三維數字校園綜合信息服務平臺

薛永龍等

摘 要：計算機科學技術的發展有利地推動了二維地理信息系統的研究成果向三維可視化空間的拓展，三維虛擬系統已然成為地理信息系統的重要組成部分。本系統以防災科技學院為對象，結合Visual C#開發環境與SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺，基于真三維立體顯示和地理信息系統等技術實現校園三維虛擬瀏覽，使用戶直觀高效地對地理信息數據進行瀏覽。三維校園系統另有智能化的POI查詢定位功能和360度全方位瀏覽，是虛擬校園建設的革命性突破。

關鍵詞：3D GIS；SuperMap；三維校園

Abstract： Owing to the development of computer science and technology， three-dimensional visualization has become a promotion of traditional two-dimensional GIS， the three-dimensional virtual system has already become an important part of geographic information system （GIS）. The 3D campus system takes Institute of disaster prevention for example， combined with Asp.net development environment and SuperMap Object.Net GIS component platform， based on the technologies such as True 3D volumetric display and geographic information system technology to realize the browse of 3D virtual campus， it makes users browse the geographic information data visually and efficiently. The three-dimensional campus system also has the intelligent POI inquiry positioning function and the 360 degree omnidirectional browse function， and it's the revolutionary breakthrough of the virtual campus construction.

Keywords： 3D； GIS； SuperMap； 3D campus

引言

與二維GIS相比，三維GIS具有對空間信息的直觀可視化表達、可進行多維度上的空間分析等優勢。這幾年國內學術界及產業界表現出了對該技術的高度重視，國內已掌握了世界一流的真三維技術。另一方面，近年來信息科技的迅速發展推動了我國校園信息化建設的飛速發展，計算機科學技術與網絡技術在高校改革與發展過程中擔任起至關重要的角色。集成校園導航、招生宣傳、校園信息化管理的新一代三維數字校園系統成為校園門戶網站不可缺少的重要欄目，對學校的形象宣傳、招生宣傳、信息化管理將產生重要的作用。綜上所述，研究三維數字校園具有重要意義。

1 系統總體設計

本系統以防災科技學院為對象，結合Visual C#開發環境與SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺，基于真三維立體顯示和地理信息系統等技術實現校園的三維虛擬瀏覽。SuperMap Object.Net 組件式GIS平臺以其獨有的優勢——直觀快捷地展示地理信息，使用戶直觀高效地對地理信息數據進行瀏覽。下面是系統結構圖：

系統關鍵技術分析：本系統主要采用HTML+JavaScript開發環境與SuperMap云GIS軟件開發平臺及MVC設計模式和面向對象開發方法進行系統功能開發。并利用超圖的SuperMap iServer服務，該服務是基于跨平臺GIS內核的云GIS應用服務器，具有支持二三維一體化地圖緩存，提供二三維一體化的服務發布、管理與聚合功能，提供多層次的擴展開發能力，采用面向服務的地理信息共享方式，用于構建SOA應用系統和GIS專有云系統。并通過使用3DMAX軟件建立校園實體模型。面對現有硬件系統內存有限，本系統特別采用了場景緩存這一新技術。場景緩存是基于整個場景生成的緩存，通過一次操作，即可將已經加載到場景中的不用類型的數據圖層生成不同類型的緩存。系統可以通過發布場景的緩存能夠使數據在桌面上快速的加載與顯示、使客戶端上瀏覽更高效。但是由于一個場景緩存只能完成單一功能，因此在本系統中，為了實現3D瀏覽的同時還能對地圖進行屬性查詢等操作，我們采用同時發布兩個場景緩存的技術來解決以上問題。

2 系統數據制作

2.1 數據采集整理

數據是GIS中的核心。基于GIS平臺開發的三維校園系統，其數據主要由道路、建筑等基礎設施組成。數據采集工作始于測量防災科技學院實物數據，制作校園底圖，配準并添加到數據庫當中。三維數字校園數據庫中的數據主要由空間數據和屬性數據兩部分構成，其中空間數據主要用于對地理空間實體的位置、大小、形狀、方向以及幾何拓撲關系的表達，而屬性數據則是描述地圖上實體要素特征的數據。根據系統需求分析，我們對實物屬性數據結構做出合理的設計。

