第２５卷第１期 ２０１３年１月 黄河水利职业技术学院学报 ｏｕｍａｌ ｏｆ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｖ０１．２５ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１３ 基于ＧＩＳ的三维数字校园系统设计及模型构建 刘剑锋，王琴 ４７５００４） （黄河水利职业技术学院，河南开封摘要：将地理信息系统和虚拟现实技术结合起来，设计了ＡｒｃＧＩＳ和Ｍｕｌｔｉｇｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ综合的三维 数字校园系统，分析了系统功能，确定了系统实施的技术路线。在此基础上，结合黄河水院８号实训 楼，建立了三维校园模型，进行了系统功能的实用型验证。 关键字：数字校园；ＧＩＳ；虚拟校园；三维建模；技术路线；系统分析；功能验证 中图分类号：Ｐ２０８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—４８６Ｘ（２０１３）０１—００３４—０４ 间分析和三维可视化要求的三维ＧＩＳ系统。 ０ 引言 随着社会的发展。作为现代城市重要组成部分 的高等院校校园规模和学生规模不断扩大，建筑物 １ 系统建立的思路及技术路线 １。１系统建立的思路 针对现有的ＧＩＳ软件中三维平台上模型的真 实感不强和三维可视化软件中缺乏ＧＩＳ空间分析 能力的缺点，本文建立虚拟校园三维ＧＩＳ系统的思 增多，地上和地下管网、供电和通信线路更加密集， 因此，用传统的规划和管理模式已不能适应当前校 园建设发展的需要。随着“３Ｓ”技术的迅速发展．虚 拟ＧＩＳ为分析和解决问题提供了新的方式和手段。 路是：（１）采用Ｍｕｈｉｇｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ三维建模软件，创建 三维模型；（２）将其转换为ＧＩＳ可以识别的矢量数据 格式；（３）在此数据基础上，调用ＧＩＳ软件的功能模 块。开发三维ＧＩＳ系统。 为空间决策支持服务提供了可能。为校园的高效、 合理、科学规划管理提供了支持。三维ＧＩＳ对客观 世界的表达能给人以更真实的感受．它以立体造型 技术给用户展现地理空间现象，不仅能表达空间对 １．２总体技术路线 以黄河水院新校区为例，建立了校园三维ＧＩＳ系 统。总体技术路线如图１所示。 象简单的平面关系，而且能描述和表达它们之间的 垂向关系。另外，对空间对象进行三维空间分析和 操作也是三维ＧＩＳ特有的功能 。目前，三维ＧＩＳ的 研究主要集中在三维可视化技术．它在资源、环境、 海洋、地质，特别是城市规划方面有很多的应用嘲。 ２数据采集处理 虚拟场景的构建，先期要完成的是对场景的 三维建模工作。在虚拟校园模型中，最主要的对象 是建筑物．如何获取和处理建筑物的高度、表面纹 理、几何要素等数据，成为三维校园建模的一项主 要工作。 从应用研究现状看，三维ＧＩＳ应用研究主要表现为 ３种途径，即通过底层开发实现、在现有ＧＩＳ平台上 二次开发实现、在三维可视化软件上通过插件的形 式加载数据查询和显示的功能模块［３－４］。我国多个城 市、重点区域应用三维可视化技术实现的区域重建 或规划，大多是基于三维可视化软件研究。缺乏ＧＩＳ 数据查询和相关的ＧＩＳ分析功能 。本文以黄河水 利职业技术学院（以下简称“黄河水院”）为研究对 ２．１ 真三维空间数据的采集处理 三维的空间数据包括平面位置、高程或高度。 本项目收集了学院已建成的教学楼、实验楼和学生 宿舍楼等建筑物的单体平面图和立面图。对于没有 空间数据的建筑物，使用全站仪或ＧＰＳ进行测量，获 象，进行虚拟校园三维ＧＩＳ创建，并结合ＧＩＳ软件 的开发平台，利用三维建模软件的模型创建功能和 ＧＩＳ软件的ＧＩＳ分析功能，建立一个能满足ＧＩＳ空 收稿日期：２０１２—０５—２２ 取建筑的轮廓图。之后，利用ＡｕｔｏＣＡＤ软件对这些 数据进行处理．作为建模的基础数据。具体如图２ 和图３所示。 基金项目：黄河水利职业技术学院青年科研基金项目（２０１１ＱＮＫＹ０１６） 作者简介：刘剑锋（１９８０一），女，山东潍坊人，讲师，硕士，主要从事地图学与地理信息系统方面的教学和研究工作。 ３４ 黄河水利职业技术学院学报 施为：先根据各楼层数量进行连接操作。在划分完 楼层后，再根据实际情况，对各层的窗户进行划分。 如果每一层的窗户是相同、等距的，便可以进行等 分，否则，就要调整连接参数、收缩、滑块。待再次进 行边连接后，便形成了建筑外部轮廓。 ３Ｉ２创建楼体附加物 建筑物楼体有很多附加物，主要包括装饰墙体、 挡雨玻璃、楼体内侧墙栏杆等。这些附加物应分别 制作。最后添加到相应的位置。