基于Google SketchUp的云南师范大学呈贡校区三维模型的设计与实现*1

张　琰，李晋军，何　凯

(1.昆明市国土资源信息中心，云南 昆明　650051； 2.丽江市国土资源局，云南 丽江　674100)



基于Google SketchUp的云南师范大学呈贡校区三维模型的设计与实现*1

张琰1，李晋军2，何凯1

(1.昆明市国土资源信息中心，云南 昆明650051； 2.丽江市国土资源局，云南 丽江674100)

摘要：以云南师范大学呈贡校区的三维模型的构建为例，探讨了基于Google SketchUp的三维校园模型的建立方法，即以Google Earth影像为数据源，以SketchUp为三维建模工具，实现了云南师范大学呈贡校区三维数字校园的可视化与简单交互，并着重从模型的建立、纹理数据的采集及处理、模型的渲染、发布与显示方面进行了论述。

关键词：数字校园；三维建模；Google Earth；Google SketchUp

0引言

近年来，随着GIS技术的发展，各种基于GIS的应用如雨后春笋迅速蓬勃增长，校园GIS作为其中的一个应用领域发展迅速，GIS技术渗入到校园管理的方方面面。利用数字虚拟校园进行校园的管理具有效率高、方法丰富、区域广泛的特点，是校园规划和设计的一种全新手段，不仅能自然、真实、形象地表达现实世界的对象，还能拓展现实校园的时间和空间维度，从而扩展其功能。传统的校园GIS多是基于2D平面地图或遥感影像地图设计开发的，然而这样的应用已难以满足学校对外招生宣传、校园管理、导航等多方面的需求[1]。随着GIS三维建模、虚拟现实、计算机网络等技术的发展，三维虚拟校园的应用已逐步形成，并成为人们关注的重点[2]。国内外许多大学都已进行了相应的建设，如美国的北卡罗来纳大学、辛辛那提大学、圣何塞州立大学、斯坦福大学、加利福尼亚大学等都有比较完善的三维数字校园[3，4]，加拿大多伦多大学、澳大利亚墨尔本大学等多所高校都建立了三维校园系统；在国内许多大学都建立了自己的校园三维展示平台。

三维校园模型的建设可以让浏览者直观、形象的认识校园的情况，三维校园平台在视觉上提供了更加具有空间层次感的体验，对事物的感知更加容易，让使用者有身临其境的感受[5]，校园中的教学楼、办公楼、宿舍楼、图书馆等每一栋建筑以及树木、花草、道路、水体等每一景象都能栩栩如生展现在眼前。目前，三维模型已经能够实现网上发布，将三维校园嵌入到学校网站或其他公共网站不仅有助于提升学校自身形象的宣传，而且有助于大众了解学校的环境。

1研究方法与技术路线

1.1研究方法

本文主要采用Google公司开发的三维建模软件——Google SketchUp进行模型构建。它与Google Earth相结合，充分利用Google Earth的地形和影像数据，能较好地展示研究对象的地理位置、区位、形象等相关信息。

1.2技术路线

利用Google SketchUp建立三维校园模型的流程(见图1)为：

第一步，要确定校园的区域位置，并获得该研究区的高分辨率卫星影像数据；

第二步，在综合利用已有的图件资料和测量手段的基础上，绘制主要建筑物的平面图；

第三步，获取建筑物的高度信息，并利用相机对建筑物进行拍照，采集建筑物表面纹理，用Photoshop CS3软件对纹理图片进行处理，在SketchUp软件中构建建筑物三维模型；

第四步，基于研究区的地形及影像建立相应的三维场景；

最后，在Google Earth中进行融合并显示。

图1　校园三维建模的技术路线图Fig.1　Technology roadmap of 3D campus modeling

2数据收集与处理

数据是三维建模的基础，首先基于Google获取学校范围的卫星影像数据，如图2所示。

图2　学校遥感影像图Fig.2　Remote sensing image of campus

然后对卫星影像数据进行校正处理，选定需要建立三维模型的目标区域，如图3所示。

图3　目标区域图Fig.3　Image of target area

在此基础上，对所需要的建筑物数据进行矢量化，生成相应的矢量底图，如图4(a)所示。同时，利用GPS-RTK和全站仪采集必要控制点信息，使用数码相机获取建筑物等的外观信息成果如图4(b)所示，利用全站仪测量获得建筑物高程数据。数据可采用多种方式或软件进行处理，但由于不同的三维建模软件支持的数据格式有所差异，建议利用SketchUp中的画面工具处理建筑物的矢量化，将楼体的大致轮廓勾勒出来。

图4　建筑物矢量底图及外观照片Fig.4　The vector map and photo of building

3三维建模

3.1建筑物三维建模

在SketchUp软件中导入卫星影像数据，进行模型的初步构建。首先利用SketchUp提供的推拉工具根据测量得到的建筑物高度，将已经处理好的矢量建筑物图由平面拉伸为立体面；然后根据数码相机拍摄的建筑物纹理照片以及现场考察时的记录信息，完善该建筑物的细节结构特征，如图5所示。完成模型结构的建造后，利用SketchUp的纹理贴图及上色功能根据建筑物实际纹理对建筑模型进行贴图上色。

