基于Supermap的數字校園三維可視化實現

羅火錢 侯才水

摘要：以福建水利電力職業技術學院新校區為例，基于SuperMap Desktop 8C軟件，結合3ds Max三維建模功能，著重闡述了數字校園基礎數據的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場景創建，設置飛行路線制作視頻錄像的具體流程，實現了具備放大、縮小、漫游等功能的數字校園三維可視化。

關鍵詞：SuperMap；三維建模；數字校園；三維場景

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0092-02

數字校園是數字地球、數字城市在校園區域的具體體現，是現實校園時間與空間的延伸和擴展。“三維校園”概念是由美國克萊蒙特大學教授凱尼斯·格林在1990年發起并主持的“信息化校園計劃”中提出的[1]。三維的數字校園建模是校園可視化的一個重要方面，通過建立視覺逼真的三維虛擬校園，可將真實的校園景觀全方位、立體地展現在用戶面前[2，3，4]。本文以福建水利電力職業技術學院新校區為例，基于SuperMap軟件，通過三維場景建模的表現方式，直觀、形象、生動地展現真實的校園，實現三維場景放大、縮小、漫游等可視化，輔以視頻錄音方式解讀校園三維場景，更好地宣傳學校，并幫助報考人員和新生、校友、家長全面地了解學校。

1 校園概況

福建水利電力職業技術學院創辦于1929年，地處中國魅力城市——永安，新校區占地總面積1062畝，建筑面積17.18萬平方米。校園內地形起伏，總體形成四周低中心高的格局，如圖1所示。本文主要研究新校區北大門、生活區、體育館、教學區等建筑樓群和主要道路的三維建模，實現了校園三維可視化，并結合校園文化輔以視頻錄音解讀校園。

2 三維數字校園實現平臺

2.1 三維建模操作平臺

本研究采用的3ds Max 2012擁有先進的渲染和仿真功能、更強大的繪圖、紋理和建模工具集以及更流暢的多應用工作流。

2.2 三維可視化平臺軟件

SuperMap GIS 8C（2017）是超圖軟件全新架構的新一代云端一體化GIS平臺軟件，基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術體系，提供功能強大的GIS云管理器、云GIS門戶平臺、GIS應用服務器與GIS分發服務器，以及豐富的PC端、Web端、移動端產品與開發包，協助客戶打造強云富端、互聯互享、安全穩定、靈活可靠的GIS系統[5]。

3 數字校園三維可視化實現過程

數字校園三維可視化實現過程包括基礎數據的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場景創建，設置飛行路線制作視頻錄像等。

3.1 數據獲取及處理

本文以福建水利電力職業技術學院為例建立三維數字校園，需要收集的數據包括：1：500的校園地形圖、建筑物的高度數據、校園地物地貌紋理數碼相片及其屬性信息數據。

3.1.1 校園1：500的地形圖

本文主要依據校園CAD圖來構建三維數字校園，該CAD圖是根據學校實際建筑進行測量、繪圖，比例尺為1：500。CAD圖內容包括：生活區、食堂1、食堂2 、綜合樓、體育館、北教、南教、學院地形圖以及學院總平圖。

3.1.2 建筑物的高度數據

建立建筑物三維模型所需的地形地物平面坐標來源于校園CAD圖以及Google Earth上校園所處位置標注，而建筑物的高度數據主要根據建筑物層數估算。即統計校園內各建筑物的層數以及該建筑物樓每層樓的高度，將每棟樓層數×每層樓高計算得到該建筑物的大概高度數據。

3.1.3 校園地物地貌紋理數據

校園地物地貌紋理數據主要指圖片數據。本研究中地貌紋理數據取自Google Earth上高分辨率的遙感影像圖片；地物紋理數據來自像素較高的數碼相機拍攝高清照片。拍照時，根據建筑物特點，重點拍攝建筑物的每一面墻、每一扇窗；在立面變化處重點拍攝呈現過度的紋理；最后將所有紋理數據進行分類整合、編號，利用 Photoshop軟件對紋理數據進行自由變換等處理。校園地物主要分為兩類，建筑物（校園整體包括宿舍區、食堂、綜合樓、體育館、北教學樓、南教學樓等）和道路交通（道路及路面）。

