．4modelingprocessingof3DSMax在3DSMax中调用Import命令导入：l：．dxf文件，若数据量较大时，所需时间会比较长。白定义设置系统单位和显示单位均为米，此时模型尺寸只要按照底图大小去做即可，Z轴不要进行旋转，顶视图中将Z方向的高度压缩为0，便于观察。3DSMax提供了多种建模方式，如几何体建模，二维图形建模，多边形物体建模，NURBS曲线建模，Patch物体建模，多边形面片物体建模等。对于建筑物建模而言，多使用第一种方式，即几何体建模，其实现建筑物的三维空间建模较为简易。‘三维模型建好以后，需要对各个模型进行纹理贴图，以生成更为逼真，生动的三维景观。而纹理映射技术则是建立真实感三维模型的一个必然选择[441。其有两种实现方式，其一，对应点贴图，即以建筑物各个表面的点，同纹理进行点对点贴图；其二，不按对应点贴图，将纹理自动按建筑物表面贴图。由于在3DSMax中，将单个建筑模型视作一个整体，当对某一面进行贴图时，会贴满整个墙面，对于这种情况，采用曲面转四边形的方式，用若干个四边形表达该模型，然后对每个面使用四个角点对点贴图。若使用EditPolygon赋纹理后未达到预期结果，可调用贴图坐标映射(UVwMap修改器)，通过设置模型的贴图坐标，来控制贴图投影到模型表面的方式。需要注意的是，在完成模型贴图后，应塌陷模型，清空修改器堆栈，减少模型所占内存。在3DSMax在完成的图书馆模型，如图4．5所示。．32． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文图4．53DSMax完成的图书馆模型Fig．4．5themodeloflibrarymadeby3DSMax由于Skyline支持的外源模型格式为木．X或半．FLT，所以需要在3DSMax中安装PandaDXExport插件将模型文件导出为木．X格式。每栋建筑作为一个对象单独输出，获取此建筑物的中心点坐标，必须是组成整个建筑的所有对象，在group之后的中心点坐标，然后输出，Ic．X。需要注意的是，此处的木．X文件名必须用英文命名，否则在加载至lJTerraExplorerPro时可能会出错。获取所有模型的中心点坐标，记录成文本文件的格式。若是模型数据量较大时可以通过编程的方式批量实现，由于本课题中涉及的模型数据量较小，在两位数范围内，所以使用直接点选的方式依次获取，并记录，与模型名称和模型编号一起记录成如表4．1的格式，第一行为字段名称，前两个字段分别是模型的X，Y坐标值，第三个字段为宰．X模型编号，第四个字段为模型名称。字段名称和字段值之间的空格数目要求保持一致。生成的木．X文件连同文本文件供下一步生成木．shp使用。表4．1中心点坐标文本格式Tab．4．1formatofthemiddlepointfileXYModelNumModelName540971．6398hnust001．X541105．7006hnust004．X建筑与城乡规划学院办公楼第四教学楼3087803．35574．2．2其他建筑物快速建模校园一般性和非重点建筑物建模，单个模型技术参数标准为：三角面总数保持在500以内，纹理数据单边象素小于512，采用*．jpg格式。若需要使用透明贴图，要求用带透明通道的术．dds、*．png或}．tga格式，单组输出的：．c．X文件和其调用的所．33． 万方数据第四章三维数字校园景观模型建模有纹理数据总量控制在400K内[4sl。三维数字校园中非标志性建筑建模，在Terraexplorerpro中完成，其实现思想根据建筑物高度信息，进行拉伸，并赋予纹理数据。此种方式建立的模型精细化程度较低，但在满足三维视觉效果的前提下，可节约较多的建模时间，达到快速建模的目的。在第2．3．2小节Skyline快速建模技术研究的支撑下，完成非标志性建筑的建模。快速建模功能的实现主要使用了3D对象编辑器和Building功能，其中3D对象编辑器有创建、输入、处理和编辑3D模型中的现有和新建对象的功能。首先，在Terraexplorerpro中加载第三章生成的三维地表数据集，即木．FLY文件，然后，通过LoadFeatureLayer，把包含建筑物高度属性和位置的木．