數字農大在校園建設管理中的實現與應用*

張輔霞 王建雄

0 引言

“數字農大”可以說是“數字校園”“數字城市”的一個實驗,隨著中國“數字城市”的提出,“數字城市”的基礎研究和探討成為學術界的熱點。“數字校園”是“數字城市”的重要組成部分,“數字農大”作為作者對“數字校園”的一項起步研究,力求對開展虛擬校園三維可視化系統及相關課題的研究進行基礎性的探討,以此適應信息社會發展的需要。

1 平臺建設

筆者以云南農業大學為試點,利用虛擬校園三維可視化系統作為信息時代空間信息的基本管理模式,利用數字攝影測量技術,通過對航空相片進行三維測量而建立了云南農業大學東校區校園地理信息系統和三維仿真系統的開發,探討了虛擬現實技術的虛擬校園三維可視化技術在校園建設管理中的實現和應用研究。

“數字農大”成果類似于通常所見的三維立體畫,具有立體顯示、瀏覽和查詢功能。項目數據完全來源于四張航空相片(兩組相對),借助于計算機對相對進行內定向、相對定向和絕對定向,比較相對的灰度,按照建立的核線進行匹配,從而建立空間立體的感覺,并以此為根據進行三維量測,建立包括所有重要建筑在內的云南農業大學東校區三維立體圖像,它的組成為6個部分:DTM(數字地面模型)、DEM(數字高程模型)、地表紋理、建筑、建筑查詢信息、樹及路燈。各項數據分層設置,有利于地面信息的實時更新,在地物或地貌發生變化時,只需要修改地表紋理和相應的建筑物即可,不必作全局的改動,而且在完成面積較大區域的模型時可對已完成的各個部分進行拼接,使之成為一個整體。

2 系統實現

本次研究的原始數據為2003年1∶2 000航測影像。原始數據經過云南農業大學水利水電與建筑學院遙感與信息實驗室全數字攝影測量系統加工后生成了dem和dom。這兩個數據作為校園建筑的原始依據。

研究完成校園(東校區)所有房屋建筑建模、文檔屬性掛接,主要雕塑和特色大門制作、園林制作(草、花、亭子)、路面修飾和細部制作及修飾(路燈、指示牌、健身器材等)。

以上內容包括復雜模型的建立和紋理的修飾粘貼都直接在系統里面快速實現,重建的三維場景效果逼真;同時系統平臺還可以對細部進行完美地修飾,例如:

1)道路路面修飾;校內綠化、行道樹按樹種大類制作,并控制樹木與建筑物的高度比例;

2)建筑物外部的臺階、平臺等都比較明顯;突出校園圍墻;顯示校園明顯的地面起伏;

3)建筑物外觀與實際情況匹配;主要平房區按區顯示;屋頂區分為平頂和瓦頂。

系統有多個數據接口,能接受不同來源的數據格式,并對這些格式進行編輯、轉換和綜合利用;能方便的在二維圖形和三維模型之間相互操作,并為圖形和模型提供強大的屬性庫管理,能快速地進行可視化查詢及分析。快速的整體建模功能大量減輕了其他同類軟件建模的工作量。最終結果是利用校園網進行網上發布,“數字農大”在校園建設管理中都得到了很好的體現。

“數字農大”前期數據來源只有一張正射影像和繪制的校園數字線化圖。具體的工作如下:

1)首先將CAD的數字線化圖倒入imagis,并構建dem。

2)將航片對應好已有的線化圖,在dem上。

3)以數字線化圖為基礎,構建建筑物的立體模型,并進行分層,建立屬性數據庫。

4)對三維模型進行紋理編輯。

5)將最后的成果發布到網上。

3 系統應用

利用校園景觀的仿真及3D-GIS技術,從校園所處環境入手,分析其地域環境和用地環境對其平面關系、空間結構、環境形態、城市設計技術條件等內容的影響因子。以空間形態的動態模擬為聯系和支撐,深入校園內部了解校園形態及其他環境構成要素,最終實現校園、街道和建筑空間形態的數字可視化分析。

3.1 校園空間形態的仿真分析

1)校園環境分析;

2)校園結構分析;

3)校園邊沿分析;

4)校園標志分析;

5)校園美學分析。

3.2 街道及建筑空間形態的動態模擬分析

1)平面構成分析;

2)空間構成分析;

3)時空變化的3S動態模擬分析。

3.3 校園更新中的傳統管理手段與數字可視化技術比較

1)傳統管理手法分析;

2)數字可視化技術的應用分析。

通過校園數字化的信息服務、應用軟件的建設,從數據采集與處理、數據入庫到應用的完整技術體系,組建流域聚落影像庫,進行聚落平面構成、結構等一系列基礎數據分析。利用現代技術模擬聚落的“多維集約空間”,比較空間形態的構成關系,結合三維可視化技術(visual reality)與虛擬現實技術(virtual reality),完全再現管理環境下的真實情況,把所有管理對象都置于一個真實的三維世界中,真正做到了管理意義上的“所見即所得”。這樣結合運用,能使“數字農大”成果更具備研究與運用價值,在方法、手段上全面探討傳統管理手段與數字可視化技術的結合。

4 結語

“數字城市”正在成為全球學術界關心的熱點。如何解決數字時代這一信息表現的關鍵技術和推廣應用,一直是空間信息化建設的難點。為此,以云南農業大學為試點,對實現空間信息的數字可視化系統進行研究與探討,不僅具有深遠的學術價值,也是國家信息化建設的高技術難題,具有廣闊的應用價值和前景,而此成果也為真三維可視化技術的研究提供模型。

[1] 徐 峰,陳敏智.虛擬校園三維仿真系統的設計與實現[J].浙江工業大學學報,2007,35(2):155-158.