三維可視化圖書館導覽的實現方法研究

摘 要：本文對3D GIS進行了研究，提出了使用3DMax軟件進行建模和ArcScene軟件進行三維場景的制作，并生成圖書館動畫的方法，實現了三維可視化圖書館的真實導覽效果，生動、形象、立體地展示了圖書館，同時也為3D數字校園的建設提供了可借鑒的方法。

關鍵詞：三維可視化；圖書館導覽；3D建模；GIS

引言

在科技飛速發展的今天，三維可視化[1]是計算機技術和信息技術發展的一個熱門研究方向。三維可視化使人首先通過視覺效果來對外界信息進行直觀獲取。而地理信息系統即GIS，作為性能強大、涉及領域廣泛的一種新型信息系統必然要引入到三維可視化技術中，才能夠充分滿足人們的需求。

圖書館，是一個公益性、專業化、面向全校師生的公共藝術空間和展覽場館，是每所學校，尤其是大學校園里不可或缺的場所。以往學生是通過傳統的網頁看到有關圖書館的文字、圖片介紹，看不到圖書館的內部環境、具體功能區和實際藏書情況。因此，構建三維可視化的圖書館能夠向讀者提供自動導覽系統，可以更加直觀和深刻的展示圖書館的各個細節，能夠豐富用戶的視覺和聽覺刺激，可以給學生和教師提供全方位的圖書館瀏覽體驗，實現在網上對圖書館的交互瀏覽，使那些沒機會實地參觀的人獲得身臨其境的感覺，符合數字化的發展需求。

本文提出使用3D Max建模生成三維立體圖書館，并結合GIS技術和視頻制作技術，形成動態的圖書館自動導覽系統，給用戶提供便捷的操作和真實的體驗感受。

1 關鍵技術

1.1 3D Max建模技術

3D Max[2]是Autodesk公司開發的基于PC系統的集造型、渲染和制作動畫于一身的三維制作軟件。3D Max的制作流程簡潔高效，上手容易，有利于初學者學習。3D Max不僅可以建三維室內、室外模型，設置場景，建筑材質設計，還可以進行場景動畫設置，運動路徑設置，計算動畫長度，創建攝像機并調節動畫。3D Max可以為模型表面賦予貼圖、材質，其模擬的自然界，可以做到真實、自然。同時還支持CAD、SketchUp等文件的導入，可以導出3D模型、2D平面圖和AVI格式的動畫。

1.2 ArcScene技術

ArcScene[3]是美國ESRI公司開發的ArcGIS軟件桌面系統3D分析擴展模塊中的核心應用，ArcGIS提供的3D可視化環境，是一個適合于展示三維透視場景的平臺，可以在三維場景中漫游并與三維矢量與柵格數據進行交互，適用于數據量比較小的場景3D分析顯示。ArcScene可以更加高效的管理三維GIS數據、進行三維分析、編輯三維要素、創建三維圖層以及把二維數據生成三維要素。

2 三維可視化圖書館導覽的設計流程

使用3D Max軟件和ArcScene軟件建立三維可視化圖書館的導覽，首先要進行基礎數據采集，然后將處理好的平面圖導入到3D Max軟件中對圖書館進行三維建模，同時根據采集的數據利用GIS軟件繪制圖書館的平面地圖，將平面地圖和三維模型均導入ArcScene軟件中，并最終對圖書館整體和主要功能區生成三維立體動畫，以展示圖書館，對圖書館做導覽。其流程圖如圖1所示。

3 三維可視化圖書館導覽的設計過程

3.1 圖書館的三維建模

圖書館的建模是依據圖書館本身的AutoCAD平面圖進行的，為了方便在3D Max中的建模，首先要將AutoCAD文件進行整理和優化，盡量刪除與建模無關的內容如文字、標注、填充圖案和多余的線型等，刪除完成后將CAD文件清理干凈，再導入3D Max場景中，以加快計算機的運行速度[4]。

在啟動3D Max后，先將系統單位設置為“毫米”，這樣保證了導入3D Max中的CAD圖與原CAD中的圖比例為1：1，這樣可以在由平面生成立體時，保證高度按實際尺寸進行拉伸，避免模型出現變形扭曲情況。然后將整理好的AutoCAD圖導入后，使用“線”工具進行建筑輪廓的繪制，并以此來生成墻體輪廓，然后再按順序制作出門、窗等部分，并不斷完善細化每個細節，同時完成對圖書館內部的構造進行建模。在經過細節的調整之后，對模型初步進行紋理貼圖和編輯材質等工作，來增強模型的視覺真實性。