shp数据图层添加进来。使用3D对象编辑器，鼠标左键追踪建筑物底图的角点，右键单击闭合，构成建筑物底面，对面拉伸赋予高程值，得到简单建筑模型，将其移动到底图精确位置上，选用处理过的纹理数据对需要贴图的面进行拟合，最后对贴图进行部分修整。这种方法的最大好处在于，当需要建立大量不重要的模型时可以在最短的时间内，高效的完成任务。图4．6为在TerraExplorerProqb快速建模实现的建筑模型。图4．6快速建模实现的建筑模型Fig．4．6quantitymodelingexample4．2．3道路自动建模在TerraExplorerPro三维场景中，传统道路建模方式一般是直接采用软件提供的工具完成，但该过程需沿底图上的道路一条条画在三维场景中，工作量较大。一34． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文故本课题研究了一种沿道路中心线，在三维场景中自动铺路技术。该技术的实现主要包括四个方面，一，获取道路中心线矢量图层，这一过程可以通过地形图中提取实现；二，将道路中心线图层导入三维场景中，检测中心线图层与地形是否匹‘配，对有问题的中心线进行修改，导出修改后的道路中心线图层；三，根据道路中心线自动生成道路面；四，把道路面保存成半．shp面图层，以备后期以“流”的方式加载到三维场景中。该技术的关键是根据道路中心线生成三维场景路面，首先需要对道路中心线进行解析，得到中心线的坐标串和属性，最主要的是路宽和道路级别信息，前者控制路宽，后者控制路面纹理，根据道路中心线的空间信息把中心线扩展成具有一定宽度的面，根据属性信息对道路的宽度和道路纹理进行赋值，然后在三维场景中生成道路。最后再对道路交叉口等复杂路段进行手动调整，完成道路在三维场景中的自动建模。该技术的本质为根据线生成缓冲区，关键是控制好中心线位置和路宽。用该方法在TerraExplorerPro三维场景中建好的道路，如图4．7所示。图4．7道路建模Fig．4．7theroadmodeling4．2．4树木建模对于树木的建模，考虑到数据量的问题，一般会用透明纹理的方法代替立体模型。目前通用的方法是采用十字插丝法，即用两个相互垂直的面叠加在一起表示一个树模型，或者是单个纹理表现单个树木，十字插丝法在平视过程中，真实感更强，但是在俯视视角下会出现很明显的十字架，影响美观，且数据量比单个．35— 万方数据第四章三维数字校园景观模型建模纹理要大，故本课题采用单张纹理的方式。使用广告牌技术在三维场景中进行显示，达到无论场景怎么旋转，对象总保持面向屏幕和观测者的目的。这种方法纹理画面比较简单，最大可能上节省了数据空间，同时也保持了较好的观赏性。图4．8为用单个纹理表现的树木模型。图4．8单个纹理表示樱花树模型Fig．4．8cherrytreemodelshowedbysingletexture．36． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文第五章三维数字校园系统发布与功能实现本章主要讨论三维数字校园场景发布，并实现前文所提到的功能，包括宿舍和教室信息定位查询，并将查询结果以手机短息的方式发送到用户手机，校园信息定位发布和网上预定教室功能。5．1系统集成通过学习可知，基于Skyline的三维数字校园系统集成，在TerraExplorerPro模块中完成，添加三维地形数据集，导入在3DSMax中创建的景观模型，经过一系列的编辑修正，最终生成用于网络发布的术．FLY文件，也形象的称之为“飞行文件”。其实现过程如图5．1所示。图5．1基于Skyline的三维数字校园系统集成发布流程图Fig．5．1flowchartof3DdigitalcampussystembasedonSkyline．37． 万方数据第五章三维数字校园系统发布与功能实现5．1．1导入地表模型在TerraExplorerProqb新建一个三维数字校园项目，导入第三章生成的校园三维地表模型，即水．MPT文件，根据需要进行投影设置(ProjectSettings)，女Nprojectdescription可设为湖南科技大学三维数字校园，飞行模型的速度限制，测Jl：llogo信息等等。