【文章內(nèi)容簡介】 圖 23：控制點配準(zhǔn)數(shù)據(jù) （ 3）在 Arccatalog內(nèi)新建圖層，并在 ArcMap軟件里分圖層進(jìn)行矢量化，并添加對應(yīng)屬性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。 校園建筑物三維模型的建立 校園的建筑物 (主要是樓房 )在二維電子地圖中表現(xiàn)為面狀對象，只能反映樓房底面分布的平面坐標(biāo)信息，并沒有建筑物高度和其外結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，因此，要對這些數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地物進(jìn)行建模非 常困難。 Autocad 底圖的生成 三維模型的建立就好像建筑工地施工一樣，必須有原始的資料 ,在校園里的數(shù)據(jù)主要是地形和地物的數(shù)據(jù) [8]。由于華北水院校園地形的數(shù)據(jù)不太復(fù)雜，我們采用過去的學(xué)校平控制點 2 控制點 4 控制點 1 控制點 3 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 46 頁 面規(guī)劃設(shè)計圖。由于無法獲取每棟建筑物的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，不能與地理坐標(biāo)關(guān)聯(lián)。這時我們可以通過相對坐標(biāo)創(chuàng)建點的方式進(jìn)行建模，展現(xiàn)三維場景中的相對位置關(guān)系，而不考慮實際地理坐標(biāo)。 通過數(shù)據(jù)預(yù)處理后，將矢量化好分好層的圖層導(dǎo)入到 CAD 軟件中，利用 ArcGIS 自帶的 Arctoolbox 工具箱里的 conversion tools—toCAD—Export to CAD，將 shape 文件轉(zhuǎn)化成CAD 文件（如圖 24），為下一步的 3dmax 建模作準(zhǔn)備。 圖 24： shape 文件轉(zhuǎn)換成 CAD文件后圖 3dmax 三維模型的創(chuàng)建 創(chuàng)建三維景觀模型是三維虛擬 GIS 空間數(shù)據(jù)庫組建的最關(guān)鍵的一步，模型創(chuàng)建的好壞直接影響到三維數(shù)字校園的整體效果 [9]，模型的創(chuàng)建過程采用 3dmax 建模軟件完成（如圖25 所示）。 對于建筑物，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，花園校區(qū)區(qū)內(nèi)建筑物將近 60 幢，如果對所有建筑物都采用 3dmax 建模的話，不僅時間成本太 高，系統(tǒng)在渲染模型上的開銷也相當(dāng)大。因此，將建筑物分為重點建模的建筑物和非重點建模的建筑物 :需要重點建模的建筑物指比較有標(biāo)志性且造型較為特殊的建筑物，如綜合實驗樓、圖書館、講堂群、文體活動中心等，如下圖26；對于這些采用 3dmax 軟件詳細(xì)建模 :其他形狀較為規(guī)則的建筑物則直接通過在 3dmax軟件里將導(dǎo)入的 CAD 二維平面數(shù)據(jù)拉伸貼圖創(chuàng)建而成。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 46 頁 圖 25：建立的部分建筑物 3dmax模型 圖 26 ：文體活動中心 3dmax模型 photoshop 紋 理處理 建立模型之后的工作就是給模型賦予材質(zhì)和貼圖。通過紋理貼圖可以增加模型的質(zhì)感 ,完善模型的造型 ,使創(chuàng)建的三維場景更接近現(xiàn)實。 紋理，即在三維可視化中對地物進(jìn)行貼圖處理時用到的地物表面數(shù)據(jù)，主要包括建筑物的側(cè)面、頂面、草地、操場、圍墻、樹木、路燈以及雕塑等紋理 [2]。 在校園三維地物建模過程中 ,紋理是建模中的重要環(huán)節(jié)之一 ,它將直接關(guān)系到所建模型的視覺效果和逼真程 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 46 頁 度。 校園內(nèi)建筑物的側(cè)面紋理是用數(shù)碼相機(jī)到實地拍攝而獲得的，所拍攝到的原始圖像并不能完全符合要求，比如圖像傾斜、被其它的景物如樹木遮擋等，同時，考慮 到在 ArcScence中顯示三維場景時，亮度通常低于實際照片亮度，因此，需要將紋理圖片的亮度調(diào)高。