党校二维及三维可视化建模实践应用*

张红月,王 亮,梁 勇

(1.山东农业大学信息科学与工程学院,山东泰安271018;2.中国测绘科学研究院,北京100039)

0 引 言

空间信息可视化在诸多领域发挥了广泛应用,近年来随着数字化校园建设研究的深入,结合空间信息进行校园数字化建设得到广泛推广。空间信息可视化主要体现在二维GIS查询及符号化展示和三维GIS漫游两个方面[1]。

二维空间查询,主要体现在“图查属性”和“属性查图”及二者交互查询等功能上,简单流畅,结合符号化显示效果实现可视化查询,但缺乏直观生动可视化的表现效果;三维GIS正好弥补这一缺陷,在虚拟现实及可视化描述地理空间信息方面优势显著[2-3]。如何将二维GIS查询与三维场景可视化表达结合起来成为近几年来地理信息专业人员的研究热点。目前,很多高校建立了校园地理信息系统,实现了动态交互管理。但是,作为培养党政机关领导管理骨干的党校,在数字化建设方面还尚处空白,基于地理信息系统建立党校教学管理与地理信息交互查询的党校资源平台,对于实现党校科学有效管理意义重大。

以泰安市委党校为实例,结合省科技厅科技攻关项目《泰安市委党校教学资源平台建设》数字化校园建设部分,构建了二维可视化与三维场景漫游结合的党校地理信息查询资源平台。

1 数据源获取及处理

使用全站仪测量泰安市委党校地形碎步点坐标及高程并用CASS7.0室内成图,获取市委党校地形图原始数据格式为.dwg,裁剪出党校餐厅局部地形图并另存为.dxf格式文件,在处理数据之前用到北京超图公司开发的SuperMap软件对CAD.dxf格式数据进行转换,输出为ArcView Shape文件。打开ArcMap添加.shp(点线面)文件,并结合ArcCatolog进行地理要素数据矢量化处理,根据实地采集的属性信息对相应地物要素进行属性字段编辑。处理流程见图1,操作过程见图2、图3、图4、图5所示。

2 二维GIS查询模块实现

二维查询模块需要有良好的人机交互界面;针对用户GIS水平不同,设计需操作简便人性化。本二维地图查询模块设计主要包括:Form窗体设计、属性表设计、查询窗口设计、属性显示窗口等。

图1 二维查询流程

图2 泰安市委党校餐厅CAD底图数据

图3 数据导入Supermap过程

图4 Supermap导出数据集

图5 矢量化前添加调入.shp(点线面)文件

2.1 界面设计

Form窗体设计:基本的桌面GIS应用程序框架构建主要使用工具箱中 ArcGIS Windows Forms︱MapControl、PageLayoutControl、ToolbarControl、TOCControl四个控件建立。

查询窗口设计:窗体控件使用ComboBox实现对相关地理信息选取,Listbox实现选取相关属性字段值。空间查询需要用到的接口主要包括IspatialFilter等,使用 spatial filter执行空间查询,常将其作为IFeatureClass:Search、IFeatureClass:Select或feature layers上相似方法的参数。需要设置Geometry(几何),GeometryField(几何字段)和SpatialRel(空间关系)属性。

属性表信息设计:一般专门用于属性的查询和设置的控件是 PropertyGrid控件,本实例采用DataGridView控件,以表格形式显示数据的方式。通过采用编程方式创建自己的单元格类型。通过选择一些属性,轻松地自定义DataGridView控件的外观。

属性信息显示设计:属性信息设计使用“Tree-View”控件实现,它可按树形结构来显示分层数据,例如目录或文件目录。通过编辑节点、绑定数据源实现对相关图层的属性查询。

符号化窗体设计:使用axSymbologyControl装载.ServerStyle符号库文件,首先在ArcGIS平台中用符号设计工具制作好需要的符号,保存为style文件,ArcGIS提供的Make ServerStyleSets.exe工具将ArcGIS Style文件转换为ArcEngine支持的ServerStyle符号文件。

2.2 功能设计

对于主要研究与空间位置有关的各种地理数据的GIS系统,空间查询与分析功能是它特有的并且也是最重要的一个功能,在二维地图实际应用中有:量度分析、数据查询、缓冲区分析、包含分析等。

此二维GIS应用程序主要实现了以下功能:

基本功能:可打开.mxd文件,添加.shp图层文件,地图浏览(放大、缩小、平移等),全图显示及量测(根据需要选择量测单位后测量长度面积)等功能。党校餐厅演示见图6。