导入地表模型如图5．2所示。图5．2导入TerraExplorerPro的地表模型Fig．5．2surfacemodelinTerraExplorerPro5．1．2创建信息窗口Skyline场景中所有对象都由信息窗口管理，控制其在三维视图窗口中的状态。在信息窗口中，要素信息以信息树方式呈现。通过信息窗口，用户能够快速浏览项目中包含的各个要素对象及所在分组情况，可以方便地控制三维视图窗口中显示的内容和方式，实现项目的统筹管理。三维数字校园信息窗口包括校园内各种景观要素模型，及一些特定的位置(10cation)和演示路线(route)。需要注意的是，在进行系统发布时，需将开放组(unlockgroup)景观对象状态设为锁定组(10ckgroup)。以本课题以湖南科技大学校园为研究对象，首先创建根目录湖南科技大学三维数字校园，然后按教学区和生活区分别建立对象组，主要包括建筑要素和地表要素(道路、树木、路灯、垃圾箱、公告栏等)信息。三维数字校园系统部分信息树窗口，如图5．3所示。．38． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文鞲回国湖南科技大学三蛙数字校园瘩回圆南棱区舀回国道路|；；自回国1]．eWroadl{{．，圃￡塑思成路{i回圆外语楼东路{。|¨回≤鞫白石路{i；～回国俱乐部前坪i}．．厨囱南大门东路{l。，囱圆。俱乐部南路；、{，，回国厦门瓤路li{．．回国图书馆后：一|VlI、，刊r哥rTaLR，口}凰圆图书馆后；inFh“图5．3三维数字校园信息窗口定制Fig．5．3setinformationwindowin3Ddigitalcampussystem信息窗口创建完毕后，按照信息窗中对象的分类，景观模型可以从景观模型库中导入或直接Skylined0快速建立，建立方法和过程参照第4．2．2／]、节其他建筑物快速建模。此外，当模型较多时，还可将前文生成的冰．xY件和对应的坐标文本文件在ArcGIS中生成：l=．shp文件，通过10adfeature1ayers以流方式加载，加快导入速度。其中，木．shp文件只记录了模型的坐标位置和存储路径，并未包含某个真实模型。5．1．3设置导航图Skyline导航图功能，与ArcGIS鹰眼图类似，辅助用户场景浏览，一般都是当前视野场景的二维地图。不同的是，鹰眼窗口用导航矩形框(一般是醒目的红色方框)的变化来指示用户当前所处位置。当用户移动鹰眼窗El时，地图视图会自动定位到对应位置；当地图视图发生变化时，鹰眼窗口导航矩形框做相应变化，指示用户当前所处位置，如图5．4所示。Skyline选用红色小飞机表示飞机的飞行(plane’Sflight)方向，用两条蓝色线表示相机(camera’Sview)的视野范围。如图5．5所示。需要注意的是，若导航图中选用的是带坐标的影像或图片时，可自动实现和三维窗口联动；若使用的是无坐标信息的普通图片，则需通过三个点进行校正，才‘能达到导航的目的。一39． 万方数据第五章三维数字校园系统发布与功能实现Lo：《：alib∞重n；d：i屯精，||I!洒，r图5．4ArcGIS中鹰眼图图5．5Skyline中导航图．Fig．5．4eagle-eyeinArcGISFig．5．5navigationmapinSkylineSkyline使用真实飞行器模拟三维视图的浏览视角，所以通过Skyline看到的场景，与现实世界中，通过驾驶真实飞行器看到的场景视角是完全一致的。假设存在一个对象，可将看到的三维场景显示在三维视图窗口内，Skyline：[,各这个对象定义为相机(camera)，用户可以通过鼠标或键盘操作这个相机，也可将该相机绑定到某些元素或动态飞行路线上，当相机被用户操作时，被称为飞机(plane)[n卯，如图5．6所示。图5．6Skyline定义的飞机(plane)Fig．5．6theplanedefinedbySkylineSkyline支持的导航图格式，如表5．1所示f45)。本课题使用TerraBuilder里生成的术．MPT文件作为导航底图，所以可直接与三维视图联动，通过navigationmapsettings对导航图进行设置，导航图效果如图5．