虛擬3D旅游景觀系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)驗(yàn)研究

常志堅

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安　710038）

虛擬3D旅游景觀系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)驗(yàn)研究

常志堅

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安710038）

隨著人們生活水平的提高，旅游已經(jīng)成為國民的必然選擇，受到旅游景區(qū)承載力影響，虛擬旅游網(wǎng)站成為未來旅游業(yè)發(fā)展必然趨勢。為分析虛擬3D旅游景觀系統(tǒng)設(shè)計與研究，在總結(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬旅游相關(guān)理論基礎(chǔ)上，對虛擬旅游景觀系統(tǒng)設(shè)計和細(xì)節(jié)設(shè)計進(jìn)行設(shè)計，獲取二維數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上建立三維數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建二位場景，充分利用3DMAX建模軟件搭建三維平臺，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計功能包括地圖功能和虛擬景區(qū)三維可視化，系統(tǒng)設(shè)計能夠?yàn)槁糜翁峁┬碌男麄魇侄危瑫r也驗(yàn)證了構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的可行性，為系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)計研究提供理論參考。

虛擬旅游；景觀設(shè)計；三維重建；GIS技術(shù)

在現(xiàn)代旅游業(yè)告訴發(fā)展中，各項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用為旅游業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇［1］，3S技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等開始在旅游業(yè)得到重視。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合了人機(jī)互換、網(wǎng)絡(luò)等功能［2］，能夠提供全面真實(shí)感官體驗(yàn)，使用在多個領(lǐng)域中。虛擬旅游現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與旅游業(yè)的結(jié)合，已經(jīng)成為旅游業(yè)發(fā)展必然趨勢［3］，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)榇蟊妿硪环N全新的體驗(yàn)方式，真實(shí)模擬景區(qū)風(fēng)景，提供更加真實(shí)的地理空間數(shù)據(jù)，同時對于旅游企業(yè)而言，虛擬旅游系統(tǒng)能夠再現(xiàn)景區(qū)風(fēng)景，具有交互操作的優(yōu)勢，能夠?yàn)橛慰吞峁┓?wù)，文中主要分析虛擬3D旅游景觀系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)驗(yàn)研究。

1　虛擬旅游理論與技術(shù)

虛擬旅游是指建立在顯示旅游景觀基礎(chǔ)上構(gòu)建虛擬旅游環(huán)境，是虛擬仿真技術(shù)一種，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中后期，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及，虛擬旅游逐漸得到重視。虛擬旅游具有自主性、多感知性、交互性以及靈活性等特征［4］。從技術(shù)層次分析，虛擬旅游能夠突破現(xiàn)實(shí)時間和空間的限制。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、交互性和構(gòu)想性特點(diǎn)，在旅規(guī)劃中，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠?qū)β糜尉包c(diǎn)道路、建筑進(jìn)行設(shè)計，變換方針系統(tǒng)，規(guī)劃每種方案的優(yōu)劣，優(yōu)化各種方案。

2　虛擬旅游系統(tǒng)分析與總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計

虛擬旅游系統(tǒng)設(shè)計中遵循易操作性、真實(shí)性、交互性以及穩(wěn)定性原則，在設(shè)計原則基礎(chǔ)上，分析總體結(jié)構(gòu)體系，包括數(shù)據(jù)庫、功能控制和系統(tǒng)界面設(shè)計3個層次。數(shù)據(jù)庫各控制層之間的數(shù)據(jù)文件調(diào)用通過分析模型、Active X空間實(shí)現(xiàn)調(diào)用顯示和操作變化。解決方案的管理通過控制層來進(jìn)行維護(hù)。整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)均在數(shù)據(jù)庫層實(shí)現(xiàn)管理和維護(hù)。系統(tǒng)界面層設(shè)置角色權(quán)限，設(shè)定訪問權(quán)限，系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在系統(tǒng)設(shè)計中需要包括地圖功能和三維可視化功能，這就要求數(shù)據(jù)庫能夠提供二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)，并且每個數(shù)據(jù)庫中都包含場景需要取文件、點(diǎn)文件等。為保證數(shù)據(jù)使用更加有效、方便維護(hù)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計中設(shè)置兩個數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建示意圖和三維場景，避免數(shù)據(jù)存儲過于混亂。

基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)編輯MAP文件包括示意圖文件和三維編輯圖，示意圖主要實(shí)現(xiàn)地圖導(dǎo)航功能，為用戶提供地圖視圖效果，三維編輯圖實(shí)現(xiàn)三維視圖，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.3系統(tǒng)功能設(shè)計

