【摘 要】文章以西安某高校為例，運用SketchUP軟件建立三維幾何模型，通過南方CASS、Photoshop及ArcGIS等軟件的協(xié)同處理，建立三維數(shù)字校園模型，實現(xiàn)校園規(guī)劃三維電子化顯示、信息查詢及動態(tài)演示，以期為高校建設(shè)規(guī)劃電子化進(jìn)度及大學(xué)生生活學(xué)習(xí)載體多元化發(fā)展提供理論依據(jù)，并對以后三維數(shù)字校園系統(tǒng)的開發(fā)提供基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字校園 三維建模 GIS SketchUP

傳統(tǒng)的校園二維規(guī)劃圖雖然信息表達(dá)方面較全面，但是不能形象直觀地顯示校園的整體規(guī)劃。筆者基于圖形處理南方CASS、SketchUP、Photoshop及ArcGIS等軟件的協(xié)同使用，建立西安某高校三維數(shù)字校園模型，并對三維數(shù)字校園相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，以期為三維數(shù)字校園系統(tǒng)的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

三維數(shù)字校園設(shè)計

以西安某學(xué)校為例建立三維數(shù)字校園的三維場景，其基本流程為：①使用南方CASS圖形處理軟件處理規(guī)劃平面圖，提取高程矢量數(shù)據(jù)建立不規(guī)則三角網(wǎng)DEM，并導(dǎo)入Arcsence中，生成三維地貌模型即TIN模型；②使用三維建模軟件SketchUP建立三維地物模型；③使用ArcCatalog建立個人數(shù)據(jù)庫，預(yù)設(shè)屬性字段；④將TIN模型和三維地物模型分層導(dǎo)入Arcsence中，進(jìn)行匹配集成生成三維數(shù)字校園。

三維數(shù)字校園的構(gòu)建

1.三維地貌模型

數(shù)字地形模型DTM是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。即用三維坐標(biāo)X，Y，Z表示區(qū)域內(nèi)的地形地貌，X，Y為平面坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)，當(dāng)Z表示高程并當(dāng)作地形屬性時，即為數(shù)字高程模型DEM[1]。DEM用函數(shù)的形式描述為(式1)：

vi=（xi,yi,zi） （i=1,2,3…n） 式1

其中(Xi，Yi)是平面坐標(biāo)，Zi是對應(yīng)的高程。當(dāng)該序列中各平面矢量的平面位置呈規(guī)則格網(wǎng)排列時，其平面坐標(biāo)可省略，此時DEM就簡化為一維矢量序列｛Zi,i=1,2,3,…n｝。

本文采用西安某高校的規(guī)劃平面圖作為原始數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后生成TIN（Triangulated Irregular Network）模型，具體步驟是：⑴用圖形處理軟件南方CASS打開規(guī)劃平面圖，清理圖層，只保留地物的圖形數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)；⑵使用南方CASS軟件中提取高程矢量數(shù)據(jù)功能，提取處理后圖形的高程矢量數(shù)據(jù)，生成.dat的無編碼數(shù)據(jù)；⑶將.dat的文編碼數(shù)據(jù)加載到南方CASS中生成不規(guī)則三角網(wǎng)DEM，并對三角網(wǎng)進(jìn)行修剪，然后另存為Arcsence的默認(rèn)矢量文件；⑷將另存后的默認(rèn)矢量文件加載到Arcsence中生成TIN模型。

2.三維地物模型

三維數(shù)字校園的地物模型主要包括：建筑物、道路、植被、水系及公共設(shè)施。建立三維地物模型步驟有：⑴將規(guī)劃平面圖導(dǎo)入ArcMap中，添加統(tǒng)一的坐標(biāo)系，為了后期在Google SketchUp中建模時具有統(tǒng)一的空間參考，方便地形與地物的匹配集成；⑵將其在導(dǎo)入到Google SketchUp中，并建立建筑物、道路、植被、水系和公共設(shè)施等圖層，達(dá)到可以分層顯示三維模型的目的；⑶在對應(yīng)的圖層中建立相應(yīng)的三維模型；⑷使用圖像處理Adobe Photoshop 軟件對采集的紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行剪裁、拉伸、變換等處理，貼在三維模型上，使三維模型的顯示效果更接近實體。

3.個人數(shù)據(jù)庫

三維數(shù)字校園使用ArcCatalog建立個人數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中添加元素，并對元素的屬性字段進(jìn)行預(yù)設(shè)[2-4]。三維數(shù)字校園的數(shù)據(jù)庫建立中，元素的添加數(shù)量與Google SketchUp中的模型層數(shù)一致，即應(yīng)添加建筑物、道路、植被、水系及公共設(shè)施等的元素，然后分別預(yù)設(shè)這些元素的屬性字段。然后將Google SketchUp中建立的三維模型一一對應(yīng)的分層導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

4.三維地貌地物的匹配集成

在構(gòu)建三維數(shù)字校園時如果將地物和地形不進(jìn)行匹配集成，就會出現(xiàn)地物懸于地形上方飄浮在空中、地物鉆入地下的各種異常現(xiàn)象。當(dāng)?shù)匚飸矣诘匦紊戏斤h浮在空中時，一般采用修改地物模型的方法來實現(xiàn)地物與地形的匹配。在地物鉆于地下或者大范圍水平基準(zhǔn)面相同的情況下，可以通過修改地形模型的局部改造來實現(xiàn)地形與地物的匹配。當(dāng)?shù)匚锩芏容^大地形較為復(fù)雜時，地物模型與地形模型之間可能會出現(xiàn)大面積的不匹配現(xiàn)象，地形模型與地物模型匹配的工作量會相應(yīng)增加，所以我們一般情況下是對地形模型進(jìn)行分塊處理，將每塊地形內(nèi)的地物與地形進(jìn)行匹配，最后再將各塊地形進(jìn)行整體合并，這樣就可以實現(xiàn)一個完整的地形與地物匹配模型。

三維數(shù)字校園的實現(xiàn)

將三維地形和地物進(jìn)行匹配后，三維數(shù)字校園的模型建立完成，將數(shù)據(jù)庫中的各項元素加載至ArcScene中，以ArcScene為平臺進(jìn)行三維數(shù)字校園的三維顯示，在ArcScene中，實現(xiàn)三維數(shù)字校園的平移、縮放以及漫游等功能，直觀地表達(dá)校園的整體三維效果，也可以設(shè)置飛行路徑瀏覽校園內(nèi)的風(fēng)景，對校園內(nèi)的地物進(jìn)行屬性信息的查詢。

建立三維數(shù)字校園以期為高校建設(shè)規(guī)劃電子化進(jìn)度及大學(xué)生生活學(xué)習(xí)載體多元化發(fā)展提供理論依據(jù)，并對以后三維數(shù)字校園系統(tǒng)的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

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[3]孫偉韜．基于ArcGIS與SketchUP等景觀規(guī)劃快速表現(xiàn)技術(shù)[J].華東森林經(jīng)理,2011,25（2）:86-88.

[4]黃銘,肖明虹．基于SketchUP和ArcGIS的三維場景構(gòu)建技術(shù)研究[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化,2011,194（10）:51-53.