7所示，表示此时在图书馆方位上。表5．1Skyline支持的导航图格式Tab．5．1navigationmapformatsupportsbySkylineDataNameSu伍XNameWindowsBitmapER—MapperJpe92000．．40．．4．bmp水．ecw4,jp2，8．j2k，4．jpc 万方数据湖南科技大学硕士学位论文ER—MapperServerGdalWebMasterServerGlobeExplorerHTCRasterfileErdasImagineMipTerrainTerraGateServerImageMPUNGAformmsNoStreamformmsArcSDERasterServerMrSidTiffFormatProjectionTextFile木．ecwp+．gif,木．ntf,4dPg，木．jp2，木．j2k，冰．jpc，木．tif：Ic．wms术．gex$．htc半．img木．mpt+．tgate木．1i．mpu+．cib，木．cadrg,*．ad唱+．bitmap,*．jpeg．木．gifj|．sde半．sid木．tif,4．itiff4．p巧5．1．4属性数据管理图5．7导航图效果Fig．5．7effectfigureofnavigmionmap在本课题研究过程中，三维数字校园系统属性信息主要涉及两种，一种是景观地物属性信息，以建筑物为主，另一种是师生属性信息，供后期查询使用。．41— 万方数据第五章三维数字校园系统发布与功能实现Skyliner扣属性信息的表达可以通过鼠标单击模型对象来实现，共有文本(text)、网页／图像(HTML／Image)、文件(File)、脚本程序(Script)、和链接(Links)五种表现方式。对景观地物信息而言，属性信息用文本(text)表达，以湖南科技大学建筑与城乡规划学院办公楼为例，首先为该建筑模型添加属性信息，将CreateMessage类型设为文本，在Text属性框里面添加该模型的文字属性信息，该方法实现较为简单，如图5．8所示。图5．8建筑物模型文本属性查询结果Fig．5．8queryresultofarchitecturemodeltextattributes对于师生属性信息而言，本课题选用关系数据库SQLServer来管理，学生属性信息表、教师属性信息表、宿舍属性信息表和教室属性信息表，和宿舍安排信息查询做准备。5．1．5生成“飞行文件”建立了为教室加载三维地表模型水．MPT及其各种景观模型：l=．X后，在TerraExplorerPro中进行必要处理和编辑，真实反应现实校园的三维场景，打包(BuildTerraExplorerviewerkit)存储，生成一个冰．FLY文件，供后期网络发布使用。水．FLY文件实质上是一个压缩的二进制文件，类似于ArcGIS的*．mxd，存储了区域的三维地形信息，并没有存储地形数据，对于导入地表场景的各种对象信息，包括二维和三维的，也只记录了它们的绝对路径和文件名，并没有包含真实对象。可以在本地由TerraExplorerpro或TerraExplorerViewer打开，也可以通过IIS进行网络发布，供客户端打开。 万方数据湖南科技大学硕士学位论文5．2系统发布三维数字校园系统发布包括两个部分，其中三维地表数据集使用TerraGate发布，包含了二维和三维模型的“。飞行文件"使用IIS发布。IIS是InternetInformationServer的简称，是微软发布的服务器软件，包括了Web服务器、FTP服务器、SMTP服务器和NNTP服务器，分别用于网页浏览、新闻服务、文件传输和邮件发送方面【。s]。TerraGate是一种强大的网络数据服务器，在处理海量3D数据方面具有无可比拟的优越性。采用TCP／IP协议，与防火墙和代理服务器共同工作，充分利用多处理器服务器的硬件优势，有效处理大量数据集，可发布地表数据集大小只受磁盘媒质的限制。下面就三维地表模型数据和三维景观模型数据的发布进行详细阐述，主要包括以下几个方面：1．配置TerraGate。