根据前期制作的贴 图，创建质材库，并按楼体实际情况进行贴图。贴图 是物体材质表面的纹理。利用贴图，可突出表现对 象细节，并且可以创建反射、折射、凹凸、镂空等多 种效果，比基本材质更精细、更真实。黄河水院８号 实验楼贴图结果如图６所示。通过贴图，可以增加 模型的质感，完善模型的造型，使创建的三维模型 更接近现实。 图６建筑物三维模型的建立 Ｆｉｇ．６ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ４虚拟校园ＧＩＳ系统的建立 ４．１ 系统功能设计 三维数字校园系统的目标就是要实现信息数 字化、管理自动化、服务智能化、校园虚拟化、资源 最大化。系统应能对校园信息进行添加、删除、修改： 对校园信息可以进行查询、分析和统计，并以报表 输出；能实现图文互访，即从三维地图到属性的查 询、浏览和从属性到三维地图的查询定位。增加校 园的可视化。系统最大的特点是，具有强大的ＧＩＳ 功能，即能利用该系统快速、准确地掌握学校资源 及其分布，提高工作效率，为学校规划决策提供信 息。同时，也为学校教师、学生以及其他人员了解学 校布局、资源信息等提供便利。因此，本系统主要有 ５大功能模块，具体如图７所示。 ４．２系统功能的实现 ４．２．１三维校园导航 为实现三维显示，以ＡｒｃＯｂｉｅｃｔｓ中的Ｓｃｃｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ为三维显示窗ＥＩ，开发三维空间浏览工具、 ３６ ２０１３年第１期 系统功能模块开发 信 信 信 信 息 息 息 息 采 查 分 共 集 询 析 享 与 与 与 与 输 统 管 输 入 计 理 出 模 模 模 模 块 块 块 块 图７系统结构功能模块 Ｆｉｇ．７ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｕｌｅ 交互测量工具、属性查询工具、平面属性显示工具、 模型添加工具等，实现灵活的操作功能。用户通过 鼠标，结合系统提供给用户的操作提示，实现校园 场景的三维可视化浏览、漫游、检索等，具有灵活的 操作功能。 ４．２．２信息的采集与输入 该系统采用“模型数据库”和“属性数据库”两 个数据库支撑。利用ＡｒｃＯｂｅｊｅｃｔｓ开发包，将已经创 建好的其他格式的三维模型 ３ｄｓ。 ．ｉｆｔ， ．ｗｒ１）转化 为Ｍｕｈｉｐａｔｃｈ格式，存储在ＧｅｏＤａｔａｂａｓｅ的 Ｍｕｈｉｐａｔｃｈ要素类中。它是系统功能模块设计中的 重要一环。属性数据的输入是将与空间数据相匹 配的非几何属性录人计算机的过程，相对于空间 数据的采集而言，它较为简单，形式比较单一，但 同样非常重要。 ４．２．３信息查询与统计 系统能提供图形在窗口内的各种显示功能。例 如，分层显示，改变图层顺序，从活动地图上增加或 删除一个或多个图层，放大、缩小等。信息查询包括 图形的双向查询和一般查询。系统根据与图形相关 联的属性数据来制作主题图，将属性数据库中的信 息图形化，使数据以更直观的形式在地图上显示出 来，为用户决策提供依据。 ４．２．４信息分析与管理 系统利用三维建模软件的模型创建功能和ＧＩＳ 软件的空间分析功能，结合ＧＩＳ软件的开发平台 ｆＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ和ＡｒｅＯｂｊｅｅｔｓ开发包１．将虚拟现实 建模软件Ｍｕｌｔｉｇｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ中创建的ＯｐｅｎＦｌｉｇｈｔ格 式模型作为三维数据来源。这样，不仅可以有效地 利用ＧＩＳ软件中提供的ＧＩＳ空间分析等功能，还兼 顾了模型和场景的真实感．从而建立一个能满足ＧＩＳ 空间分析和三维可视化要求的三维ＧＩＳ系统。 ４．２．５信息共享与输出 本系统是通过数据直接访问来实现数据共享 刘剑峰，等：基于ＧＩＳ的三维数字校园系统设计及模型构建 的。数据直接访问是指在一个ＧＩＳ软件中，实现对 参考文献： 其他件数据格式的直接访问。用户可以使用单个 ［１】何必，李海涛．地理信息系统原理教程［Ｍ】．北京：清华大 ＧＩＳ软件，存取多种数据格式。系统能将查询、分析 学出版社，２０１０：２３１－２３６． 的结果以图形、表格、统计图表等形式输出，以满足 ［２］邬伦．地理信息系统一原理、方法及应用【Ｍ】．北京：科学 教学、科研、管理等需要。 出版，２００１：５３—５７． ５结语 【３】Ｊａｍｅｓ Ｄ。ＭｃＣａ￣ｈｙ ａｎｄ Ｐｈｉｌ Ａ Ｇｒａｎｉｅｒｏ．Ａ ＧＩＳ．