Google Earth在教與學中的輔助作用探討

曹愉航，姜立婷

摘要：本文對谷歌地球（Google Earth，GE）這一功能強大的地理信息軟件，在建筑學專業教與學中，進行建筑相關信息查詢、測量面積、分析環境和建筑模型創建，以及在綜合教育課程教與學中，查看自然地理信息、了解世界文化和地區歷史變遷、制定旅游規劃和虛擬旅游等方面的輔助作用進行了探討，并對該軟件在空間分析和數據處理、圖像清晰度和更新周期以及信息安全等方面存在的不足之處提出了相應建議。

關鍵詞：Google Earth;建筑學;SketchUp;綜合教育

中圖分類號：G642.0???? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1674-9324（2014）41-0211-03

谷歌地球（Google Earth，GE）是Google公司在2005年6月推出的一款虛擬地球軟件。它采用先進的3D地圖定位技術，把航拍照片、衛星圖像和地理信息系統（GIS）數據整合在一起，形成了一個虛擬的地球三維模型，它能提供多項地理信息搜索服務及大量的地理測繪工具。它突破了傳統紙質地圖應用的局限性，實現了對地球的多分辨率、三維立體描述，初步具備了數字地球的功能。用戶可以在此模型上進行信息查詢、搜索影像、地理測繪、虛擬飛行等操作，為用戶提供了極大便利，同時也讓以往只能仰望天空的人們能輕易地俯視地球，給用戶帶來了一種極度真實的全新體驗。GE功能強大、界面直觀、操作簡單、娛樂性強、信息免費。本文探討了GE在建筑學專業和綜合教育課程教與學中的輔助作用，并針對該軟件的不足提出了相應建議。

一、輔助建筑學專業教與學

進入21世紀以來，隨著計算機輔助設計在建筑設計領域應用的日益廣泛，計算機已成為建筑學專業教學中不可或缺的重要工具，它的數字化技術成為推動和完善教學體系的重要支撐。與傳統建筑學專業教學相比，計算機軟件的應用不僅可以拓展學生的知識邊界，豐富設計方法，提升作品的表現力，更可以激發學生的創造力，繼而形成數字化思維模式。

1.查看建筑信息。在建筑學專業的學習中，搜集相關設計信息，瀏覽大量的全世界各地不同類型、風格、特色的建筑物圖片是必不可少的一項任務，也是對建筑獲得直觀感受的一種手段。進入到GE后，在左上方搜索框中直接輸入建筑物名稱，即可查看到建筑物的圖片、位置等許多相關信息，用鼠標拖放、滾動進行瀏覽，非常方便、迅速。

2.查看地形并分析環境。在“建筑設計”課程學習中，教師在布置設計任務書時，會給出所要設計的建筑物所在地。據此學生要進行場地調研，了解場地本身的現狀、空間形態、用地周邊的各種道路、建筑物、綠化、規劃要求等信息，并提交調研報告。如果建設用地不在本地，就無法保證設計者能親臨現場查勘。這時學生就可借助GE來查閱所需資料。GE的三維模擬效果，能真實呈現地球面貌。查看3D地形和建筑物以及周邊的3D樹木，可通過拖動鼠標傾斜和旋轉，改變瀏覽的視角與角度，給觀察者如親臨其境般的視覺感受。因而非常便于對建筑周圍地形進行了解和分析，這減少了實地查勘的時間、距離問題，為設計者提供便利。GE還可以分析場地周圍的經濟狀況、日照、地形等，以幫助設計者確定未來建筑物的定位。具體方法是在GE的地形圖中通過“平視”調節桿，選擇合適的空間角度，調整好縮放比例，即可很好地觀察地形。

3.測量面積。利用GE還可完成對建筑物相關面積的估測。在進入GE后，點擊工具欄中的標尺，選擇“多邊形”或“圓”圖標，沿所測面積邊緣畫一個閉合區間，標尺上顯示的周長和面積即為所求數值[1]。

