基于GoogleEarth 的三维数字浏览系统的设计与实现

宋宜容，严康文（青海大学地质工程系，青海 西宁 810016）

基于GoogleEarth 的三维数字浏览系统的设计与实现

宋宜容，严康文①
（青海大学地质工程系，青海 西宁 810016）

基于Sketchup的三维建模功能，在数字测图得到的校园地形图资料的基础上，建立校园三维模型；利用Dreamweaver开发出一个网页，实现GoogleEarth及校园模型的加载，以网页形式浏览校园的三维模型.以青海大学为例，建立了三维数字校园浏览系统，实现了全球共享三维数字校园资源，能够随时随地、无地域限制地对校园的虚拟三维场景进行浏览.

虚拟现实；数字校园；Sketchup；GoogleEarth；Dreamweaver

0　引言

数字校园是以现实校园为基础，以计算机网络技术、虚拟可视化技术和海量存储技术为支撑，充分运用3S［1］、通讯网络、数字摄影测量、多媒体等技术建立起来的不受时间和地域限制的校园网络信息数字环境.目前，数字校园有两个层面的含义：一种是基于传统校园的，以计算机网络技术为基础的信息管理手段，实现从资源（例如图书、课件、题库等）到活动（例如办公、教学、管理等）的整体数字化，从而提高校园的管理决策的效率和科研教学水平［2］；另一种是充分利用Internet技术、可视化技术和GIS技术将现实校园中的教学环境和三维实体在计算机中进行信息化和虚拟化，方便学校进行规划设计、资源管理和有效配置［3］.而本文研究的是后一种.

日本电信与京都大学、Stanford大学合作致力开发网上虚拟京都，发布城市信息，为社会提供服务.德国的Rostock，Stuagart大学建立了模拟系统，对一些城市的基础设施提供相关的查询、分析和显示功能［4］.国内一些高校已经开始逐步推广使用虚拟校园模式，天津大学早在1996年，在SGI（Silicon Graphics）硬件平台上，基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）国际标准，最早开发了虚拟校园［5］；香港理工大学、香港教育学院、香港职业技术培训学院、香港中文大学研究的类似系统实现了虚拟校园的部分功能［6］；北京大学建设的“数字北大”利用北大青鸟公司的GIS软件——Gc0 Union作为WebGIS服务器，实现了北大校园及周边环境的地图显示，基本信息浏览、查询及路径分析等功能；同济大学建筑学院的虚拟现实实验室，采用比较高端的设备，通过这些对建筑景观、结构进行相关的仿真，取得以往不能达到的效果；广西民族学院利用Flash制作了声音、图像合一的多媒体电子地图，对校园的主要建筑和一些景点及学校的各系部进行简介，非常具有特色；兰州大学通过利用SketchUp软件构建了兰州大学的虚拟校园场景［7］.

本文中介绍的三维数字校园浏览系统，以青海大学校园为例，充分利用Internet技术、可视化技术和GIS技术，将现实校园中的教学环境和三维实体的信息化和虚拟化，方便学校进行规划设计、资源管理的有效配置.

1　三维数字校园的实现

1.1数据获取主要包括数字地图、地物纹理信息、建筑物高度信息以及其他信息.数字地图数据的获取，本文中是以全站仪采集坐标数据，利用绘图软件绘制出青海大学的平面图，此法简单，快捷.地物纹理信息的获取，采用低像素数码相机对校园地物进行实地取景，采用低像素相机取景避免了模型数据量庞大的问题.采集建筑物高度信息，利用悬高测量方法进行测量，部分不重要建筑物采用层高乘以层数.其他信息包括学校的各院系图片、文字、视频介绍信息、在职教职工信息、在读学生信息、各教学行政部门的相关信息、楼层信息和面积信息等等.

1.2三维模型的建立本系统中选用Sketchup建立三维模型，主要包括建筑物、地形和校园环境的建模.建筑物建模首先在CAD中进行AutoCAD底图、剖面数据提取，然后利用Sketchup粗略建模，接着使用Adobe Photoshop进行建筑物纹理和贴图处理，最后在GoogleEarth中调整模型位置和尺寸，调整尺寸时尽量使模型和GoogleEarth中建筑物的影像吻合.图1为青海大学科技馆模型的定位.地形建模时，将全校的CAD图导入Sketchup后，运用成面工具，将道路、草地、操场等形成面，并贴上材质.为了减少地形模型数据量和增加模型美观性，我们采用Sketchup中自带的材质.校园环境建模即各种公共设施的建模，从GoogleEarth模型库中下载公共设施模型.

