基于Supermap的数字校园三维可视化实现

罗火钱 侯才水

摘要：以福建水利电力职业技术学院新校区为例，基于SuperMap Desktop 8C软件，结合3ds Max三维建模功能，着重阐述了数字校园基础数据的获取与处理、三维模型的建立、模型的纹理贴图与渲染、三维模型整合、三维场景创建，设置飞行路线制作视频录像的具体流程，实现了具备放大、缩小、漫游等功能的数字校园三维可视化。

关键词：SuperMap；三维建模；数字校园；三维场景

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0092-02

数字校园是数字地球、数字城市在校园区域的具体体现，是现实校园时间与空间的延伸和扩展。“三维校园”概念是由美国克莱蒙特大学教授凯尼斯·格林在1990年发起并主持的“信息化校园计划”中提出的[1]。三维的数字校园建模是校园可视化的一个重要方面，通过建立视觉逼真的三维虚拟校园，可将真实的校园景观全方位、立体地展现在用户面前[2，3，4]。本文以福建水利电力职业技术学院新校区为例，基于SuperMap软件，通过三维场景建模的表现方式，直观、形象、生动地展现真实的校园，实现三维场景放大、缩小、漫游等可视化，辅以视频录音方式解读校园三维场景，更好地宣传学校，并帮助报考人员和新生、校友、家长全面地了解学校。

1 校园概况

福建水利电力职业技术学院创办于1929年，地处中国魅力城市——永安，新校区占地总面积1062亩，建筑面积17.18万平方米。校园内地形起伏，总体形成四周低中心高的格局，如图1所示。本文主要研究新校区北大门、生活区、体育馆、教学区等建筑楼群和主要道路的三維建模，实现了校园三维可视化，并结合校园文化辅以视频录音解读校园。

2 三维数字校园实现平台

2.1 三维建模操作平台

本研究采用的3ds Max 2012拥有先进的渲染和仿真功能、更强大的绘图、纹理和建模工具集以及更流畅的多应用工作流。

2.2 三维可视化平台软件

SuperMap GIS 8C（2017）是超图软件全新架构的新一代云端一体化GIS平台软件，基于跨平台、二三维一体化、云端一体化三大技术体系，提供功能强大的GIS云管理器、云GIS门户平台、GIS应用服务器与GIS分发服务器，以及丰富的PC端、Web端、移动端产品与开发包，协助客户打造强云富端、互联互享、安全稳定、灵活可靠的GIS系统[5]。

3 数字校园三维可视化实现过程

数字校园三维可视化实现过程包括基础数据的获取与处理、三维模型的建立、模型的纹理贴图与渲染、三维模型整合、三维场景创建，设置飞行路线制作视频录像等。

3.1 数据获取及处理

本文以福建水利电力职业技术学院为例建立三维数字校园，需要收集的数据包括：1：500的校园地形图、建筑物的高度数据、校园地物地貌纹理数码相片及其属性信息数据。

3.1.1 校园1：500的地形图

本文主要依据校园CAD图来构建三维数字校园，该CAD图是根据学校实际建筑进行测量、绘图，比例尺为1：500。CAD图内容包括：生活区、食堂1、食堂2 、综合楼、体育馆、北教、南教、学院地形图以及学院总平图。

3.1.2 建筑物的高度数据

建立建筑物三维模型所需的地形地物平面坐标来源于校园CAD图以及Google Earth上校园所处位置标注，而建筑物的高度数据主要根据建筑物层数估算。即统计校园内各建筑物的层数以及该建筑物楼每层楼的高度，将每栋楼层数×每层楼高计算得到该建筑物的大概高度数据。

3.1.3 校园地物地貌纹理数据

校园地物地貌纹理数据主要指图片数据。本研究中地貌纹理数据取自Google Earth上高分辨率的遥感影像图片；地物纹理数据来自像素较高的数码相机拍摄高清照片。拍照时，根据建筑物特点，重点拍摄建筑物的每一面墙、每一扇窗；在立面变化处重点拍摄呈现过度的纹理；最后将所有纹理数据进行分类整合、编号，利用 Photoshop软件对纹理数据进行自由变换等处理。校园地物主要分为两类，建筑物（校园整体包括宿舍区、食堂、综合楼、体育馆、北教学楼、南教学楼等）和道路交通（道路及路面）。