3.2纹理处理及渲染

纹理数据的获取在整个建模过程中极为重要，SketchUp中的推拉工具可清楚的展示出整个建筑的轮廓，但要更加逼真的展示模型，需要给模型添加纹理数据。在纹理数据的采集过程中，要选择光线明亮柔和的时候进行拍摄，并选好拍摄角度，尽量将照片拍得清晰，不倾斜[6]。

三维模型的渲染是指纹理贴图的过程，纹理贴图就是添加物体表面的纹理图片，改变表面每一处的外观，使物体本身更接近真实物体的效果。本文采用的方法是将Photoshop处理后的纹理加入SketchUp中材质库中，将对应的纹理照片贴在相应的墙面上，得到渲染后的模型。在SketchUp中贴图，主要采用的是“颜料桶”工具，先选择处理好的纹理数据，调整好颜色亮度等，然后再使用“纹理/位置”工具用定位图钉对位置进行调整，便可得到渲染后的模型，如图6所示。

图6　渲染后的模型图Fig.6　The rendered model

3.3场景建立及渲染

利用SketchUp创建地形的方法主要有两种:一是根据等高线创建，二是根据网格创建。本文采用网格创建地形的方式，具体方法为：先创建网格，然后利用“曲面拉伸”工具对网格进行创建，在创建的过程中，可对曲面半径进行调整以得到想要的结果，再利用“软化/平滑边线工具”对地形进行软化平整，在此基础上再对地形进行柔化边线处理，得到结果如图7所示。

图7　三维场景图Fig.7　3D Secne

场景的渲染和建筑物的渲染一样都要使用颜料桶，将柔化的地形赋予植被的颜色，湖面赋予水纹的颜色，并添加做好的树木模型，得到接近真实的场景，如图8所示。

图8　渲染后的场景图Fig.8　The rendered scene

将之前制作好的建筑物模型导入场景中，便可得到完整真实的场景，如图9所示。

4校园三维模型的发布与共享

模型建立好以后，打开对应的局部卫星影像图，将已经建立好的模型导入影像图上，进一步通过“旋转”“平移”“缩放”命令，将模型摆放在精确的位置。现以制作好的场景为例，首先下载地物及场景局部卫星图，在SketchUp中选择“文件—导入”，导入已经制作好的场景三维模型，点击“旋转”“平移”“缩放”按钮，不断调整模型的位置，最终将模型精确摆放在相应的位置，如图10所示。

图9　 真实三维场景图Fig.9　Real 3D scene

图10　三维校园图Fig.10　3D campus

5结束语

校园三维模型的建设丰富了传统2D地图的表达模式，不仅使浏览者对校园有了身临其境的感受，而且也为学校管理者更好的规划校园提供了技术支撑。本文从单个建筑物的三维建模到整个景观场景的构建进行了一定的探索，后续还有很多内容如建筑物内部室景的建立、三维查询管理系统的开发等有待进一步完善。

[参考文献]

[1]唐华林，周丽芳，范冲.基于Google Earth与Sketchup的3维数字校园[J].测绘与空间地理信息，2011，34(5)：182-184.

[2]施贵刚，程效军.网络虚拟校园三维建模方法研究与实现[J].工程图学学报，2008(2)：83-88.

[3]Kevin Sprague，Ericde Kemp，Winston Wong，etal.Spatial targeting using queries in a 3-DGIS environment with application to mineral exploration[J].Computers & Geosciences，2006，32(3)：396-418.

[4]M.L.MendoncaSantos，C.Guenat，M.Bouzelboudjen，etal.Three-dimensional GIS cartography applied to the study of the spatial variation of soil horizons in a Swiss floodplain[J].Geoderma，2000，97(3)：351-366.

[5]单楠.基于Sketchup和ArcGIS的三维GIS开发技术研究[D].重庆：西南大学， 2009.

[6]W.Moussa，D.Fritsch.A Simple Approach to Link 3D Photorealistic Models with Content of Bibliographic Repositories[C].Digital Heritage-third International Conference，2010，6436：482-491.

Design and Implementation of 3D Model in Chenggong Campus of Yunnan Normal University Based on Google SketchUp

ZHANG Yan1，LI Jin-jun2，HE Kai1

(1.InformationCenterofLandandResourcesofKunmingCity，KunmingYunnan650051，China; 2.LijiangBureauofLandandResources,LijiangYunnan674100,China)

Abstract：Taking the construction of 3D model in Chenggong campus of Yunnan Normal University for example in this paper， the method of 3D campus modeling based on Google SketchUp is discussed.By using Google Earth images as data source and SketchUp as 3D modeling tool，the simple visualization and interaction of 3D digital Chenggong campus of Yunnan Normal University is achieved.And this paper focus on the modeling， texture data collecting and processing， model rendering，and model publish and display.

Key words：digital campus；3D modeling；Google Earth；Google SketchUp

* 收稿日期：2016-02-25

中图分类号：P 208； P 209

文献标识码：B

文章编号：1007-9394(2016)02-0032-03

作者简介：张琰(1982～)，女，贵州六盘水人，硕士，工程师，主要研究方向：基于GIS的应用、国土资源信息化建设。

地矿测绘2016，32(2)：32～34

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources