基于Skyline校園三維可視化的技術(shù)發(fā)展論文
0 引言
三維數(shù)字校園是運(yùn)用Sketchup、WebGIS等三維技術(shù)構(gòu)建校園三維虛擬場(chǎng)景。傳統(tǒng)的校園宣傳工作主要是依賴(lài)于照片，文字介紹等，滿足不了全方位展現(xiàn)校園特色的需求。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息科學(xué)技術(shù)成為推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。在這種背景下，數(shù)字校園系統(tǒng)將成為校園新的信息源，任何與校園有關(guān)的信息都將給予定位并與空間數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)[1]。
三維虛擬校園系統(tǒng)逐步興起，逐漸成為各大高校宣傳校園文化，展示校園風(fēng)貌的平臺(tái)。并且三維校園的建立使得我們對(duì)校園的觀察方式有了很大的改變。逼真的模型和校園場(chǎng)景可以讓我們從各個(gè)角度欣賞校園的景色。三維數(shù)字校園系統(tǒng)還可為參觀者提供便利的條件，且對(duì)于學(xué)校自身的管理和辦公效率也有很大的幫助。目前，我國(guó)多所大學(xué)均已完成數(shù)字化校園信息系統(tǒng)建設(shè)，使得校園信息化服務(wù)水平空前提高。
本文以太原師范學(xué)院校園為例，探討采用Sketchup建模軟件以及Skyline可視化軟件實(shí)現(xiàn)校園的三維可視化，為后續(xù)的三維數(shù)字校園做準(zhǔn)備。
1 Skyline 簡(jiǎn)介
Skyline是由美國(guó)Skyline公司推出的一套優(yōu)秀的三維數(shù)字地球平臺(tái)軟件。主要包含TerraBuilder、TerraExplorer、TerraGate三個(gè)子系統(tǒng)。其中Terraexplore是一個(gè)桌面應(yīng)用程序，使得用戶可以瀏覽、分析空間數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行編輯，添加二維或者是三維的物體、路徑、場(chǎng)所以及地理信息文件。Terraexplore與TerraBuilder所創(chuàng)建的地形庫(kù)相連接，并且可以在網(wǎng)絡(luò)上直接加入GIS層。在三維GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)等方面，Skyline系列軟件可為用戶提供各種解決三維空間應(yīng)用的決策方案[2]。
2 數(shù)據(jù)獲取
2.1 地形圖數(shù)據(jù)的獲取 建模時(shí)需要高精度的地形圖作為底圖，如 DWG格式的地形圖數(shù)據(jù)作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，如只在影像上畫(huà)出建筑物的二維平面圖，精度不是很高，對(duì)于建模精度要求較高的建筑物建模需要地形圖作為底圖，導(dǎo)入到SketchUp下進(jìn)行三維建模。
2.2 建筑物高度信息獲取 高度信息是三維模型的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)前主要通過(guò)以下幾種方式獲得建筑物的高度[3]：
①通過(guò)矢量二維空間數(shù)據(jù)其建筑物層數(shù)的屬性乘以樓層高（如3m）來(lái)提取其高度， 這種方法獲取的建筑物高度只是一個(gè)估算值；
②運(yùn)用機(jī)載激光掃描儀與遙感影像相結(jié)合來(lái)提取建筑物高度，該方法獲取速度快，但后續(xù)處理工作量大，費(fèi)用昂貴；
③通過(guò)算法從遙感影像的陰影來(lái)直接提取建筑物高度以及其他信息在一般的非精細(xì)三維建模中，通常可利用遙感影像的陰影來(lái)提取建筑物的高度，與二維GIS的層數(shù)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的一些特殊高度的建筑物數(shù)據(jù)相結(jié)合來(lái)推算建筑物的實(shí)際高度。本研究采用的是第1種方法來(lái)獲取建筑物的高度。