2.2 圖片采集處理

采集的圖片主要用于模型制作當中的貼圖和數據發布當中的建筑實物圖。由于拍照時受外界環境影響，圖片不能直接作為貼圖使用，需要運用PS等圖片處理軟件進行調校。另一方面，拍照取景時，可能受到拍攝角度限制、來往行人等因素影響，照片也需要用PS進行相應的處理。

2.3 模型制作

三維模型構建的常用方法有三種，一是使用SketchUp、3DMAX等軟件手工建立目標場景模型數據并渲染，將場景整合到GIS系統中；二是根據高程字段拉伸2DGIS中矢量數據進行批量建模并進行紋理貼圖；三是利用數字攝影測量技術進行三維建模。利用SuperMap 系列軟件對二維的平面數據進行拉伸，批量建模并進行紋理貼圖，這種建模方式建模成本低，周期短，但是精度較低，適合應用于建筑數量較多又不需要精準建模的城市場景；通過使用3DMAX等軟件手工建立目標場景模型數據，通過SuperMap的相應數據導入功能添加到場景當中，這種建模方式所做模型精度高，但是成本高，周期長適合應用于建筑數量少對模型精準要求高的場景；利用數字攝影測量技術進行三維建模在周期和成本上都要高于前面兩種主要是對精度要求較高的模型進行建模。這里采用第一種方式建立模型。

2.4 場景發布

場景是以抽象的三維球體模擬現實的地球，它能夠將從現實世界抽象出來的地理事物展示在球體上進而更直觀形象地反映地理事物的實際空間位置和相互關系。場景提供了相機的設置，用于對球體進行角度觀測、方位觀測、范圍觀測，從而以不同的視角呈現地理實物的不同部位。防災科技學院的場景是作為三維球體上的一部分進行建立的，在建立場景時，考慮到場景的顯示效率及效果，場景中一些固定且數量較多的實物通過建立三維符號減少數據復雜程度，其部分實物通過場景緩存添加。

3 系統功能模塊實現

本系統中，我們實現了四大功能：定位、量算、飛行和天氣模擬。定位功能中，使用命名空間SuperMap.Web.Realspace中的Camera類，創建對象，設置其經緯度以及高度值等屬性，最后使用FlyingOperator命名空間中的flyTo方法定位到查詢的相應位置，實現了定位功能。量算功能中，使用命名空間SuperMap.Web.UI.Action3Ds中的MeasureDistance類和MeasureArea類，創建對象，通過對象的onClick方法和onDbClick方法對量算過程進行監聽，并完成量算過程。飛行功能中，需要提前使用SuperMap iDeskpro制作好飛行路線和節點，導出為一個飛行文件，程序中調用此文件，獲取到已有的節點的經緯度以及相機方向等信息，設置速度，通過調用定位功能，實現節點與節點之間的飛行，給人一種在模型間穿梭飛行的真實感覺。天氣模擬功能中，使用命名空間SuperMap.Web.Core中的GeoParticle類，創建對象，設置對象參數，分別為雨、雪等類型，并設置粒子的寬度、高度以及每秒產生粒子的個數等參數，最后設置粒子的三維要素類，形成三維天氣模擬。

4 總結及展望

文章對真三維技術應用于三維數字校園綜合信息服務平臺進行了探索，并在自身的實踐基礎上，對校園地理信息系統的結構和功能設計做了一系列的探索，使該系統成為一個比較完善的校園信息管理系統，希望能為學校的教學和管理做出貢獻，成為數字化校園的一部分。同時由于本系統在數據庫維護、網絡版平臺的開發等功能上還存在一些問題，在今后的研究中將做進一步改進。

參考文獻

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