虛擬旅游系統(tǒng)包括地圖導(dǎo)航功能和三維場景漫游功能，具體包括數(shù)據(jù)管理，地圖視圖、圖形編輯、場景漫游、圖形分析等模塊。

數(shù)據(jù)管理中，系統(tǒng)設(shè)計需要以真是大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)管理模塊是必然設(shè)計模塊。在該系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)管理模塊主要起到數(shù)據(jù)管理和編輯功能，操作中管理人員能夠直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)地圖打開、管理等功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)輸出打印功能。

地圖視圖是為方面用戶操作而設(shè)計的模塊，包括地圖的刷新、復(fù)位、放大、縮小以及移動等基本操作。

圖形編輯模塊是系統(tǒng)功能主要部分，主要為管理人員服務(wù)，便于系統(tǒng)的更新和維護(hù)。編輯模塊設(shè)置中，功能主要包括圖層修改、畫線、瀏覽、縮放、移動以及視窗班級等功能，方便用戶和管理人員使用。

為方面以后旅游發(fā)展決策，需要設(shè)置圖形分析模塊，包括測量距離、面積緩沖、疊加分析等模塊，主要實(shí)現(xiàn)景區(qū)不同區(qū)域的比較，為決策提供必要的數(shù)據(jù)支持。

模型管理只要為管理人員服務(wù)，保證管理人員能夠及時更新公園景觀模型。場景漫游是三維分析中的重要組成部分［5］，是管理的一部分。該功能模塊是設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)，難點(diǎn)部分，主要實(shí)現(xiàn)用戶多視覺享受。功能設(shè)計中主要包括瀏覽功能、錄像以及路徑設(shè)置等功能。

2.4系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境設(shè)計

硬件開發(fā)CPUT8100@2.10GHz，內(nèi)存1G，屏幕分辨率1280*800。開發(fā)平臺為MapGISsaneK9數(shù)據(jù)中心，在個人PC機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)。數(shù)據(jù)中心界面下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用，在系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的操作均在此實(shí)現(xiàn)。工作流編輯器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯，能夠根據(jù)需求設(shè)置插件。數(shù)據(jù)倉庫存貯數(shù)據(jù)資源，無需創(chuàng)建獨(dú)立數(shù)據(jù)路，能夠提供各種異購數(shù)據(jù)的訪問和配置。

3　二維數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

以具體景區(qū)為例設(shè)置虛擬3D旅游系統(tǒng)。該景區(qū)位于海南省，與世紀(jì)大橋連接，具有旅游功能和社會服務(wù)功能。

3.1數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)搜集是系統(tǒng)設(shè)計重要基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求和目的，要求的數(shù)據(jù)包括景區(qū)地理坐標(biāo)位置、總平面示意圖、空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及CAD數(shù)據(jù)等［6-9］。景區(qū)獨(dú)立位置坐標(biāo)主要用來設(shè)計平面設(shè)計圖，通過相機(jī)定位功能和CAD圖獲得，數(shù)據(jù)無需轉(zhuǎn)換直接錄入數(shù)據(jù)庫［10-11］，更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依照測繪數(shù)據(jù)設(shè)計，CAD軟件能夠?qū)崿F(xiàn)任何景區(qū)點(diǎn)坐標(biāo)的計算。

數(shù)據(jù)采集后，需要進(jìn)一步分析地圖數(shù)據(jù)，得到更加詳細(xì)的二位地理信息，包括功能劃分等，選擇更加清晰的圖像作為示意圖。由于不同景區(qū)主體不同，該景區(qū)重視歷史文化，因此搜集歷史人文資料，了解歷史背景。MapGISsane制圖中，需要校正影像［12-13］，轉(zhuǎn)換為MSI文件圖像［7］，加入控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，添加坐標(biāo)，校正文件保存為MSI格式。

3.2二維數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

二維數(shù)據(jù)庫構(gòu)建中，GDB企業(yè)管理器管理所有數(shù)據(jù)，在本地地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器下創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，設(shè)置數(shù)據(jù)文件的文件名、初始大小等，調(diào)用相應(yīng)的地理數(shù)據(jù)庫文件，將數(shù)據(jù)存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的管理。空間數(shù)據(jù)管理能夠在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行要素類創(chuàng)建。地圖編輯中，輸入?yún)^(qū)在線圖層完成操作并保存文件。示意圖構(gòu)建中，在MapGISsane地理數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，將文件導(dǎo)入柵格數(shù)據(jù)集，在地圖編輯中進(jìn)行矢量化。