在系统已安装TerraGate和IIS的前提下，通过Manager对TerraGate进行配置，开启服务。在General中设置其IP地址和端口号，要保证端口号空闲，若端口号存在冲突可能会造成数据发布失败，本课题中使用81，在TerrainDatabaseDirectories中设置水．MPT文件所在路径，同样的方式设置Collaboration的IP地址和端口号，启动服务后，如图5．9所示。EileSettingsjHelptaain妞妇宴簖m燕e4n蛳稼“女龇鲰V。囊；誊_。．=≤I==j：{⋯。‘‘1”‘”4紫“⋯。⋯。“⋯⋯“⋯Ⅸ、。*??一“：L■二三翮刺剿Sjrviee：N袖e{1毒tatu鲁Last^lessage②Ter≯舔a矗RunningTheservicewasstarted_7《》cjU曲孵舭蜘n。誊囊墨煎螭鲢“曩-，，。Th善Servi￡ew毫sst矗Pt电a，图5．9启动TerraGate服务Fig．5．9startuptheTerraGateservice2．配置IIS。启动IISfl艮务，为水．FLY文件设置虚拟目录，指向将要进行网络发布的：l：．FLY文件路径，本课题存放路径为：D：＼skyline＼hnust。3．修改待发布飞行文件路径格式。运行TerraExplorerPro，打开需要进行网络发布的术．FLY文件，在Project参数中将TerrainData的路径修改为网络调用格式，具体表示为：MPT文件名@IPYt旦士1k：端口号，例?女Hhnust．MPT@192．168．1．3：81，并进行保存。．．43．． 万方数据第五章三维数字校园系统发布与功能实现4．打包场景。通过TerraExplorerPro的“BuildTerraExplorerViewerKit”生成用于网络发布的飞行文件，其中Kit路径为虚拟路径所指目录，需要选择“CreatefortheInternet”格式，Targetqb设置服务器虚拟目录的名称，设置成功后打包，生成术．FLY文件。5．网络调用。在TerraExplorerPro中打开场景对话框中输入：“http：／／ip／虚拟目录／FLY文件名”，完成网络发布界面。如图5．10所示。图5．10系统网络发布图Fig．5．10publishthesystemtotheweb5．3系统功能设计与测试为使该三维数字校园系统更加符合实际需要，特在系统基础上进行功能扩展和设计。本文采用COM组建技术，通过调用TerraExplorerAPI接口在网页中进行系统开发。使该系统除了具有常规校园三维场景放大、缩小、漫游功能，校园景观对象属性查询功能，实地距离测量等功能外，还设计了教室和宿舍信息查询，网上预定教室，以及校园通知定位发布。主要用到Skyline提供的三个控件，分别是TE3DWindow，用于显示和编辑三维场景，是整个系统的灵魂；TEInformationWindow对象信息管理工具，实现对各种对象的添加、删除、修改属性信息等操作；TENavigationMap是一个二维地图窗口，能够实现二三维窗口的联动。通过C撑进行系统功能定制思路如下：首先，定义TerraExplorer的三个对象，即TerraExplorer3DWindow(__三维浏览．．44．． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文窗口)、TerraExplorerInformationWindow(信息窗口)矛NTerraExplorerNavigationMap(导航窗口)。然后，声明变量。为在开发过程中需要使用的接口声明变量，变量名称在遵循C薛标识符命名规则的前提下，以易识易懂为原则。再然后，给各个变量分配接口。ITerraExplorer=TE．interface(”ITerraExplorer5”)；IlnformationTree=TE．interface(”IInformationTree5”)；IRender=TE．interface(”IRender5”)；接着，调用接口方法，读取属性值或者设置属性值。由于代码较长，只选择其中一例进行说明，如通过调用IlnformationTree接口的LoadFlyLayerEx方法来加载术．