2.3 地物紋理信息獲取 紋理信息主要包括實(shí)地拍攝的建筑物的相片和影像中的建筑物頂部信息，在采集建筑物側(cè)面紋理的過(guò)程中要盡量采集非傾斜明亮的照片，如果某些地方不易獲取，則通過(guò)獲取局部，再通過(guò)圖像處理軟件（如Photoshop等）進(jìn)行拼接，所采集的圖像需要經(jīng)過(guò)處理， 如糾正、亮度調(diào)整、數(shù)據(jù)量壓縮等，目的在于得到端正、美觀、數(shù)據(jù)量小的紋理材質(zhì)，對(duì)于屋頂紋理則可從正射影像或高分辨率航片中獲取[4]。
3 三維建模關(guān)鍵技術(shù)
校園三維模型的構(gòu)建包括建筑物的建模、道路、樹(shù)木、路燈、操場(chǎng)等的建模。建筑物模型的構(gòu)建主要采用SketchUp軟件進(jìn)行建模，其他模型的構(gòu)建主要采用Skyline軟件進(jìn)行建模。
3.1建筑物的建模 利用SketchUp進(jìn)行建模的過(guò)程主要包括導(dǎo)入CAD底圖、建立模型、紋理處理與貼圖等。
校園建筑物模型的構(gòu)建采用1：500比例尺地形圖作為數(shù)據(jù)源，把CAD 軟件下dwg格式數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，去掉多余的要素，保留建筑物數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)中去掉高程屬性，否則，導(dǎo)入到SketchUp軟件中會(huì)出現(xiàn)要素不在一個(gè)平面上。8.0版本的SketchUp軟件可以直接導(dǎo)入dwg格式數(shù)據(jù)。
建筑物建模時(shí)利用畫(huà)線工具勾勒出建筑物的底面形狀，使得線狀要素轉(zhuǎn)換成面狀要素，并利用拉伸工具，把建筑物拉伸到合適的高度，高度的控制是在數(shù)值控制框中輸入準(zhǔn)確的值進(jìn)行控制。再建立窗戶的模型，利用填充工具選擇不同的材質(zhì)進(jìn)行貼紋理，可以選用系統(tǒng)自帶的紋理，也可采用自制的紋理進(jìn)行填充。
為了加快建模的速度，利用移動(dòng)/復(fù)制工具，在不同的位置復(fù)制出多個(gè)窗戶。屋頂?shù)慕８鶕?jù)不同的屋頂形狀，若是尖頂狀屋頂，可先畫(huà)出側(cè)面的的三角形形狀，通過(guò)拉伸工具，畫(huà)出屋頂，再對(duì)外表面進(jìn)行紋理填充。平頂?shù)姆孔又恍柽M(jìn)行紋理填充。
3.2 紋理數(shù)據(jù)的`獲取與處理 采用數(shù)碼相機(jī)獲取建筑物的紋理圖片，用PhotoShop軟件對(duì)采集的圖片進(jìn)行處理，為建模時(shí)貼圖做準(zhǔn)備。把需要的紋理圖片導(dǎo)入到PhotoShop中，運(yùn)用剪切工具去掉周?chē)恍枰牟糠郑\(yùn)用扭曲工具調(diào)整照片的傾斜度，使的圖片成正射狀，并調(diào)整圖片的亮度。保存到統(tǒng)一的文件夾下，便于紋理貼圖時(shí)使用。在Sketchup的貼圖工具上加載已經(jīng)處理好的圖片，調(diào)整照片的大小和位置，使達(dá)到最真實(shí)的紋理效果[5]。圖1為Sketchup軟件下的三維建筑物模型。
4 三維場(chǎng)景的集成
Sketchup軟件建立的模型需導(dǎo)入到Skyline軟件下與影像以及其他地物模型進(jìn)行集成，Skyline 6.0以上的版本可以直接加載.dae格式的數(shù)據(jù)，把建立好的單個(gè)模型導(dǎo)出成.dae格式的數(shù)據(jù)，為模型的加載做準(zhǔn)備。
影像數(shù)據(jù)采用Google earth上的影像，采用GetScreen軟件下載校園的影像圖，該軟件下載的影像具有投影信息，坐標(biāo)系為WGS84。
在Skyline軟件的Terrabuilder模塊下，加載校園影像圖，創(chuàng)建影像金字塔，生成MPT格式的文件。該文件可在Terraexplore pro模塊下與模型進(jìn)行集成。
4.1 三維建筑物模型的加載 把sketchup軟件建立的三維模型加載到Terraexplore pro模塊下，需把建立的模型導(dǎo)出成dae格式的數(shù)據(jù)。在Terraexplore pro模塊下，在MPT格式的影像文件上加載建筑物模型，選擇添加三維模型菜單，添加dae文件，單擊鼠標(biāo)將模型放在指定位置，進(jìn)行以下操作：
①移動(dòng)位置，與影像進(jìn)行精確的匹配；
②修改偏航角，當(dāng)模型發(fā)生水平方向的傾斜式，點(diǎn)擊航偏角將模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；