属性与地图信息互查功能:查询下拉菜单实现了图查属性和属性查图两种功能。

属性信息查图通过打开地图数据录入显示图层及字段号选择实现查询功能。选定图层中的某个字段号,录入值,双击查询字段确定,相应的图层要素在右侧地图显示窗口会突出显示;图查属性功能通过用户点击图形显示区域感兴趣的地理要素(点线面),会弹出相应的属性显示,如图7所示。

符号化配置功能:实现了Arcmap的符号自由配置功能,根据项目需要调用符号文件,并根据category目录选取不同地物类型符号,实现了专业标准化地图符号配置。见图8所示:

应用程序对矢量化后的市委党校餐厅进行展示,属性查图被查区域即高亮显示;图查属性,选取要查询的区域,即弹出相关图层的属性信息。显示结果见图9所示:

图6 党校餐厅演示

图7 属性查图

图8 符号化功能

图9 图查属性

3 三维建模及漫游

3.1 三维场景建模方法介绍

当前三维场景建模的解决方案主要有两种:基于图形的建模与绘制(Geometry-Based Modeling and Rendering,GBMR)和基于图像的建模与绘制(Image-Based Modeling and Rendering,IBMR)[4-9]。

虚拟场景建模过程中,往往要在模型的细节度和复杂性之间寻求平衡,必要时用纹理代替模型细节。虚拟校园场景的开发主要分为两个阶段:第一阶段是针对校园内各个地上物体分别单独建模;第二阶段则是把所有已建模好的建筑物集成到虚拟环境中[10]。3DS Max软件结合VRML进行虚拟场景构建,达到优势互补的效果。

3.2 3D MAX软件简介

3D Studio Max,常简称为3DS Max或MAX,是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。目前在游戏动画、建筑动画、室内设计、影视动画等诸多领域应用广泛。具有功能强大,扩展性好、建模功能强大、操作简单、容易上手、与其它相关软件配合流畅效果逼真等诸多优势。

3.3 三维模型制作

模型数据来源于市委党校1:500数字线划图(DLG),通过全站仪野外实地测量并Cass5.0室内成图。贴图纹理由数码相机实地拍摄建筑物获取。其他相关属性及附属地物信息通过实地踏勘或党校提供。三维模型构建过程最重要的是地形和相关建筑物建模,整个建模任务包括地形建模、建筑物建模和附属地物建模。本实例具体模型制作过程主要包括以下几步:

第一步,将CAD数据进行处理得到建模地区线划图,裁出党校餐厅底图。

第二步,将CAD底图.dwg格式数据导入3DMAX。

第三步,非主要建筑物模型直接生成(选中外围墙线—修改—挤出—设置模型高度)。

第四步,模型贴图:建模过程主要用到标准贴图和多维/子对象贴图两种。(贴图纹理主要采用相机拍摄实地照片实现,通过PS后期处理获取所需要的材质贴图)。

第五步,建筑物细部模型制作。制作墙、门;楼梯、地板、楼层顶板、赋予墙、门相应材质;场景合并与调整,成组等基本操作。三维模型构建流程如下图10,效果图见下图11、图12。

图10 三维模型构建流程

图11 顶视效果图

3.4 VRML虚拟漫游

虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language,简称VRM L)可以描述三维物体及其行为,它是以虚拟现实为特征的3D Web技术的核心,集成文本、图像、音响、MPEG影像等多种媒体类型,并可以内嵌用Java、JavaScript等语言编写的程序代码。要实现用户和场景的基本的交互功能可以使用导航和检测器节点,但当需要动态产生一些较复杂的数据时,就要利用Java与VRML的结合以构建一个生动的、交互式的虚拟世界[11-12]。将3DS Max实例场景导出到VRML浏览器实现漫游效果,见图13所示。

图13 VRML漫游效果图

4 结 论

结合省科技厅科技攻关项目《泰安市委党校教学资源平台建设》之虚拟校园建设部分,通过实地测量及调研数据进行二维可视化模块构建及三维建模实现虚拟漫游效果,二维可视化模块实现对市委党校餐厅和礼堂的实时查询和可视化符号配置,三维场景构建则实现立体漫游直观形象且展示效果好,对实现虚拟校园建设意义重大。目前在GIS研究方面,二维可视化与三维虚拟漫游结合是数字化建设领域研究重点,本文实现了二维可视化与三维虚拟漫游立体展示,可操作性强,但三维虚拟场景漫游效果及二维可视化模块还有诸多功能需进一步探究和完善。

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