4　三維場景構(gòu)建

景區(qū)三維可視化內(nèi)容包括自然旅游資源、景觀資源以及認(rèn)為旅游資源等。

4.1信息采集與處理

三維場景建立在二維數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，同時增加景觀屬性數(shù)據(jù)，通過實(shí)地測量和現(xiàn)場采集的方法得到景觀屬性數(shù)據(jù)，包括個細(xì)節(jié)尺寸，二維數(shù)據(jù)同樣需要校正影響，賦予真實(shí)地理坐標(biāo)，制作更加真實(shí)紋理貼圖。

4.2地面景觀建模

三維數(shù)據(jù)庫常見與二維創(chuàng)建類似，二維數(shù)據(jù)庫附加高程。三維場景更加復(fù)雜［14］，為便于區(qū)分和存數(shù)，將數(shù)據(jù)命名為HDF文件，根據(jù)需求，地圖編輯器中編輯相應(yīng)的文件，作為基礎(chǔ)文件，三維平臺場景建模，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全部保存在要素數(shù)據(jù)部分。

景區(qū)道路設(shè)計不規(guī)則，因此道路建模需要具有高速，判斷數(shù)據(jù)哪些要素為必要，節(jié)省時間，導(dǎo)圖GBD數(shù)據(jù)沒實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制和遷移。打開地圖編輯器，天界文件，不符合需求兔糧命名為其他文件。打開三維平臺，創(chuàng)建帶高度道路，選擇取文件，賦予紋理、道路厚度等數(shù)據(jù)，保存到相應(yīng)三維數(shù)據(jù)中。

植被層模型建模采用十字貼面法，以純色背景最佳，同時設(shè)置參照值、深度檢測等信息［15］。在地圖編輯中根據(jù)道路圖層編輯兩側(cè)路徑，打開三維心態(tài)，在景觀工具菜單欄創(chuàng)建數(shù)據(jù)，設(shè)置建模參數(shù)，包括距離、高度以及寬度等數(shù)據(jù)，采用三維平臺中景觀邊沿和高度地表修飾功能構(gòu)建水體層模型，針對復(fù)雜建筑模型，采用3DMAX建模，簡單模型采用MapGISK9平臺構(gòu)建。

5　虛擬旅游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)設(shè)計包括地圖導(dǎo)航系統(tǒng)和三維漫游功能，用戶能夠根據(jù)自己需求進(jìn)行選擇，系統(tǒng)把偶偶三維場景視圖和地圖視圖兩種方式。

5.1旅游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

旅游系統(tǒng)設(shè)計中，需要設(shè)置整體框架部分。在數(shù)據(jù)中心設(shè)置器中，選擇創(chuàng)建開始方案命令，輸入方案名稱，保存。在數(shù)據(jù)左側(cè)出現(xiàn)設(shè)置結(jié)構(gòu)樹，之后解耦文件全部保存文件夾中。初始化過程包括預(yù)加載插件、關(guān)聯(lián)屬性等，插件名稱包括三維wordspace插件、三維渲染視圖插件、編輯擴(kuò)展插件、地圖顯示視圖等。在目錄系統(tǒng)電機(jī)郵件，中間位置創(chuàng)建目錄，添加子節(jié)點(diǎn)，分別在子節(jié)點(diǎn)下方繼續(xù)添加節(jié)點(diǎn)，形成目錄樹。設(shè)計基礎(chǔ)系統(tǒng)菜單單機(jī)創(chuàng)建按鈕，通過電機(jī)郵件，對已添加的菜單項(xiàng)目進(jìn)行命名。

將配置好的目錄樹進(jìn)行文件綁定，賦予各節(jié)點(diǎn)相應(yīng)功能呢，輸入對應(yīng)節(jié)點(diǎn)地址。在屬性辯護(hù)視窗中設(shè)置節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)場景，系統(tǒng)自動生成規(guī)范性插件調(diào)用。將搭建好的系統(tǒng)慘淡進(jìn)行功能函數(shù)綁定，在項(xiàng)目屬性中輸入關(guān)聯(lián)場景，設(shè)置完畢后，菜單初始化。在旅游系統(tǒng)設(shè)置中，用戶登錄界面是必要設(shè)置部分之一，登錄系統(tǒng)通過測試數(shù)據(jù)中心角色插件實(shí)現(xiàn)，包括用戶班級插件，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶管理。同時登錄系統(tǒng)設(shè)置角色權(quán)限，設(shè)定不同用戶操作權(quán)限，通過冊數(shù)數(shù)據(jù)中心橘色插件分別設(shè)置。