3.2 圖書館的三維模型優化

在建模時，應該注意及時刪除多余的線和面，以減少軟件掃描的時間，減少模型存數的空間，提高運行速度。如：在3D Max建模之后使用網格化處理或修改器塌陷處理。

在建模過程中巧妙的使用貼圖，由于在建模中面的數量大會增加模型的制作難度，也會使機器在運行時速度變慢，可以使用貼圖可以使復雜模型的處理簡單化，并節省建模時間。

3.3 圖書館平面地圖的制作

先用ARCMAP或AR

CVIEW將各個地理要素數字化，即描圖。在CAD里畫圖，要讓整張圖左上角的那個點移到CAD中的默認系統坐標，這樣當把這張圖的數據導到GIS軟件里就可以很容易的使圖片和CAD中數據匹配。

在制作地圖時要注意以下幾點：

（1）圖書館點數據形式表示，并建立一個圖層。（2）圖書館周圍的樹、路燈等以點數據形式表示，對于朝向不同的也要建不同的圖層。（3）廣告牌、欄桿、圍墻等以線數據形式表示，并建立不同的圖層。

3.4 基于ArcScene的圖書館三維場景制作

在3DMAX中把模型建好后直接點擊“文件→導出……”，將模型以*.3ds格式導出。

在ArcScene中，將所有需要加載的圖層都加進去。建議對于不同類型的數據進行圖層組管理，因為需要加載的圖層太多，如果不進行圖層組管理，計算機處理速度明顯降低。具體操作方法是在Scene layers上右擊選擇New Group Layer，然后直接將屬于該組的圖層用鼠標拖到該組下即可。然后對這些點數據、線數據進行三維顯示，說明如下：

（1）點數據：主要是建筑物、樹、燈等。

對于系統中自帶的三維模型通過下列步驟調用：在ArcScene中，對于某圖層更改符號屬性（Symbol Selector），點擊更多符號（more Symbol）選擇不同類型的三維符號。可以更改這些三維模型顯示的大小、顏色、轉向等。

對于在前面已經建好并導出的模型，操作步驟就如下：

①對于某圖層更改符號屬性（Symbol Selector），然后再點擊屬性（properties……）。②在彈出對話框中選擇3D Marker Symbol。③點擊import……。④在彈出窗口中選擇前面已經建好并以*.3ds格式導出的文件，單擊打開。⑤單擊OK即可完成。⑥若發現模型太它或太小，可以在這里更改Dimensions。若不需要按比例縮放，取消Keep aspect ratio前面選項即可。⑦若模型導入到ArcScene中發現和實際有偏差，可以通過下列步驟更改：選擇3D Placement；如果是小范圍的修改，可以更改Normalized origin offset中的x、y、z值。如果是大范圍的修改，可以更改offset 中的x、y、z值。⑧對于方向不對的建筑物，通過更改符號屬性（Symbol Selector）中的角度（Angle）來調整建筑物的方向。

（2）線數據：如圍墻等。具體操作方法：打開符號屬性（Symbol Selector），選擇屬性（Properties…），在彈出對話框中選擇3D Texture Line Symbol，選擇Vertical orientation，圖片將會以豎直的形式顯示，即得到要做的圍墻。若寬度或高度大小不合適，可以調整Width。

3.5 三維圖書館導覽動畫的生成

使用視頻制作工具對圖書館進行動畫制作，將圖書館的整體風貌、圖書館的各主要功能區進行三維展示，使瀏覽者能夠達到身臨其境的感受。同時利用視頻便捷軟件進行字幕、背景音樂的合成。

4 結束語

本文使用3D Max軟件和ArcScene軟件對圖書館進行了三維建模制作，并通過視頻制作軟件最終形成了三維可視化導覽的動畫，生動、形象、立體地展示了圖書館，為讀者提供了真實的導覽效果。同時，三維圖書館導覽的制作也將是3D數字校園建設的第一步，它將逐步完善、不斷更新，最終實現整個校園的數字化。

參考文獻

[1]劉陵，方軍，陳利生，張洋洋.三維GIS的研究現狀及其發展趨勢[J].礦山測量，2011，（02）：71-75.

[2]梁鵬帥，馮冬敬.三維可視化的研究現狀和前景[J].科技情報開發與經濟，2009，19（07）：134-135.

[3]張嘯雷，王冬.基于ArcScene的三維GIS實現的研究[J].城市勘測，2010，（04）：26-28.

[4]洪德法，楊國東，王志恒.基于ArcScene和SketchUp的虛擬校園的建立[J].計算機技術與發展，2008，18（12）：41-43+46.