FLY文件。．IInformationTree．LoadFlyLayerEx(”冰：＼＼．．＼＼木．fly”)；最后，编写相应函数实现系统功能。5．3．1教室宿舍信息定位查询在该三维数字校园系统中，师生属性信息使用关系数据库进行存储和管理，通过脚本语言实现数据库的查询访问。根据本系统所要实现的预定功能，建立了学生属性信息表、教师属性信息表、宿舍属性信息表和教室属性信息表。三维数字校园系统属性数据库可以选择MySQL、SQLServer或者Oracle，本文选择的是SQLServer数据库。用ADO方法来连接三维数字校园系统和属性数据库，根据对象ID进行属性查询返回结果并显示。5．3．2查询结果手机发送功能由于该功能的实现涉及联通和移动的短信发送协议分别为SGIP(中国联合通信公司短消息网关系统接口)协议和CMPP协议，SMG体系结构如图5．11所示。实现思想为，首先从三维数字校园数据库中提取用户查询结果，然后通过SGIP或CMPP协议，利用联通或移动第三方服务器，转而发送到用户手机。由于SGIP体系结构较为复杂，且与Skyline平台无关，故在设计过程中添加了该功能，但限于时间关系在本课题中没有对其进行实现。．．45．． 万方数据第五章三维数字校园系统发布与功能实现5．3．3校园通知定位发布图5．1lSMG体系结构Fig．5．1lSMGarchitecture该功能的实现主要使用TextLabel，在TextLabelProperties中可以设置字体颜色，大小以及其他表现形式，在textlabel框中输入需要表达的通知内容，其效果如图5．12所示。通过该方法加载的校园通知使用了公告牌技术，无论使用者如何移动视线或位置，通知内容总是正面面向使用者。图5．12定位发布通知效果图Fig．5．12fixingnoticeeffectfigure．．46．． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文5．3．4网上预定教室根据湖南科技大学教室管理现状，每次预定教室都要到实地去“占座”，特设计网上预定教室功能，方便广大师生开展除基础教学以外的各种活动。该功能的实现思想为，通过SkylineImageLabel在三维场景中添加透明图片，可使用已经处理好的术．gif格式图片，并定位到教室的两侧，根据教室的实际分布情况，对图片进行分割，每一块代表一个教室，并根据现实中教室门牌号对其进行编号，使之与现实世界完全对应。所有教室默认为空闲，当教室为空闲时，图片为透明格式，当响应用户预定教室命令时，透明图片更改为一张带有占座标志的图片，该图片为在PS中处理得到的*jpg格式，并通过TextLabel，显示占用教室的相关信息，如占用人，占用时间，占用用途等。．．47．． 万方数据第六章结论与展望6．1结论在充分学习三维数字校园系统构建与发布相关技术基础上，利用SkylineTerraSuit软件，分析了建立和发布三维数字校园系统的过程与方法。主要成果包括以下几点：1．通过学习三维数字校园建设相关技术，得出了构建三维数字校园系统的思路和方法，为三维数字校园系统实现提供技术支撑。2．通过研究三维空间数据获取、处理、存储、传输，建模和可视化技术的学习，得出了三维空间数据的获取和处理方法’，为三维数字校园系统实现提供数据支撑。3．使用TerraBuilder，加载影像数据和数字高程模型，建立了三维地形场景，生成了木．MPT文件；使用TerraExplorerPro，结合3DSMax精细建模软件，完成了校园景观建模。实现了三维场景中自动“铺路”功能，代替传统“画路”方式，提高了效率。4．完成了三维地形场景和校园景观集成，并分别用TerraGate汞lIIS对三维场景数据集和三维景观数据集进行了发布，客户端只要安装了TerraExplorer就可以进行在线浏览。该系统不除放大，缩小，全图，飞行等常规功能外，还实现了宿舍和教室安排信息定位查询，校园通知定位发布和网上预定教室功能。5．为用户全方位了解湖南科技大学提供了途径，使用三维数字校园系统为在校师生提供便捷服务，体现以人为本的核心思想。6．