5.2旅游系統(tǒng)地圖導(dǎo)航功能

地圖導(dǎo)航系統(tǒng)主要依靠二維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，功能包括地圖打開、新建、縮放以及管理等功能。新建地圖自動保存為.MAP文件。地圖導(dǎo)航功能模塊包括方法、縮小、移動以及刷新等功能，可以通過拉框選擇打開屏幕，鼠標(biāo)右鍵同樣具有這個功能。用戶放大到地圖某一領(lǐng)域中，鷹眼對話框能夠顯示圖形縮略圖，隨著鼠標(biāo)點(diǎn)擊而移動，方便用戶把握全局。

圖形編輯能夠?qū)崿F(xiàn)新建圖層和輸入圖形等操作，此外還可以選擇數(shù)據(jù)源類別，保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)中。在圖層上輸入需要的新圖形，根據(jù)作用圖層不同，輸入圖形也不相同，在激活點(diǎn)圖層輸入信息，需要點(diǎn)擊相應(yīng)的位置，輸入?yún)?shù)，設(shè)置圖形屬性。對已經(jīng)修改的圖形能夠進(jìn)行修改，圖形選擇總能夠通過拉框或者是圓選擇。

5.3三維可視化功能

模型管理模塊主要我維護(hù)和管理設(shè)計，能夠保證管理者通過系統(tǒng)更新設(shè)計場景，導(dǎo)入模型功能，提供兩種定位方式。景觀模型包括數(shù)據(jù)、建筑以及高度地面等的設(shè)計，能夠遵循相同的建模流程進(jìn)行三維場景設(shè)計。建模材質(zhì)主要包括材質(zhì)編輯器，用戶使用中能夠直接替換，自定義新材質(zhì)。場景漫游設(shè)計中，為用戶提供場景漫游路徑選擇，能夠通過雙擊鼠標(biāo)左鍵，得到坐標(biāo)值。在設(shè)置中，固定時間表示走完全程所需要的時間。游覽路徑中設(shè)計中，選擇漫游方式，包括漫游各種參數(shù)的設(shè)置，完畢后開始實(shí)現(xiàn)漫游功能。該設(shè)計系統(tǒng)提供了漫游輸出功能，將漫游情況錄制視頻，自定義保存。

用戶登錄中，通過輸入正確的用戶名和密碼就能登錄系統(tǒng)，在登錄系統(tǒng)設(shè)計中包括三種類型，能夠通過地理狀態(tài)欄上的三維宣傳視圖和地圖視圖達(dá)到場景轉(zhuǎn)換。

6　結(jié)束語

綜上所述，文中主要分析虛擬3D旅游景觀系統(tǒng)設(shè)計，綜合運(yùn)用地理信息系統(tǒng)、三維建模等技術(shù)，搜集二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)，充分利用3DMAX建模軟件，根據(jù)地物表面特征和表達(dá)效果要求，選擇合理建模方法，對具體旅游景觀進(jìn)行仿真模擬，成功建立旅游系統(tǒng)，設(shè)計系統(tǒng)具有可操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能，對虛擬旅游現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計有重要價值。

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Design and experimental study of virtual 3D tourism landscape system

CHANG Zhi-jian
（Shaanxi Vocational＆amp;Technical College，Xi'an 710038，China）

with the improvement of people's living standards，tourism has become the inevitable choice of the people，the tourism scenic spot bearing capacity，virtual tourism website has become the inevitable trend of future tourism development.In order to analyze the design and research of virtual 3D tourism landscape system，the design of virtual tourism landscape system is designed based on the theory of virtual reality and virtual tourism.System design features include map function and threedimensional visualization of virtual scene，system design can provide a new means for tourism，but also verified the feasibility of the construction of virtual reality system，to provide a theoretical reference for the further design of the system.

virtual tourism；landscape design；3D reconstruction；GIS technology

TN99

A

1674－6236（2016）16-0131-03

2015-11-24稿件編號：201511227

常志堅（1970—），男，陜西寶雞人，碩士，助教。研究方向：景觀設(shè)計。