3.1.4 属性信息数据

属性信息是对地物非空间特征的描述，包括文字属性、图片属性、声音属性、影像属性等。本研究在创建纹理数据和地形数据时，将三维场景中模型的属性使用键盘录入方式输入，如楼的名称、高度、功能等。

3.2 数字校园三维可视化

本文校园三维可视化实现过程，主要如图2所示，即将校园CAD图导入3ds Max三维建模，对模型进行贴图附材质，安装Max插件，实现3ds Max三维模型在Supermap中生成数据集，按照校区坐标导入Supermap，设置飞行路线，从而导出三维场景。

3.2.1 三维模型建立

将CAD文件导入3dsMax2012版本软件，然后通过描绘地形图的建筑轮廓底图，形成闭合图形，最后根据轮廓线形成的建筑物拉伸，得到建筑物的造型结构，在其基础上绘制门、窗等，要求精细制作，绘制出建筑物的三维模型。

3.2.2 模型的纹理贴图与渲染

绘制出建筑物的模型后，需要给三维模型的表面或内部赋予上纹理贴图，使其更加真实，材质贴图会影响到三维景观的视觉效果。利用3dsMax材质贴图对建模赋予纹理。

3.2.3 三维模型整合

将建立好的三维模型，依据学院总体分布进行整合；安装MAX插件，将整合好的三维模型生成数据集，导出为udb格式文件，如图3所示。

3.2.4 三维场景创建

将生成的数据集在SuperMap iDesktop 8C软件中打开，加载至新球面，在普通图层上添加.kml文件，即创建出福建水利电力职业技术学院数字校园三维场景，效果如图4所示。

3.2.5 飞行路线设置

调整三维场景位置，按照校区建筑物分布格局，从北大门出发，沿着道路，依次添加飞行站点，设置一条供人参观食堂、综合教学楼、学生宿舍区、体育馆、北教、南教的路线，调整飞行路线的飞行速度、高度并保存，从而实现校园全方位三维可视化，飞行路线站点如图5所示。本文制作的飞行路线，实现了场景全方位展示；飞行过程中达到飞行平稳，转弯平滑，观感舒适的效果。

4 结语

本文以福建水利电力职业技术学院为例，采集并处理校园数字建筑纹理贴图、基础测绘数据，将校园的二维矢量数据导入3dsMax软件，针对不同的地表实体用不同的建模方法进行具有真實感的三维建模，结合SuperMap三维可视化软件平台实现数字校园可视化应用。使用SuperMap iDesktop 8C sp1中的“性能诊断工具”和生成场景缓存来优化场景性能，三维漫游操作时无明显卡顿现象，优化后达到开启帧率后，平均帧率达到30帧以上，但地形建模效果需要再加强。该成果可让用户全面地了解校园的分布格局，为新生快速熟悉学习和生活环境提供便利；可使学院风光更加直观的呈现出来，使更多人可以足不出户就能参观学院，加强了校园文化的对外宣传作用。既填补学院三维场景的空白，同时为将来校园导航系统建设、二三维一体化的数字校园服务系统建设奠定基础。

致谢：感谢本文研究过程中计算机1431班学生郭华鑫、黄家朋、徐星友的积极参与。

参考文献

[1]SDEES D.The Virtual University：Organizing to Survive in the 21th Centry[J].The Journal of Academic Libraraninship，2001，1（27）：3-14.

[2]郭雨龙，蔡先华.基于Google Skechup的三维虚拟校园的建立[C].第十三届华东六省一市测绘学会学术交流会论文集，2011.

[3]吴文静.SketchUp与ArcGIS在三维数字校园中的应用研[D].东北大学，2012.

[4]赵雨琪，牟乃夏，张灵先.利用CityEngine进行三维校园参数化精细建[J].测绘通报，2017，（01）：83-86.

[5]王少华.超图平台软件创新：SuperMap GIS 8C简介[J].地球信息科学学报，2016，18（1）：141-142.