4.結合GE相關軟件SketchUp創建建筑模型及模型發布。傳統建筑設計課教學是以紙和筆進行草圖設計，并輔以手工模型、實體制作等手段幫助學生把握建筑的形體關系，其缺陷是無法融入所設計的空間中，學生的觀察與想象均受到限制。而利用計算機輔助設計進行數字化建筑設計，通過創建建筑模型，學生可從任意角度觀看虛擬物體三維效果，去發現場地、形態、空間和構造之間的特殊關系，從而通過實時三維場景調整、信息查詢及多媒體信息集成等技術，為方案的比較推敲、優化設計提供有力支持。利用虛擬現實提供了其他傳統表現方式所無法比擬的、嶄新的信息交流界面，開拓了學生的想象力、創造力，有助于產生高質量、多樣化的設計方案。SketchUp是GE的一款簡便易學的強大建模軟件，它界面簡潔、命令少、效率高，同時融合了鉛筆畫的優美和自然筆觸，建模思路簡單明了，能快捷、方便地創建建筑物三維模型，并兼具良好的紋理映射、光照等功能，產生真實照片的效果。通過采用立面或剖面的方式觀察，不僅能夠很好地把握對建筑形體的控制，更有助于梳理形式內在的邏輯關系。這讓總在建筑模型外面看而不能進入建筑內部空間的傳統習慣發生了改變，變革了學生認識建筑的方法，能更深刻地理解建筑設計的本質。由SketchUp生成的三維模型文件小，可節省存儲空間、便于傳輸，適合于各種虛擬建筑的設計與應用。同時利用其特有的轉換工具，還可將創建的三維模型發布到GE上，并進行瀏覽。Sketchup還可以結合GE來制作漫游動畫。這種全新的動態展示方式越來越受到高年級學生的青睞。在利用SketchUp創建建筑模型時，首先在SketchUp中，用劃線工具畫出場地及建筑物輪廓，形成閉合圖形。利用推拉工具生成建筑的高度，做出該建筑物的大致輪廓，并將各個立面上的門窗畫出，然后再用編輯工具創建一些具體細節，如利用材質工具對各個面添加不同材質的紋理，紋理可采用實地攝取的墻體紋理或從SketchUp的紋理庫中選取。再借助軟件擁有的組件庫，完成交通工具、人體模型、各種植物等地面附屬設施的添加等，也可通過網絡下載更多的材質和模型以滿足建模需求[2]。此外用SketchUp創建的三維虛擬模型，可導出為dae格式文件并將其發布到GE上，通過GE添加菜單中模型選項，將待發布的模型名稱和位置坐標進行添加，完成后就可在GE中進行模型瀏覽了，即可實現模型在真實場景中的模擬。最后可將在GE中的模型保存為kmz格式的文件，方便日后查看。endprint

二、輔助綜合教育課程教與學

綜合教育課程是對學生進行綜合素質教育的課程，是高等學校人才培養方案中不可或缺的一個重要環節，是為學生了解歷史、理解社會、認識世界提供多種思維方式和廣博教育的一個重要手段。在綜合教育課程的教學內容中，涉及到對地理、文化、歷史及世界的介紹與學習，這些內容若僅以簡單的語言、文字講授，用平面、靜止的方式教學會很枯燥。若能正確、高效地利用GE，則可使諸多事項“看得見”，使一些抽象、復雜的內容變得具體、直觀，這不僅降低了教學難度，也增加了學生學習興趣，實現了教學內容、形式、手段的多樣化。

1.查看自然地理信息。目前GE已建立了從陸地到海洋、從地球到星空的地理空間信息結構，包含了海量的地理數據信息，當人們想了解地球表面某地的自然地理信息時，即可通過三種方法定位到想查找的區域，查看該地的天文、氣象、水文、地質、地貌、生物、環境等信息。首先進入到GE，在左上方搜索框中直接輸入地名，即可迅速地查找到指定位置的衛星圖片;或直接在類似地球儀的軟件界面旋轉，將地球定位到所要查找的位置;還可以直接輸入查詢目的地的經緯度，也可以很快找到目標地。GE的衛星立體地圖使查看的目標地既有圖示和文字描述，又有三維全景展示，使人們更加直觀地查看到所查詢地的自然地理信息。如果切換到GE的“星空模式”或“谷歌海洋”，還能學到大量的天文知識或探索海洋的奧秘[3]。