3.1.4 屬性信息數據

屬性信息是對地物非空間特征的描述，包括文字屬性、圖片屬性、聲音屬性、影像屬性等。本研究在創建紋理數據和地形數據時，將三維場景中模型的屬性使用鍵盤錄入方式輸入，如樓的名稱、高度、功能等。

3.2 數字校園三維可視化

本文校園三維可視化實現過程，主要如圖2所示，即將校園CAD圖導入3ds Max三維建模，對模型進行貼圖附材質，安裝Max插件，實現3ds Max三維模型在Supermap中生成數據集，按照校區坐標導入Supermap，設置飛行路線，從而導出三維場景。

3.2.1 三維模型建立

將CAD文件導入3dsMax2012版本軟件，然后通過描繪地形圖的建筑輪廓底圖，形成閉合圖形，最后根據輪廓線形成的建筑物拉伸，得到建筑物的造型結構，在其基礎上繪制門、窗等，要求精細制作，繪制出建筑物的三維模型。

3.2.2 模型的紋理貼圖與渲染

繪制出建筑物的模型后，需要給三維模型的表面或內部賦予上紋理貼圖，使其更加真實，材質貼圖會影響到三維景觀的視覺效果。利用3dsMax材質貼圖對建模賦予紋理。

3.2.3 三維模型整合

將建立好的三維模型，依據學院總體分布進行整合；安裝MAX插件，將整合好的三維模型生成數據集，導出為udb格式文件，如圖3所示。

3.2.4 三維場景創建

將生成的數據集在SuperMap iDesktop 8C軟件中打開，加載至新球面，在普通圖層上添加.kml文件，即創建出福建水利電力職業技術學院數字校園三維場景，效果如圖4所示。

3.2.5 飛行路線設置

調整三維場景位置，按照校區建筑物分布格局，從北大門出發，沿著道路，依次添加飛行站點，設置一條供人參觀食堂、綜合教學樓、學生宿舍區、體育館、北教、南教的路線，調整飛行路線的飛行速度、高度并保存，從而實現校園全方位三維可視化，飛行路線站點如圖5所示。本文制作的飛行路線，實現了場景全方位展示；飛行過程中達到飛行平穩，轉彎平滑，觀感舒適的效果。

4 結語

本文以福建水利電力職業技術學院為例，采集并處理校園數字建筑紋理貼圖、基礎測繪數據，將校園的二維矢量數據導入3dsMax軟件，針對不同的地表實體用不同的建模方法進行具有真實感的三維建模，結合SuperMap三維可視化軟件平臺實現數字校園可視化應用。使用SuperMap iDesktop 8C sp1中的“性能診斷工具”和生成場景緩存來優化場景性能，三維漫游操作時無明顯卡頓現象，優化后達到開啟幀率后，平均幀率達到30幀以上，但地形建模效果需要再加強。該成果可讓用戶全面地了解校園的分布格局，為新生快速熟悉學習和生活環境提供便利；可使學院風光更加直觀的呈現出來，使更多人可以足不出戶就能參觀學院，加強了校園文化的對外宣傳作用。既填補學院三維場景的空白，同時為將來校園導航系統建設、二三維一體化的數字校園服務系統建設奠定基礎。

致謝：感謝本文研究過程中計算機1431班學生郭華鑫、黃家朋、徐星友的積極參與。

參考文獻

[1]SDEES D.The Virtual University：Organizing to Survive in the 21th Centry[J].The Journal of Academic Libraraninship，2001，1（27）：3-14.

[2]郭雨龍，蔡先華.基于Google Skechup的三維虛擬校園的建立[C].第十三屆華東六省一市測繪學會學術交流會論文集，2011.

[3]吳文靜.SketchUp與ArcGIS在三維數字校園中的應用研[D].東北大學，2012.

[4]趙雨琪，牟乃夏，張靈先.利用CityEngine進行三維校園參數化精細建[J].測繪通報，2017，（01）：83-86.

[5]王少華.超圖平臺軟件創新：SuperMap GIS 8C簡介[J].地球信息科學學報，2016，18（1）：141-142.