三维数字校园综合信息服务平台

薛永龙等

摘 要：计算机科学技术的发展有利地推动了二维地理信息系统的研究成果向三维可视化空间的拓展，三维虚拟系统已然成为地理信息系统的重要组成部分。本系统以防灾科技学院为对象，结合Visual C#开发环境与SuperMap Object.Net 组件式GIS平台，基于真三维立体显示和地理信息系统等技术实现校园三维虚拟浏览，使用户直观高效地对地理信息数据进行浏览。三维校园系统另有智能化的POI查询定位功能和360度全方位浏览，是虚拟校园建设的革命性突破。

关键词：3D GIS；SuperMap；三维校园

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

与二维GIS相比，三维GIS具有对空间信息的直观可视化表达、可进行多维度上的空间分析等优势。这几年国内学术界及产业界表现出了对该技术的高度重视，国内已掌握了世界一流的真三维技术。另一方面，近年来信息科技的迅速发展推动了我国校园信息化建设的飞速发展，计算机科学技术与网络技术在高校改革与发展过程中担任起至关重要的角色。集成校园导航、招生宣传、校园信息化管理的新一代三维数字校园系统成为校园门户网站不可缺少的重要栏目，对学校的形象宣传、招生宣传、信息化管理将产生重要的作用。综上所述，研究三维数字校园具有重要意义。

1 系统总体设计

本系统以防灾科技学院为对象，结合Visual C#开发环境与SuperMap Object.Net 组件式GIS平台，基于真三维立体显示和地理信息系统等技术实现校园的三维虚拟浏览。SuperMap Object.Net 组件式GIS平台以其独有的优势——直观快捷地展示地理信息，使用户直观高效地对地理信息数据进行浏览。下面是系统结构图：

系统关键技术分析：本系统主要采用HTML+JavaScript开发环境与SuperMap云GIS软件开发平台及MVC设计模式和面向对象开发方法进行系统功能开发。并利用超图的SuperMap iServer服务，该服务是基于跨平台GIS内核的云GIS应用服务器，具有支持二三维一体化地图缓存，提供二三维一体化的服务发布、管理与聚合功能，提供多层次的扩展开发能力，采用面向服务的地理信息共享方式，用于构建SOA应用系统和GIS专有云系统。并通过使用3DMAX软件建立校园实体模型。面对现有硬件系统内存有限，本系统特别采用了场景缓存这一新技术。场景缓存是基于整个场景生成的缓存，通过一次操作，即可将已经加载到场景中的不用类型的数据图层生成不同类型的缓存。系统可以通过发布场景的缓存能够使数据在桌面上快速的加载与显示、使客户端上浏览更高效。但是由于一个场景缓存只能完成单一功能，因此在本系统中，为了实现3D浏览的同时还能对地图进行属性查询等操作，我们采用同时发布两个场景缓存的技术来解决以上问题。

2 系统数据制作

2.1 数据采集整理

数据是GIS中的核心。基于GIS平台开发的三维校园系统，其数据主要由道路、建筑等基础设施组成。数据采集工作始于测量防灾科技学院实物数据，制作校园底图，配准并添加到数据库当中。三维数字校园数据库中的数据主要由空间数据和属性数据两部分构成，其中空间数据主要用于对地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系的表达，而属性数据则是描述地图上实体要素特征的数据。根据系统需求分析，我们对实物属性数据结构做出合理的设计。

2.2 图片采集处理

采集的图片主要用于模型制作当中的贴图和数据发布当中的建筑实物图。由于拍照时受外界环境影响，图片不能直接作为贴图使用，需要运用PS等图片处理软件进行调校。另一方面，拍照取景时，可能受到拍摄角度限制、来往行人等因素影响，照片也需要用PS进行相应的处理。

2.3 模型制作

三维模型构建的常用方法有三种，一是使用SketchUp、3DMAX等软件手工建立目标场景模型数据并渲染，将场景整合到GIS系统中；二是根据高程字段拉伸2DGIS中矢量数据进行批量建模并进行纹理贴图；三是利用数字摄影测量技术进行三维建模。利用SuperMap 系列软件对二维的平面数据进行拉伸，批量建模并进行纹理贴图，这种建模方式建模成本低，周期短，但是精度较低，适合应用于建筑数量较多又不需要精准建模的城市场景；通过使用3DMAX等软件手工建立目标场景模型数据，通过SuperMap的相应数据导入功能添加到场景当中，这种建模方式所做模型精度高，但是成本高，周期长适合应用于建筑数量少对模型精准要求高的场景；利用数字摄影测量技术进行三维建模在周期和成本上都要高于前面两种主要是对精度要求较高的模型进行建模。这里采用第一种方式建立模型。

2.4 场景发布

场景是以抽象的三维球体模拟现实的地球，它能够将从现实世界抽象出来的地理事物展示在球体上进而更直观形象地反映地理事物的实际空间位置和相互关系。场景提供了相机的设置，用于对球体进行角度观测、方位观测、范围观测，从而以不同的视角呈现地理实物的不同部位。防灾科技学院的场景是作为三维球体上的一部分进行建立的，在建立场景时，考虑到场景的显示效率及效果，场景中一些固定且数量较多的实物通过建立三维符号减少数据复杂程度，其部分实物通过场景缓存添加。

3 系统功能模块实现

本系统中，我们实现了四大功能：定位、量算、飞行和天气模拟。定位功能中，使用命名空间SuperMap.Web.Realspace中的Camera类，创建对象，设置其经纬度以及高度值等属性，最后使用FlyingOperator命名空间中的flyTo方法定位到查询的相应位置，实现了定位功能。量算功能中，使用命名空间SuperMap.Web.UI.Action3Ds中的MeasureDistance类和MeasureArea类，创建对象，通过对象的onClick方法和onDbClick方法对量算过程进行监听，并完成量算过程。飞行功能中，需要提前使用SuperMap iDeskpro制作好飞行路线和节点，导出为一个飞行文件，程序中调用此文件，获取到已有的节点的经纬度以及相机方向等信息，设置速度，通过调用定位功能，实现节点与节点之间的飞行，给人一种在模型间穿梭飞行的真实感觉。天气模拟功能中，使用命名空间SuperMap.Web.Core中的GeoParticle类，创建对象，设置对象参数，分别为雨、雪等类型，并设置粒子的宽度、高度以及每秒产生粒子的个数等参数，最后设置粒子的三维要素类，形成三维天气模拟。

4 总结及展望

文章对真三维技术应用于三维数字校园综合信息服务平台进行了探索，并在自身的实践基础上，对校园地理信息系统的结构和功能设计做了一系列的探索，使该系统成为一个比较完善的校园信息管理系统，希望能为学校的教学和管理做出贡献，成为数字化校园的一部分。同时由于本系统在数据库维护、网络版平台的开发等功能上还存在一些问题，在今后的研究中将做进一步改进。

参考文献

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