③旋轉(zhuǎn)，當(dāng)部分模型隱藏于地表之下時(shí)，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)將模型旋轉(zhuǎn)至地表之上。逐個(gè)導(dǎo)入模型，并進(jìn)行處理。
4.2 其他地物的建模 其他地物的建模是在Skyline軟件下的Terraexplore pro模塊下完成，制作道路、綠地、樹(shù)木等地物模型。在工具欄2D objects，選擇多邊形按鈕，根據(jù)影像上道路形狀、位置等，用鼠標(biāo)畫(huà)出道路，選中所畫(huà)道路，在屬性中可設(shè)置道路的紋理。道路的紋理可采用系統(tǒng)自帶的紋理，也可采用網(wǎng)上下載的道路紋理，通過(guò)旋轉(zhuǎn)，偏航角等屬性進(jìn)行調(diào)試。采用同樣的方法，進(jìn)行綠地、廣場(chǎng)等面狀地物的建模。
樹(shù)木的創(chuàng)建是通過(guò)選擇數(shù)據(jù)素材庫(kù)，選擇理想的樹(shù)木素材，在圖中單擊鼠標(biāo)左鍵放置樹(shù)木，在屬性中，可移動(dòng)樹(shù)木的位置。
在Skyline軟件下，三維景觀的集成可以讓使用者從正視、側(cè)視、俯視等多個(gè)角度觀察校園，更加全方位生動(dòng)形象地展現(xiàn)出校園的三維景觀。圖2為Skyline軟件下的校園局部三維可視化圖形。
5 結(jié)語(yǔ)
本文研究了Skyline的三維校園理論與方法，采用Sketchup軟件對(duì)校園建筑物進(jìn)行建模，并在Skyline軟件下進(jìn)行三維可視化，以太原師范學(xué)院為例，實(shí)現(xiàn)了校園的三維可視化。為后期的三維數(shù)字校園系統(tǒng)的研究做好準(zhǔn)備。
參考文獻(xiàn)：
[1]林卉，趙長(zhǎng)勝，孫建文.數(shù)字校園三維建模與仿真的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪通報(bào)，2004（9）：43-46.
[2]吳森，武鋒強(qiáng)，李虎杰，吳彩燕.基于Skyline的三維數(shù)字校園系統(tǒng)[J]，西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，27（2）：76-79.
[3]許捍衛(wèi)等.基于SketchUp和ArcGIS的城市三維可視化研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2010：3.
[4]范明華，杜甘霖，任家勇.SketchUp大區(qū)域三維建模技術(shù)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2012，5：56-58.
[5]李永泉， 韓文泉， 黃志洲.數(shù)字城市三維建模方法比較分析[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2010，33（2）：33-35.
【基于Skyline校園三維可視化的技術(shù)發(fā)展論文】相關(guān)文章：
基于綠色農(nóng)業(yè)理論體系推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展論文05-21
基于運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)的三維角色動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)論文02-19
基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維教學(xué)環(huán)境研究論文04-17
淺談基于電網(wǎng)管理的三維GIS平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文10-25
基于環(huán)境行為理論的校園空間建構(gòu)論文01-16
基于文獻(xiàn)計(jì)量分析的納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)論文04-14
基于支持向量回歸機(jī)的復(fù)雜產(chǎn)品費(fèi)用估算技術(shù)發(fā)展研究論文05-27
基于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)研究論文05-26