数字农大在校园建设管理中的实现与应用*

张辅霞 王建雄

0 引言

“数字农大”可以说是“数字校园”“数字城市”的一个实验,随着中国“数字城市”的提出,“数字城市”的基础研究和探讨成为学术界的热点。“数字校园”是“数字城市”的重要组成部分,“数字农大”作为作者对“数字校园”的一项起步研究,力求对开展虚拟校园三维可视化系统及相关课题的研究进行基础性的探讨,以此适应信息社会发展的需要。

1 平台建设

笔者以云南农业大学为试点,利用虚拟校园三维可视化系统作为信息时代空间信息的基本管理模式,利用数字摄影测量技术,通过对航空相片进行三维测量而建立了云南农业大学东校区校园地理信息系统和三维仿真系统的开发,探讨了虚拟现实技术的虚拟校园三维可视化技术在校园建设管理中的实现和应用研究。

“数字农大”成果类似于通常所见的三维立体画,具有立体显示、浏览和查询功能。项目数据完全来源于四张航空相片(两组相对),借助于计算机对相对进行内定向、相对定向和绝对定向,比较相对的灰度,按照建立的核线进行匹配,从而建立空间立体的感觉,并以此为根据进行三维量测,建立包括所有重要建筑在内的云南农业大学东校区三维立体图像,它的组成为6个部分:DTM(数字地面模型)、DEM(数字高程模型)、地表纹理、建筑、建筑查询信息、树及路灯。各项数据分层设置,有利于地面信息的实时更新,在地物或地貌发生变化时,只需要修改地表纹理和相应的建筑物即可,不必作全局的改动,而且在完成面积较大区域的模型时可对已完成的各个部分进行拼接,使之成为一个整体。

2 系统实现

本次研究的原始数据为2003年1∶2 000航测影像。原始数据经过云南农业大学水利水电与建筑学院遥感与信息实验室全数字摄影测量系统加工后生成了dem和dom。这两个数据作为校园建筑的原始依据。

研究完成校园(东校区)所有房屋建筑建模、文档属性挂接,主要雕塑和特色大门制作、园林制作(草、花、亭子)、路面修饰和细部制作及修饰(路灯、指示牌、健身器材等)。

以上内容包括复杂模型的建立和纹理的修饰粘贴都直接在系统里面快速实现,重建的三维场景效果逼真;同时系统平台还可以对细部进行完美地修饰,例如:

1)道路路面修饰;校内绿化、行道树按树种大类制作,并控制树木与建筑物的高度比例;

2)建筑物外部的台阶、平台等都比较明显;突出校园围墙;显示校园明显的地面起伏;

3)建筑物外观与实际情况匹配;主要平房区按区显示;屋顶区分为平顶和瓦顶。

系统有多个数据接口,能接受不同来源的数据格式,并对这些格式进行编辑、转换和综合利用;能方便的在二维图形和三维模型之间相互操作,并为图形和模型提供强大的属性库管理,能快速地进行可视化查询及分析。快速的整体建模功能大量减轻了其他同类软件建模的工作量。最终结果是利用校园网进行网上发布,“数字农大”在校园建设管理中都得到了很好的体现。

“数字农大”前期数据来源只有一张正射影像和绘制的校园数字线化图。具体的工作如下:

1)首先将CAD的数字线化图倒入imagis,并构建dem。

2)将航片对应好已有的线化图,在dem上。

3)以数字线化图为基础,构建建筑物的立体模型,并进行分层,建立属性数据库。

4)对三维模型进行纹理编辑。

5)将最后的成果发布到网上。

3 系统应用

利用校园景观的仿真及3D-GIS技术,从校园所处环境入手,分析其地域环境和用地环境对其平面关系、空间结构、环境形态、城市设计技术条件等内容的影响因子。以空间形态的动态模拟为联系和支撑,深入校园内部了解校园形态及其他环境构成要素,最终实现校园、街道和建筑空间形态的数字可视化分析。

3.1 校园空间形态的仿真分析

1)校园环境分析;

2)校园结构分析;

3)校园边沿分析;

4)校园标志分析;

5)校园美学分析。

3.2 街道及建筑空间形态的动态模拟分析

1)平面构成分析;

2)空间构成分析;

3)时空变化的3S动态模拟分析。

3.3 校园更新中的传统管理手段与数字可视化技术比较

1)传统管理手法分析;

2)数字可视化技术的应用分析。

通过校园数字化的信息服务、应用软件的建设,从数据采集与处理、数据入库到应用的完整技术体系,组建流域聚落影像库,进行聚落平面构成、结构等一系列基础数据分析。利用现代技术模拟聚落的“多维集约空间”,比较空间形态的构成关系,结合三维可视化技术(visual reality)与虚拟现实技术(virtual reality),完全再现管理环境下的真实情况,把所有管理对象都置于一个真实的三维世界中,真正做到了管理意义上的“所见即所得”。这样结合运用,能使“数字农大”成果更具备研究与运用价值,在方法、手段上全面探讨传统管理手段与数字可视化技术的结合。

4 结语

“数字城市”正在成为全球学术界关心的热点。如何解决数字时代这一信息表现的关键技术和推广应用,一直是空间信息化建设的难点。为此,以云南农业大学为试点,对实现空间信息的数字可视化系统进行研究与探讨,不仅具有深远的学术价值,也是国家信息化建设的高技术难题,具有广阔的应用价值和前景,而此成果也为真三维可视化技术的研究提供模型。

[1] 徐 峰,陈敏智.虚拟校园三维仿真系统的设计与实现[J].浙江工业大学学报,2007,35(2):155-158.