ｂａｓｅｄ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ３Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ 本研究解决了现有的ＧＩＳ软件中三维平台上 【Ｊ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｍ ＆Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｖｏｌｕｍｅ３２， Ｉｓｓｕｅ １０， 模型的真实感不强和三维可视化软件中缺乏ＧＩＳ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００６：１６９９—１７０８． 空间分析能力的问题，实现了校园场景的三维可 【４］毕硕本，张国建，侯荣涛，等．三维建模技术及实现方法对 视化浏览、漫游、检索和动态交互管理，改变了传 比研究［Ｊ］．武汉理工大学学报，２０１０（１６）：２６—３Ｏ． 统的教学、科研、管理和生活方式。数字校园既是 【５】靳海亮，苗保亮．Ｃｒｅａｔｏｒ三维校园建模方法的研究与实 数字城市的重要组成部分，也是数字城市的一个 现【Ｊ］．计算机与数字工程，２０１０（１０）：１３３—１３６． 缩影。通过对虚拟校园的研究，探讨数字校园建设 ［６】黄长军，胡丽敏．利用ＶＲＭａｐ的三维虚拟校园信息系统 的理论和方法，可为其他数字工程的建设提供参 的设计与实现［Ｊ］．测绘科学，２０１１（０６）：２５７－２５８． 考依据。 【７１王建敏，王凯．校园三维景观设计与实现［Ｊ］．测绘工程， ２０１ １（Ｏ３）：６２—６４． ｆ责任编辑杨明庆】 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍｏｄｅｌ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ３Ｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃａｍｐｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ ＬＩＵ Ｊｉ￣－ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｑｉｎ （Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｋａｉｆｅｎｇ ４７５００４，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ３Ｄ ｄｉｇｉｔｌａ ｃａｍｐｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＡｒｃＧＩＳ ａｎｄ Ｍｕｈｉｇｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｄｅｃｉｄｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅ ｆｏｒ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ ３Ｄ ｄｉｇｉｔｌａ ｃａｍｐｕｓ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｎｏ．８ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｙｅｌｌｏｗ ｒｉｖｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌ ｃａｍｐｕｓ；ＧＩＳ；ｖｉｒｔｕａｌ ｃａｍｐｕｓ；３Ｄ ｍｏｄｅｌ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｏｕｔｅ；ｓｙｓｔｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｖｅｒｉｆｔｃａｔｉｏｎ 黄河水院参加２０１ ２年全国大学生数学建模竞赛成绩优异 全国大学生数学建模竞赛于２０１２年９月６～９日进行，竞赛论文经河南省数学建模评委会阅 卷，学生现场答辩，优秀论文再推荐到全国进行评奖。竞赛期间，刘国际院长、王卫东副分别来 到基础部大赛现场看望指导教师和参赛选手。本届数学建模竞赛有来自全国３３个省、市、自治区 （包括和澳门特区）及新加坡、美国的１２８４所院校、２１２１９个队（其中本科组１７７４１队、专科组 ３４７８队）、６３６００多名大学生报名参赛。黄河水院参赛的１５支代表队，获得全国二等奖２项，河南 省一等奖４项、二等奖３项、三等奖６项，创黄河水院参赛以来最好成绩。 （道富） ３７