2展望本课题研究并设计了基于Skyline的湖南科技大学三维数字校园系统，构建了三维地形场景模型和三维景观模型，并实现了三维数字校园网络发布，在该基础上设计了学生宿舍和教室信息定位查询，实现了网上预定教室和校园信息定位发布功能，由于三维数字校园系统涉及方面较多，在功能设计方面仍存在较大的扩充空间。本文的不足及需要进行更深入研究的部分，主要包括以下三个方面：．．48．． 万方数据湖南科技大学硕士学位论文1．基于Skyline的三维数字校园系统仅考虑了校园的三维空间全景展示，尚未考虑第四维，即时间维，增加时间概念将是今后研究的一个方向，如通过“模拟造房”，模拟校园未来的规划布局。2．基于Skyline软件构建的三维数字校园系统，虽在地形和景观建模及发布的基础上，增加了非模型对象属性查询功能，但在属性数据建库方面，仍需进一步研究，以提高系统决策支持功能。3．随着手机的普及，网络技术的发展，及选用手机上网人数的增加，怎样通过手机浏览三维数字校园系统，开发设计三维数字校园手机客户端，将是系统下一步又一研究要点。．．49．． 万方数据参考文献[1]孙：I!红．数字地球综述[J】．无线通讯技术，2002，28(2)：60-62．[21+$ff，赵长胜，孙建文．数字校园三维建模与仿真的实现与设计[J】灏0绘通报，2004(9)：43·46．[3]胡建余．美国加利福尼亚虚拟校园全面提供在线课程目录服务【J】．世界教育信息，2001(05)：32-33．[4】强9酮‘．瑞=|-正式启动《瑞=IJ虚拟校园计划》[J1．世界教育信息，2000(05)：13-16．【5】孙丰垒，兰志强．网络地图的特点及存在问题分析[J】．地矿测绘，2009，25(04)：38-40．[6]15可拉丁．三维地图应用提供便捷新生活【J】．通讯世界，2009(17)：49．[7】广州都市圈科技有限公司．有了都市圈生活好方便[EB／OL]．hRp：Hwww．O．ca，2009．11．[8]杨武年，濮国梁．数字成都理工大学校园空间信息系统的构建与实现【J】．成都理工大学学报(自然科学版)，2005，32(01)：101-106．[9]徐峰，陈敏智．虚拟校园三维仿真系统的设计及实现[J】．浙江工业大学学报，2007，35(02)：155—158．[10】李芳，肖洪．三维数字校园的设计与实现[J】．系统仿真技术，2010，06(01)：71—75．[11】武宜广，胡召玲．徐州师范大学三维虚拟校园设计与实9q[J]．徐州师范大学学报(自然科学版)，2010，28(01)：75-78[12】周怡，陈鹏．同济大学三维数字校园属性数据采集与建库[-T】福建电脑，2008(09)：114-115．[13】龚建华．关于数字城市的几点理论思考[EB／OL]．http：／／www．sci_c：hi．。net／shownews．asp?id=2016，2010．[14]梁军，何建邦．数字城市建设的核心问题[J】．地球信息科学，2002(01)：21-26．[15】李学宝，叶玲玲．基于webGIS的数字校园系统的设计与实现[J】．计算机时代，2006(01)：36-40．[16】中网地理信息网．三维地理信息系统技术综述[EB／OL]．http：／／fazhan．sbsm．gov．cn／article／／wxzy／200809／20080900041035．shtml，2008．09．[17】朱庆．三维地理信息系统综述[EB／OLI．http：／／wenku．baidu．com／view／198a5a10f18583d0496459bb．html，2011．03．【18】李明峰，朱振宇．基于MapX的校园地理信息系统[J】．南京工业大学学报，2007，29(01)：103．106．[19】诸敏秋，窦炜．南京市DEM构建及其在城市规划中的应用阴．城市勘测，2009(01)：76．79．[20】李清泉，杨必胜．三维空间数据的实时获取(建模与可视化)[M]．武汉：武汉大学出版社，2003．12．[21]徐青．地形可视化[M】．北京：测绘出版社，2000．[22】安洁玉，程朋根，丁斌芬．基于GoogleEarth二维影像获取建筑物高度的方法[J】地理与地理信息科学，2010，26(06)：3卜37．[23]数字中国编辑．