這樣就需要運用 photoshop 軟件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、修補(bǔ)等處理，使得紋理圖像符合要求。如下圖 27 和 28： 圖 27 ：圖片處理前 圖 28 ： 圖片處理后 紋理處理的好壞 可以說與最后的三維效果息息相關(guān)，因為現(xiàn)有模型的建筑都是灰色的，毫無真實感可言。 紋理應(yīng)用于三維空間對象建模，可以大大提高三維可視化的逼真度，增加用戶進(jìn)行實時漫游時的真實感和沉浸 感（如圖 29和 210）。 圖 29 ：未貼圖的圖書館 圖 210：貼圖后的圖書館 3D 符號庫的建立 在 3Dmax中將建立好的模型導(dǎo)出為 .3ds格式，再在 arcscene中用點狀符號表示，但由于arcscene軟件的原因，對曲面的支持并不是很好，而且當(dāng)一個 mesh細(xì)節(jié)越高時運行速度會越慢，所以建模的細(xì)節(jié)度不能太高，這些部分需要貼圖來彌補(bǔ)。在建模當(dāng)中遇到的問題是 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 46 頁 一開始建模時細(xì)節(jié)度太高，面比較多，以至于在導(dǎo)出 3ds模型后顯示速度 太慢。比較起整個校園的漫游速度來說，放棄一部分的細(xì)節(jié)度是值得的。于是通過將導(dǎo)出好的模型，在 style manage中制作自己的符號庫，制作時可以直接調(diào)用里面的符號，發(fā)現(xiàn)效果還是比較理想的，最重要的是場景加載速度有了一定的提高。 3ds符號庫建立的步驟： ① 對于某建筑物圖層更改其符號屬性（ Symbol Selector），然后再點擊屬性 。 ② 在彈出對話框中選擇 3D Marker Symbol，并選擇前面已經(jīng)建好的 *.3ds格式文件 。 ③ 按照實際需要修改模型的大小以及模型的朝向 。 ④ 將建立好的模型保存為 .style格式 ,并定義 Category名稱為 dsz. ⑤ 點擊 More Symbols在彈出的下級菜單中，選擇 Add，將 ，最終結(jié)果顯示如下圖 211： 圖 211: 建立好的名稱為 dsz的符號庫 由于三維符號具有易讀性和直觀性，對于拓展地圖的應(yīng)用領(lǐng)域具有現(xiàn)實意義。三維地理信息的符號化是對空間地理現(xiàn)象的表示 ,是三維空間地理要素可視化的一種實現(xiàn)方法 [10]。在三維地理信息系統(tǒng)中，所有的地理現(xiàn)象以及空間實體都需要有相應(yīng)的三維符號模型來表示 ,不僅可以解決數(shù)據(jù)量龐大問題，而且可以 真實的 反映校園的面貌 ,給人以逼真 感 。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 46 頁 校園三維場景的生成 本系統(tǒng)通過使用 ArcGIS Desktop 系列軟件與 3DSMAX 建立三維場景 ,建立好自己的符號庫后 ,需要將通過校園規(guī)劃圖確定好的建筑物相對地理位置，在建筑物中心繪制二維點 ,用對應(yīng)的三維模型符號代替 .由于 ArcScene 增加了使用三維符號的支持 ,允許用 3D 符號來代表 GIS 要素 ,使得我們可以從標(biāo)準(zhǔn)符號選擇對話框中選擇各種各樣的類型 ,從而使我們數(shù)字校園系統(tǒng)顯得更加容易操作 . 在本次系統(tǒng)制作中 ,建筑物模型建立好后 ,制作成自己的符號庫， 當(dāng)使用到該建筑物時，直接調(diào)用 .style 符號，由于 ArcScene 提供了各種各樣的燈、樹、亭模型，所以在建立這些要素的模型時，只需分要素類型建立點狀要素層（如樹木層、電話亭層等），再在合適的位置 ―栽 ‖上從樣式庫中選擇的合適的模型。也就是可以直接使用 ArcScene 自帶的三維符號，不用花時間建立模型。由于考慮到數(shù)據(jù)量大的問題，本次設(shè)計將學(xué)校分多個場景顯示，如圖 212 和圖 213 所示： 圖 212 :校園教學(xué)樓區(qū)三維場景圖 圖 213 :學(xué)校大門三維場景圖 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 46 頁 本章小結(jié) 本章通過三維模型建立流程的深入研究和分析 ,提出了三維模型的最終實現(xiàn)，要經(jīng)過三個步驟，數(shù)據(jù)的采集、 3D 模型的構(gòu)建、模型的符號化等。