1.3数据库的搭建为了实现通过楼层数和楼层面积查询青海大学建筑物信息，需要建立一个数据库.本系统选择Microsoft Office Access建立此数据库.

本文中建立的数据库，包含LM、LC、MJ三个字段，这些字段分别代表建筑物的名字、楼层数、楼层面积.图2为所建立的青海大学建筑物信息数据库.

图1　青海大学科技馆模型定位

图2　青海大学建筑物信息数据库

2　浏览系统的研制

2.1网站搭建

2.1.1环境配置为了实现自由访问，需要安装设置Internet信息服务，即进行IIS（Internet Information Services）服务安装.

2.1.2服务器配置本浏览系统数据量非常庞大，因此需要对系统的数据分类管理.新建newgn的站点文件，在newgn中分别新建image、model、movie、flash、name文件夹，分别用于储存图片资料、模型资料、视频资料、flash资料、模型标记资料.站点文件建立后，导入图片、模型等各种资料.在Dreamweaver中进行站点的各种参数设置.

2.2网页制作本浏览系统的网页按功能分为主要网页、介绍网页和查询网页.主要网页即系统的主界面，主要网页设计的核心为嵌入GoogleEarth插件［8］.通过嵌入插件及代码的编写，可以调用GoogleEarth大部分的功能.主要网页按功能分为6大区域，由上至下分别为标题区、友情链接区、模型加载区、菜单区、视窗区和信息区.标题区通过插入flash实现校园主要风景的展示；友情链接区通过超链接实现浏览学校网站的主要网页；模型加载区实现校园三维场景及建筑物标记的加载；菜单区为主网页的核心，实现了查询、漫游视频浏览、浏览系统介绍以及GoogleEarth自带功能的调用等功能；视窗区为GoogleEarth显示区，图3为视窗区；信息区包含了本系统的相关信息，图4为信息区.

图3　视窗区

图4　信息区

介绍网页主要功能为介绍.包含系统介绍网页、数字校园漫游视频播放网页、院系视频介绍网页.查询网页主要实现建筑物楼层信息查询.

3　系统功能实现

3.1模型加载模型加载区由8个图标构成，从左至右分别为“地面”、“住宅楼”、“教学楼”、“行政楼”、“食堂”、“生活服务”、“附属”和“标记”.通过代码的编写，当点击相应功能图标时，系统调用model文件夹中的相应模型，加载到GoogleEarth中.实现地面模型加载的代码为：var link=ge.createLink（"）；var href= 'http://localhost/newgn/model/地面.kmz'；link.setHref（href）；var networkLink=ge.createNetworkLink（"）；networkLink.set（link，true，true）；ge.getFeatures（）.appendChild（networkLink）.

3.2查询功能查询功能分为位置信息查询和楼层信息查询.位置查询功能通过“飞到”菜单实现，可以查询校园主要教学楼、住宅楼、食堂、行政楼、生活服务区和运动场所等，并将视窗移到相应查询区域.实现该功能的主要思路为：将每个建筑物的位置信息储存为一个kml文件，通过调用这个kml文件，实现数字地球视窗区移到相应位置，从而实现查询功能.图5为“飞到”菜单.实现飞到农牧学院功能的一段代码为：.

楼层信息查询通过网页实现.其主要设计思路为，设计一个网页，允许用户输入各种楼层数和楼层面积的条件信息；点击统计按钮，网页将调用数据库，同时将结果显示在页面上.图6为查询界面.

图5　 查询界面

图6　“飞到”菜单

3.3漫游功能漫游功能分为手动漫游和视频漫游.手动漫游为通过GoogleEarth主界面的导航条，使数字地球向前、后、左、右移动，实现漫游功能.视频漫游通过“视频”菜单实现，其设计思路为，将相应区域数字校园的漫游视频嵌入网页中，通过超链接调用这些网页，播放漫游视频（图7）.

