三維可視化技術在信息系統中的應用

【摘要】當前信息管理系統中的數據表格、報表普遍存在表達不直觀、不便于理解的問題，本文嘗試利用三維圖形技術構建可視化的數據表達，為數據信息建立三維模型，通過控制三維模型的可見度、顏色、貼圖、坐標等以控制模型的形態，再結合三維數字地面模型構建真三維的數字場景，可加速用戶對數據信息的理解，增強系統的用戶體驗，為用戶提供一個直觀的、身臨其境的信息系統體驗。

【關鍵詞】信息系統；可視化；三維模型

引言

隨著系統工程理論和計算機技術的發展，信息管理手段與方法也得到了長足的進步與提高，并在企業管理中發揮了顯著的效果，決策者們逐步認識到利用信息管理軟件輔助管理、決策是現代化管理的必由之路。因此各式各樣的應用軟件進入各行各業，大大提高了管理和業務辦理效率，為企業的管理節省了大量的人力、物力和時間，也為社會節約了大量的資源。

如今，信息系統已經為人們所依賴，很多業務的辦理已經再也離不開信息系統，管理者們的決策更是離不開信息系統的支持，要想做出正確的決策都需要信息系統提供大量的信息數據、統計報表、分析結果等。但目前大多數管理軟件對于數據的表達不夠形象、具體，而大多領導都是非專業的，要從一大堆專業的數據表格、分析報表中快速獲取信息，迅速理解并正確、及時地做出決策是一件十分困難的事情。

因此，利用三維模型技術構建可視化的信息管理系統是非常必要的。所謂可視化，就是在系統中運用圖像技術將信息數據轉換成形象化的、直觀的圖形方式展示出來，讓用戶能夠一目了然。

基本思路

實現信息系統中數據信息的圖形化表示，首先需要對信息系統所涉及的管理對象進行建模，構建精細化的三維模型，并確定管理對象與三維模型的對應關系，據此關系和業務統計數據調整三維模型的紋理及形態，構建專題模型，達到數據的可視化展示，實現思路主要分為建立模型、數據映射、模型控制三個步驟。

第一步：建立模型

三維模型是物體的三維多邊形表示，是利用基本的幾何元素（點、線、面、長方體、球體等）通過一系列幾何操作，如平移、旋轉、拉伸等來構建的現實物體的幾何形態，通常用計算機或者其它視頻設備進行顯示。任何自然界存在的物體都可以用三維模型來表示，可以是現實世界存在的實體，如建筑物、風景、工程設備、交通工具等，也可以是虛構的東西，比如電影、游戲中的人物、場景、資源等。三維模型可以用專門的三維建模工具軟件手工制作，也可以按照一定的算法自動生成。作為點、線、面和其它信息數據，三維模型可以以虛擬的方式保存在計算機文件中。

（一）手工繪制三維模型

手工繪制三維模型一般要借助三維圖形工具軟件，當前比較常見，知名較高的建模工具軟件主要有3DMAX，SoftImage，Maya以及AutoCAD等等。它們的共同特點是提供一些基本的幾何元素，如點、線、面、立方體、球體等，同時提供一系列幾何操作方法，對這些元素進行平移、旋轉、拉伸以及布爾運算等來構建復雜的幾何圖形，一般還內置了許多常用模型構件（樹木、房屋、電線桿等等），用戶通過選取、拖拉就可以完成比較復雜物體的建模。

（二）參數化自動建模

比較大的物體，比如一個城市、一條公路等，如果采用手工建模，那工程量將是巨大的，采用參數化自動建模將大大縮減建模工作量，所謂參數化建模，就是將比較大實體分解成小模型構件，再將各類構件分解成幾何參數（長、寬、高、曲率、曲線方程等）以及顏色、紋理等參數，通過設計或者從已有的設計圖紙中獲取各類構件參數，由計算機批量創建實體模型。

（三）模型的疊加

將建立好的模型與三維場景（比如高清三維數字地圖等）進行疊加、融合，也就是將三維模型構建的物體置于高度仿真的場景中，使三維模型的表現更加真實。模型與場景的疊加需要根據三維模型的坐標、方向、高程等參數信息與場景的坐標、高程等信息進行比對、計算，進行一系列的操作，如對場景地面進行降低或者升高、挖掘或者填補，使模型與場景達到融為一體的視覺效果。

第二步，數據映射

一般信息系統中，業務數據都圍繞管理對象發生，比如公路建設管理系統，其中的所有業務數據都是與某個工程實體相關的，將信息系統中管理對象與三維模型或者模型構件進行對應，建立聯系，以信息系統管理對象（如工程實體）為橋梁，建立起數據信息與模型的關系，是實現數據信息可視化表示的關鍵步驟。

因此在建立模型時需要在模型中增加分類、位置或者編號等信息，用以區分每一個模型甚至模型構件。比如公路上的橋梁模型，需要標識每一個橋梁模型的分類（即橋梁）、所在路線、所處的里程樁號等信息；圖書館中的書架模型，需要標識書架所在的房間號、書架的編號、所在層數等等，通過這些標識信息，可以找到確定的某一個或者某個范圍內的一批（橋梁或者書架）模型。同時在信息系統數據庫或者文件中建立管理對象與模型或者模型部件的關系對應表，比如房地產、公路、鐵路等工程建設項目管理系統中，需要建立工程量清單與模型或者部件的對應關系表。通過關系對應表，可以通過工程實體中的項目信息找到對應的工程模型，也可以通過模型找到對應的工程實體，從而建立起模型與業務數據的關聯，公路建設工程實體與三維模型的對應關系表示例如下圖：

圖1：工程對象與模型對應關系示例

第三步，控制模型

繪制的三維模型是物體的設計狀態，是靜態的，而在信息系統中經常需要表現事物的動態信息或者過程管理信息，比如公路、鐵路、房地產等建設信息管理系統，經常需要反映工程的建設進度情況；圖書館管理系統中，需要反映每個書架每本圖書的借出、歸還狀態。因此我們需要根據信息系統中的日常管理數據或者統計分析數據信息以及實體與模型的關系，調整三維模型的貼圖、色彩、樣式、透明度等控制三維模型的表現形態，達到可視化的數據表現效果。比如，根據圖書借、還情況表，將借出的圖書調整成透明或者半透明狀態；根據工程進度統計表，將完工部分工程對應的模型調整為不透明，將未完成部分對應的模型調整成透明狀態，即可形象地表現圖書庫存情況或者工程的進度狀況，從而實現信息數據的三維可視化，

結語

在信息系統中加入三維可視化表現，使信息系統的查詢、統計、分析等具有了動態、直觀、豐富的效果，提高了人們理解、分析、判斷和決策的效率，能夠很大程度提升信息系統的用戶體驗，這也是當前信息化系統發展的趨勢，筆者做為一位軟件學院教師，建議在軟件開發專業開設maya、3dmax等三維工具軟件的相關應用課程。