我們對三維模型建立每一個步驟的技術(shù)實現(xiàn)進(jìn)行了討論，找到具有較高實際應(yīng)用價值的方法，把本章所討論的技術(shù)應(yīng)用到實際建筑物中，取得了良好的實驗效果。在后面，我們將結(jié)合華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)開發(fā)項目，應(yīng)用本文所討論的建模方法進(jìn)行實際的項目開發(fā)。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 46 頁 3 基于 ArcGIS Engine 數(shù)字 校園系統(tǒng)的建立 前面我們討論了建設(shè)數(shù)字校園的一些方法和三維場景的實現(xiàn)，這些基本內(nèi)容清楚以后，就要考數(shù)字校園的具體實現(xiàn)。只有將建設(shè)數(shù)字校園的規(guī)劃有目的、有計劃、有步驟地付諸實施，才能真正實現(xiàn)校園信息化建設(shè)。在本章中，我們對數(shù)字校園實施過程中的一些具體問題進(jìn)行探討。任何一個系統(tǒng)，都有其實現(xiàn)的步驟。通過分析，我們建立的數(shù)字校園流程見圖 31： 圖 31 ：華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)制作流程 系統(tǒng)開發(fā)平臺設(shè)計 結(jié)合 GIS 工具軟件與當(dāng)今可視化開發(fā)語言的集成二次開發(fā)方式是現(xiàn)在 GIS 應(yīng)用開發(fā)的主流。它的優(yōu)點是既可以充分利用 GIS 工具軟件對空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其它可視化開發(fā)語言具有的高效、方便等優(yōu)點，集二者之所長，不僅能大大提高應(yīng)用確定系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 系統(tǒng)硬件 、 軟件的選擇 數(shù)據(jù)資料的采集： 校園平面規(guī)劃圖 校園建筑物 CAD 底圖 建筑物紋理相片等 平面圖的配準(zhǔn)及分圖層矢量化 建筑物三維模型構(gòu)建及貼圖，制作3ds 符號庫 建立地理圖形庫以及實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián) 數(shù)據(jù)的處理及分析， ArcGIS Egine 進(jìn)行二次開發(fā) 華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng) 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 46 頁 系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序具有更好的外觀效果，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護(hù) [11]。 在選擇平臺時本著 :簡單、經(jīng)濟(jì)、實用的原則。選擇廣大開發(fā)人員熟悉的開發(fā)工具，縮短開發(fā)周期、減少開發(fā)成本 。選擇功能完備、價格便宜的 GIS 平臺，減 少軟件投資。本系統(tǒng)采用開發(fā)平臺如下圖 32 所示： 圖 32 :華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)開發(fā)平臺 地理信息系統(tǒng)平臺 為了能高效開發(fā)出華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)，本系統(tǒng) GIS 平臺使用 ArcGIS Engine。此套組件是由 ESRI 公司開發(fā)研制的新一代大型組件式地理信息系統(tǒng)平臺，我們采用 ArcGIS Engine 組件技術(shù)，可以使用任何支持 COM 的編程語言對 ArcGIS 平臺的基本控件 AO(Arcobjects)基礎(chǔ)函數(shù)進(jìn)行集成和二次開發(fā)，實現(xiàn)一個 能夠脫離 ArcGIS 而獨立運行的應(yīng)用程序。 ArcGIS Engine可以幫助用戶實現(xiàn)地圖的漫游和縮放 。地圖要素的查詢和標(biāo)注以及專題圖制作和統(tǒng)計分析等最基本的地圖操作功能 ,用