2.了解世界文化和地區歷史變遷。GE提供了大量全球各地的自然風光、文物古跡、風土人情的照片、視頻資源及可以交互操作的3D全景圖，如白雪皚皚的富士山、自由女神雕像、金字塔等。只要在“前往”的輸入框中輸入要搜尋的目標，即可找到需要的圖片，通過鼠標拖放、滾動即可進行瀏覽。此外GE還提供了多張世界級名畫的超高分辨率圖像，讓用戶看到的圖片比用千萬像素攝像機拍到的還清晰上千倍，這樣人們足不出戶就可欣賞到世界文化。在人們對古代文明和歷史建筑的深入研究中，以往只言片語的史料記載和粗糙線條的古代繪畫已不能滿足需要，而基于GE平臺構建的虛擬歷史建筑、街區等景觀，以一種全新的數字化方式真實、藝術、生動地再現和展示了古代文化遺產，且能以數字化形式永久地保存瀕臨滅絕的人類文明[4]。此外GE還具有歷史地圖功能，通過歷史回溯功能可了解某地的歷史變遷，分析影響其發展的因素等。

3.制定旅游規劃和虛擬旅游。隨著人們生活水平的提高及對精神生活的追求，旅游正迅速走進人們生活。在旅游相關內容的教學過程中，若能充分利用GE，對介紹旅游資源、傳播旅游文化、促進旅游經濟發展無疑是非常有益的。當人們在制定旅游規劃時，首先可通過GE提供的各種旅游資源信息進行查詢，并在GE中方便地對某一城市進行鳥瞰，還可深入到城市內部查看其居民區、商業區及道路網等，這對規劃行程路線很有幫助。在規劃行程路線時，首先使用GE尋找起點或終點，然后進行下列操作：點擊目標地處的地標，便可查到該地標處的詳細路線圖，GE會選擇最佳路線，并提供逐步指示。由此可快速得到行程路線。而當用戶因時間或條件不能進行實地旅游時，可通過GE進行虛擬旅游。在GE中可全方位地觀賞全球任何地區，其整體感強，具有交互性和沉浸感，使用戶產生虛擬游歷的感覺。若對某個具體地區或景點感興趣，即可定位到此處，通過鼠標操作或導航工具條，調整觀看的高度、方向、角度等，對其進行詳細地欣賞、游覽，實現了坐在家中遨游世界[5]。

三、不足與建議

GE不是專業的地理信息系統（GIS）軟件，與GIS軟件的數據采集和編輯、空間分析等功能相比，差距還很大，同時也缺少對數據進行深入查詢、對比、篩選、分析、統計等方面的數據處理功能。在GE應用的不斷深入中，相關技術研究人員還應進一步探索基于GE的空間分析、數據處理等功能。目前在GE上所瀏覽的影像多是由低軌衛星獲取，并采用無縫拼接技術實現的。但如果拍攝條件不好、衛星看不到地面時，就需拼接一些不同時期拍攝的圖片，如果拼接效果不好，存在誤差，就可能出現有的地區清晰、有的地區模糊，滿足不了用戶的視覺要求。而部分地區圖像的更新周期也較長。隨著GE圖像分辨率的提高，更新周期的縮短，這些問題也會得到逐步改善。盡管人們追求高清晰的圖像，而GE中的部分衛星照片分辨率也已達到了0.5米，但這種清晰的圖像對于各個國家的重要設施、軍事機密而言，尚存在泄密的風險。因而世界各國應基于對國家安全的考慮，采取相應措施，如對敏感設施和地域進行偽裝、建立各種防護網等來保障本國安全。GE應用范圍廣泛，發展迅速，已經在課程教學及許多專業領域，以及民用、商業等方面正如火如荼地推廣開來。盡管其本身還有不足之處，但隨著相關技術人員對其進行的不斷改進，相信不久的將來GE的功能會更加完善，會在許多領域發揮重要的作用。

參考文獻：

[1]謝春平.基于Google Earth的面積快速測量法[J].湖北農業科學，2011，50（7）：1470-1472.

[2]Livingstone J，Fleron J F.Exploring Three-Dimensional Worlds Using Google SketchUp[J].Mathematics Teacher，2012，105（6）：469-473.

[3]Krakowka A R.Field Trips as Valuable Learning Experiences in Geography Courses[J].Journal of Geography，2012，111（6）：236-244.

[4]韓世剛.基于Google Earth的歷史街區虛擬重建技術研究[J].系統仿真學報，2009，21（增刊1）：269-270，273.

[5]李娟，郝志剛.基于Google Earth虛擬地球平臺的旅游規劃研究[J].國土資源遙感，2010，22（1）：130-133.

基金項目：大連大學重點教學改革資助項目（E類）

作者簡介：曹愉航（1992-），男，遼寧大連人，大連大學建筑學專業。

通訊作者：姜立婷（1965-），女，遼寧鞍山人，碩士，副教授，主要從事建筑設計與理論研究。endprint