机载激光测量技术[EB／OL]．http：／／www．china001．corn／show_hdr．php?xname=PPDDMV0&dname=RAPRV31&xpos--97，2008．03．[24】中国地质大学．数字测图第6章测图成果三维可视化[EB／OL]．http：／／read．cucdc．com／cw／72445／l38703．html，2006．03．[25]孙敏，陈军．3维城市模型的数据获取方法评述[J】．测绘通报，2000(11)：4·6．．50． 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万方数据致谢时光荏苒，日月如梭，经过大量的文献阅读、反复的思考验证，枯燥的程序开发，当在键盘上敲下论文的最后一个标点，三年的求学生涯也即将划上句号。在即将毕业之际．谨向所有关心过、帮助过、支持过和鼓励过我的师长、同学、亲人和朋友们致以我最真挚的谢意和最衷心的祝福!首先，我要诚挚地感谢我的恩师李朝奎教授三年来对我的悉心指导。恩师李朝奎教授治学严谨、学识渊博、思路开阔。为人谦虚认真、和蔼可亲，不仅关心学生们的学习情况，还主动为我们解决生活上的困难。恩师忘我的工作作风和兢兢业业的敬业精神，将使我终生受益。感谢林剑教授、全斌教授、韩用顺教授、王芳老师、张金平老师三年来在学业上对我的指导和帮助。感谢东方道尔公司地理信息技术支持部刘老师的耐心指导，解惑答疑，帮助我顺利完成课题研究。感谢研究生办邝启云老师及时发布校方论文进展要求信息，我们能够按时提交论文与您的辛勤工作密不可分!感谢上一届的学长学姐在论文写作上为我提供的帮助，他们是赵会兵学长，陈良学姐，鲍振洪学姐，郑栓宁老师。感谢研究生活动室地图学与地理信息系统专业的同学们，他们是王利东，张多才，杨刚，李吟，黄贺琴，钟迎春，马风霞，陈进良，感谢你们在学习上的大力帮助和在生活上的热心照顾。感谢陪我走过七年的小狐狸同学(赵会芳)，爱娟小朋友，小岚，思美，李乐和杨驰，四年大学，三年研究生，感谢你们七年里对我的包容和帮助，感谓j．你们给予我的同窗隋谊，在此也表达我对你们美好的祝愿，祝你们工作顺利，事业有成!最后，深深感谢我最亲爱的父母，是你们的爱使我在人生的道路上充满信心和勇气，是你们的无私奉献和鼎力支持，让我在多年的学业的高峰上越攀越高。当你们的女儿学业有成的时候，岁月已经染白了你们的双鬓，再多的言语不足以感谢你们的养育之恩，唯有拿更好的成绩来使你们欣慰。．52．路立娟2011年3月20日 万方数据湖南科技大学硕士学位论文附录A：读研期间参与项目、发表论文及取得成绩参与项目：[112008年—2009年参与全国第二次土地调查汉寿县城镇地籍调查部分，主要负责外业权属调查工作．f212009年参与汉寿县城镇地籍调查内业处理，主要负责地籍调查表完善工作．[312009年～2010年申报并完成校研究生创新基金基于南方Cass的宗地图批量打印技术，在此基础上参加学术会议两次，获全国性奖励一次，以第一作者公开发表论文一篇．『412010年参与((GIS专业英语》翻译与校对工作．『512010年参与汉寿县土地利用现状图及分幅图制作．发表论文：[1]路立娟，李朝奎，张爱娟．基于南方Cass的宗地图批量打印技术研究[J]．测绘科学，2010(6)．(收录)[2]李朝奎，刘文斌，路立娟．一种修改建筑物底部DEM和DLG的实用方法[J]湖0绘工程，2010，19(6)：4-8．[3]张爱娟，李朝奎，路立娟．城镇地籍数据建库技术研究～以汉寿县城镇地籍数据建库为例[J]．测绘与空间地理信息，2011(5)．(收录)取得成绩：【112010年9月城镇地籍调查及数据建库关键技术开发与应用获湖南省科技进步三等奖．[2]2010年9月获第五届全国大地测量与空间信息研究生学术论坛优秀论文奖．[3]2010年11月获湖南科技大学研究生校长奖．[412010年9月获湖南科技大学第六届研究生“唯实·创新”学术论坛优秀论文．[512009年5月获湖南科技大学首届研究生校园文化艺术节之“唯实惟新”征文赛一等奖．[612010年10月获湖南科技大学优秀研究生干部．[712011年3月获湖南科技大学优秀毕业研究生．．53—