图7　青海大学西南角三维虚拟场景浏览网页

3.4介绍功能GoogleEarth服务器与用户客服端之间的信息反馈是通过最新的一种计算机技术来实现的，即xml语言.前文所述的储存位置信息的kml文件，其实质就是xml语言编写的信息反馈文件.本文中利用xml语言编辑器，对这种kml文件进一步进行开发编写，在其已有的位置信息的基础上，添加图片、文字、超链接的信息.通过图片文字，实现了基本的介绍，再通过超链接所链接的网页来进行视频介绍.例如：点击“南门”标记图标，会在视窗区域弹出一个信息页面，该页面实现了通过图片和文字对南门的简单介绍（图8）.点击“视频介绍”按钮，即可链接到观看南门介绍视频的网页.

图8　南门介绍页面

3.5其他功能本系统的其他功能主要是GoogleEarth自带功能，通过代码编写，调用此类功能.其他功能包括：显示/隐藏经纬度格网（图9）、隐藏/显示状态栏、隐藏/显示总览图、隐藏/显示比例图例、隐藏/显示大气层、查询Googleearth地图下载速率（图10）、系统简介（图11）和作者简介.

图9　“显示经纬度格网”功能演示

图10　“地图下载速率”功能演示

图11　“系统简介”功能演示

4　结论

1）在实现虚拟实现方面，国内外许多学者做了很多方面的努力，同时也提供了不同的方法.我们通过实践，为虚拟现实技术开辟了一条崭新的道路.即通过Sketchup软件和GoogleEarth的完美结合，利用GoogleEarth API函数的强大功能和Sketchup软件的强大建模功能，可以方便、快捷、有效地实现虚拟现实.

2）本研究使得虚拟实现技术不只停留在单机版，而是实现了网络共享版，具有较高的使用价值，是虚拟现实方面的重大突破.即通过Dreamweaver的网页开发功能，以及GoogleEarth提供的强大的二次开发API函数，使得通过Dreamweaver编制出的网页实现了GoogleEarth的大部分功能，以此实现了网络共享.

［1］路甬祥.数字地球与数字城市［J］.中国建设信息，2007（20）:23-25.

［2］赵学丽，张海燕.高职院校构建数字化校园问题探［J］.现代企业文化，2008，18（94）:165-166.

［3］刘海玲.基于WebGIS的三维数字校园设计与实现［D］.南昌：南昌航空大学，2011.

［4］常德海.基于Skyline的虚拟校园建设理论与方法研究［D］.开封：河南大学，2009:1-5.

［5］李沁蓉.基于VRML的虚拟佼园交互式漫游系统［D］.天津：天津大学，2006:1-9.

［6］MA J H，HUANG R H.University 21-an integrated education system［C］//International Perspectives on Tele-Education and Virtual Learning Environments.Burlington:Ashgate Publishing Company，2000:109-139.

［7］朱睿，刘勇，尹振良，等.基于KML和虚拟地球的三维数字校园研究——以兰州大学为例［J］.兰州大学学报：自然科学版，2012（6）:37-48.

［8］江宽.Google API开发详解:GoogleMaps与GoogleEarth双剑合璧［M］.2版.北京:电子工业出版社，2010:221-408.

［9］胡琼，张建，徐保东，等.Google Earth影像与同源Quick Bird影像在城市土地利用分类上的对比研究［J］.华中师范大学学报：自然科学版，2013,47（2）：287-291.

（责任编辑游俊）

Design and implementation of three-dimentional digital campus browse system with GoogleEarth

SONG Yirong，YAN Kangwen
（Department of Geology Engineering，Qinghai University，Xining 810016，China）

Based on the 3D modeling capabilities of Sketchup and map gotten by digital mapping，we set up a 3D model of university，developed a web page using Dreamweaver，achieved the loading of GoogleEarth and the model of university，and realized browsing university three-dimensional model in the form of web. Taking Qinghai University for instance，it developed three-dimensional university campus browsing system in the form of web，achieved a global shared 3D viewing system of university，and browsed a virtual threedimensional scene of the university anytime with no time limits and no geographical restrictions.

virtual reality；digital campus；Sketchup；GoogleEarth；Dreamweaver

TP391.9；K992.9

ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2015.02.003

1000-2375（2015）02-0107-05

2014-06-16

青海大学大学生科技创新基金项目（2011-QX-34）资助

宋宜容（1964-），女，副教授，E-mail：1260376173@qq.com