基于局域網(wǎng)內(nèi)的校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)建

許樂(lè)清

（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315800）

地理信息系統(tǒng)的研究，是目前追蹤的熱點(diǎn)問(wèn)題，研發(fā)高效的地理信息系統(tǒng)原型，并開(kāi)發(fā)應(yīng)用于環(huán)境、農(nóng)林、地質(zhì)、市政管理與規(guī)劃等各行各業(yè)的產(chǎn)品，技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段上趕超國(guó)際先進(jìn)水平，是擺在我們面前的一項(xiàng)迫切的任務(wù)。校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)，是結(jié)合高等院校的"數(shù)字校園"工程，對(duì)3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式及所需要理論支持作適當(dāng)?shù)姆治?。本論文結(jié)合具體應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，對(duì)校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)建時(shí)行分析，在三維地理信息系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面具有參考價(jià)值。

導(dǎo)覽，顧名思義簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是導(dǎo)航加瀏覽，導(dǎo)覽系統(tǒng)就是結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息技術(shù)利用衛(wèi)星GPS系統(tǒng)、現(xiàn)成的監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通的無(wú)線定位技術(shù)、移動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)到達(dá)某個(gè)3D坐標(biāo)（比如某建筑的某層）的行進(jìn)方式進(jìn)行指引，在指引的過(guò)程中不但要做到對(duì)行進(jìn)路線的規(guī)劃和指示行進(jìn)方式以外，還要對(duì)目標(biāo)功能做出細(xì)化，在合理的范圍內(nèi)作出更方便快捷合適的行進(jìn)方式。3D導(dǎo)覽技術(shù)是一個(gè)比較新的地理科技與信息科技的結(jié)合，應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)突破了以往的二維數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用層面能夠收集并處理海量的信息，并且構(gòu)建三維的模擬數(shù)據(jù)空間，而利用衛(wèi)星GPS技術(shù)或者利用現(xiàn)成的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合信息系統(tǒng)的技術(shù)，使得導(dǎo)覽系統(tǒng)比以往的導(dǎo)航系統(tǒng)更加方便更加快捷也更加智能化更加貼近使用者。

高等院校校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的研究就是對(duì)局域內(nèi)3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的一次技術(shù)性的嘗試，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)旨在結(jié)合校園原有獨(dú)立信息管理系統(tǒng)，如校園監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)和移動(dòng)信息定位系統(tǒng)，對(duì)某同學(xué)、某教師在教室里做一個(gè)監(jiān)控以掌控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、也掌控教師的授課情況，小到可以讓學(xué)生家長(zhǎng)、其他教師和其他同學(xué)可以了解到相應(yīng)的情況，大到可以引導(dǎo)在校人員在突發(fā)情況下的導(dǎo)航到達(dá)安全區(qū)域、制作教師實(shí)時(shí)課件以方便學(xué)生學(xué)習(xí)。中國(guó)的學(xué)生家長(zhǎng)和學(xué)校之間總是有一個(gè)教育學(xué)生是否簡(jiǎn)單的只能依靠學(xué)校來(lái)進(jìn)行的矛盾存在，而中國(guó)的大學(xué)生家長(zhǎng)和在大學(xué)讀書的孩子之間也總是有一個(gè)孩子已經(jīng)讀大學(xué)了是否有必要經(jīng)常去了解孩子的在校情況的矛盾，中國(guó)的大學(xué)生和大學(xué)老師之間也有一個(gè)教師認(rèn)為要教授給學(xué)生的知識(shí)是否為學(xué)生所需要的矛盾存在，寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院的這次校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的有別于其他地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用性研究期待能夠?qū)@3個(gè)矛盾獲得一個(gè)技術(shù)層面的研究和突破。

1 校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原則

校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則包括如下內(nèi)容：

1.1 公開(kāi)性：針對(duì)大眾信息尤其是公開(kāi)場(chǎng)合下的信息必須全面公開(kāi)，一個(gè)耗資巨大，科研人員眾多的系統(tǒng)要盡一切可能的為群眾服務(wù)，如果只是服務(wù)少部分人那就得不償失；

1.2 便利性：高等院校校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)畢竟是一個(gè)為學(xué)生、家長(zhǎng)、教師三方為主體的服務(wù)性系統(tǒng)，因此受眾廣泛必須考慮到便利性，要做到所見(jiàn)即所得的操作方式

1.3 開(kāi)放性：基于WEBGIS平臺(tái)的校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的技術(shù)從原理和具體技術(shù)對(duì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)而言是一次重大的考驗(yàn)，不是某個(gè)人獨(dú)立可以完成的，可以說(shuō)它是群策群力的產(chǎn)物。

1.4 可擴(kuò)展性:此系統(tǒng)本身的理論本身就是比較高端新穎的多種技術(shù)混合產(chǎn)物，從長(zhǎng)期發(fā)展的眼光來(lái)看這個(gè)系統(tǒng)可以開(kāi)發(fā)研究的部分還有很多很多，可擴(kuò)展性強(qiáng)的話新的技術(shù)就便于和本系統(tǒng)銜接。從數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的角度考慮具體行為是數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)留備用數(shù)據(jù)表，為數(shù)據(jù)表預(yù)留備用字段。

1.5 安全性：一個(gè)系統(tǒng)做出來(lái)安全性是毋庸贅言的，包括系統(tǒng)安全與信息安全。

2 校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的功能分析

校園3D導(dǎo)覽功能主要分為3個(gè)部分：

2.1 導(dǎo)航功能

主要對(duì)應(yīng)校園新生報(bào)到，外部訪客，可在系統(tǒng)中按路名、樓號(hào)、熱點(diǎn)名等進(jìn)行查詢、導(dǎo)航，并以三維校園模型形式進(jìn)行模擬瀏覽。

2.2 校內(nèi)影像查看、錄制功能

要求采用遠(yuǎn)程課件錄制系統(tǒng)，只需在WEB客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻觀看和錄制；網(wǎng)絡(luò)傳輸可以通過(guò)校內(nèi)局域網(wǎng)傳輸；帶云臺(tái)控制攝像機(jī)要求能夠控制攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和鏡頭的拉伸，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位多角度的查看、錄制。

WEB客戶端可以隨時(shí)訪問(wèn)有授權(quán)的任意前端視頻、音頻信息。 WEB用戶分級(jí)為:教務(wù)處可以為教師錄制課件；班主任可以查看班級(jí)學(xué)生上課情況；獲得授權(quán)的家長(zhǎng)也可以查看獲得授權(quán)的某堂課的情況，鑒于學(xué)生家長(zhǎng)無(wú)法利用校園網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)外網(wǎng)速度不高，家長(zhǎng)本身專業(yè)性也不強(qiáng)、工作繁忙等原因每次查看限制時(shí)效為1分鐘；全面配合獲得授權(quán)的國(guó)家公權(quán)力機(jī)關(guān)按照相關(guān)法律、法規(guī)流程查看任意時(shí)間段影像。

攝錄范圍包括：教學(xué)樓內(nèi)、圖書館內(nèi)、操場(chǎng)、學(xué)院內(nèi)道路等公開(kāi)場(chǎng)所。也僅僅限制為公開(kāi)場(chǎng)所，任何涉及隱私和安全的場(chǎng)所不得安置。

2.3 定位功能

利用地理信息3D數(shù)據(jù)模型構(gòu)建學(xué)院的坐標(biāo)體系解釋系統(tǒng)（坐標(biāo)仍然采用經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)值，高度采用海拔數(shù)據(jù)，學(xué)院的平均海拔為2米左右）。

定位系統(tǒng)：戶外采用GPS定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航、了解人員在戶外的所處位置；戶內(nèi)采用一卡通集合的無(wú)線射頻定位技術(shù)，以掌握教師和學(xué)生在那個(gè)教室。要求精確定位在某個(gè)建筑的某個(gè)單位內(nèi)。

定位模塊要求能夠根據(jù)定位功能和學(xué)院影像查看、攝錄系統(tǒng)連接根據(jù)定位信息對(duì)課堂情況進(jìn)行錄制、回放功能，定位系統(tǒng)對(duì)到達(dá)某個(gè)3D坐標(biāo)（比如某建筑的某層）的行進(jìn)方式進(jìn)行指引，在指引的過(guò)程中不但要做到對(duì)行進(jìn)路線的規(guī)劃和指示行進(jìn)方式以外，還要對(duì)目標(biāo)功能做出細(xì)化，在合理的范圍內(nèi)作出更方便快捷合適的行進(jìn)方式。比如在任意校園一卡通的觸點(diǎn)及時(shí)查詢某教師的選修課是否還有空位，某個(gè)圖書館的功能自習(xí)教室以及某個(gè)機(jī)房更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)目的，該自習(xí)教室以及機(jī)房是否還有空位。

2.4 WEB界面：

現(xiàn)在利用HTTP技術(shù)做校園的3D導(dǎo)覽已經(jīng)成為主流，而且操作的方便性也很高，利用INTERNET技術(shù)將校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)構(gòu)建在服務(wù)器上是一種比較好的方式。

3 校園3D導(dǎo)覽系統(tǒng)的模型實(shí)現(xiàn)

校園3D導(dǎo)覽中的三維模型主要分為兩種。

3.1 虛擬的三維場(chǎng)景

一般應(yīng)用在針對(duì)固定物體從外部觀察物體的內(nèi)部建構(gòu)，結(jié)合某點(diǎn)的坐標(biāo)可以知道某物體或者某人在校園的某處，這個(gè)是物體式的虛擬場(chǎng)景，又成為幾何式虛擬場(chǎng)景比如設(shè)備在校園的某處移動(dòng)。這種虛擬場(chǎng)景采用的技術(shù)手段有3DMAX虛擬實(shí)際境況，由于都是3D模型構(gòu)建的具有較高的互動(dòng)性；還有一種是視頻影像式的，是實(shí)拍的多角度圖片利用pix marker等軟件做成校園各建筑、景觀的360°無(wú)接縫圖片，它是將已經(jīng)存在的物體、場(chǎng)景來(lái)構(gòu)建的所謂虛擬場(chǎng)景。

3.2 實(shí)時(shí)的三維場(chǎng)景。

一般應(yīng)用在實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)效范圍內(nèi)對(duì)某場(chǎng)景的重現(xiàn)，比如查詢道路上人流、馬路上的車流、學(xué)生對(duì)某次課的課后再次聽(tīng)講、查詢某次突發(fā)事件是如何發(fā)生的。

[1]張振興.支持網(wǎng)頁(yè)瀏覽的局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)巡視系統(tǒng)[D].大連理工大學(xué)，2007-12-18.