基于Supermap的數(shù)字校園三維可視化實現(xiàn)

羅火錢 侯才水

摘要：以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)為例，基于SuperMap Desktop 8C軟件，結(jié)合3ds Max三維建模功能，著重闡述了數(shù)字校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場景創(chuàng)建，設(shè)置飛行路線制作視頻錄像的具體流程，實現(xiàn)了具備放大、縮小、漫游等功能的數(shù)字校園三維可視化。

關(guān)鍵詞：SuperMap；三維建模；數(shù)字校園；三維場景

中圖分類號：P208 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0092-02

數(shù)字校園是數(shù)字地球、數(shù)字城市在校園區(qū)域的具體體現(xiàn)，是現(xiàn)實校園時間與空間的延伸和擴展?！叭S校園”概念是由美國克萊蒙特大學(xué)教授凱尼斯·格林在1990年發(fā)起并主持的“信息化校園計劃”中提出的[1]。三維的數(shù)字校園建模是校園可視化的一個重要方面，通過建立視覺逼真的三維虛擬校園，可將真實的校園景觀全方位、立體地展現(xiàn)在用戶面前[2，3，4]。本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)為例，基于SuperMap軟件，通過三維場景建模的表現(xiàn)方式，直觀、形象、生動地展現(xiàn)真實的校園，實現(xiàn)三維場景放大、縮小、漫游等可視化，輔以視頻錄音方式解讀校園三維場景，更好地宣傳學(xué)校，并幫助報考人員和新生、校友、家長全面地了解學(xué)校。

1 校園概況

福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)辦于1929年，地處中國魅力城市——永安，新校區(qū)占地總面積1062畝，建筑面積17.18萬平方米。校園內(nèi)地形起伏，總體形成四周低中心高的格局，如圖1所示。本文主要研究新校區(qū)北大門、生活區(qū)、體育館、教學(xué)區(qū)等建筑樓群和主要道路的三維建模，實現(xiàn)了校園三維可視化，并結(jié)合校園文化輔以視頻錄音解讀校園。

2 三維數(shù)字校園實現(xiàn)平臺

2.1 三維建模操作平臺

本研究采用的3ds Max 2012擁有先進的渲染和仿真功能、更強大的繪圖、紋理和建模工具集以及更流暢的多應(yīng)用工作流。

2.2 三維可視化平臺軟件

SuperMap GIS 8C（2017）是超圖軟件全新架構(gòu)的新一代云端一體化GIS平臺軟件，基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術(shù)體系，提供功能強大的GIS云管理器、云GIS門戶平臺、GIS應(yīng)用服務(wù)器與GIS分發(fā)服務(wù)器，以及豐富的PC端、Web端、移動端產(chǎn)品與開發(fā)包，協(xié)助客戶打造強云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的GIS系統(tǒng)[5]。

3 數(shù)字校園三維可視化實現(xiàn)過程

數(shù)字校園三維可視化實現(xiàn)過程包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與處理、三維模型的建立、模型的紋理貼圖與渲染、三維模型整合、三維場景創(chuàng)建，設(shè)置飛行路線制作視頻錄像等。

3.1 數(shù)據(jù)獲取及處理

本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例建立三維數(shù)字校園，需要收集的數(shù)據(jù)包括：1：500的校園地形圖、建筑物的高度數(shù)據(jù)、校園地物地貌紋理數(shù)碼相片及其屬性信息數(shù)據(jù)。

3.1.1 校園1：500的地形圖

本文主要依據(jù)校園CAD圖來構(gòu)建三維數(shù)字校園，該CAD圖是根據(jù)學(xué)校實際建筑進行測量、繪圖，比例尺為1：500。CAD圖內(nèi)容包括：生活區(qū)、食堂1、食堂2 、綜合樓、體育館、北教、南教、學(xué)院地形圖以及學(xué)院總平圖。

3.1.2 建筑物的高度數(shù)據(jù)

建立建筑物三維模型所需的地形地物平面坐標(biāo)來源于校園CAD圖以及Google Earth上校園所處位置標(biāo)注，而建筑物的高度數(shù)據(jù)主要根據(jù)建筑物層數(shù)估算。即統(tǒng)計校園內(nèi)各建筑物的層數(shù)以及該建筑物樓每層樓的高度，將每棟樓層數(shù)×每層樓高計算得到該建筑物的大概高度數(shù)據(jù)。

3.1.3 校園地物地貌紋理數(shù)據(jù)

校園地物地貌紋理數(shù)據(jù)主要指圖片數(shù)據(jù)。本研究中地貌紋理數(shù)據(jù)取自Google Earth上高分辨率的遙感影像圖片；地物紋理數(shù)據(jù)來自像素較高的數(shù)碼相機拍攝高清照片。拍照時，根據(jù)建筑物特點，重點拍攝建筑物的每一面墻、每一扇窗；在立面變化處重點拍攝呈現(xiàn)過度的紋理；最后將所有紋理數(shù)據(jù)進行分類整合、編號，利用 Photoshop軟件對紋理數(shù)據(jù)進行自由變換等處理。校園地物主要分為兩類，建筑物（校園整體包括宿舍區(qū)、食堂、綜合樓、體育館、北教學(xué)樓、南教學(xué)樓等）和道路交通（道路及路面）。

3.1.4 屬性信息數(shù)據(jù)

屬性信息是對地物非空間特征的描述，包括文字屬性、圖片屬性、聲音屬性、影像屬性等。本研究在創(chuàng)建紋理數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)時，將三維場景中模型的屬性使用鍵盤錄入方式輸入，如樓的名稱、高度、功能等。

3.2 數(shù)字校園三維可視化

本文校園三維可視化實現(xiàn)過程，主要如圖2所示，即將校園CAD圖導(dǎo)入3ds Max三維建模，對模型進行貼圖附材質(zhì)，安裝Max插件，實現(xiàn)3ds Max三維模型在Supermap中生成數(shù)據(jù)集，按照校區(qū)坐標(biāo)導(dǎo)入Supermap，設(shè)置飛行路線，從而導(dǎo)出三維場景。

3.2.1 三維模型建立

將CAD文件導(dǎo)入3dsMax2012版本軟件，然后通過描繪地形圖的建筑輪廓底圖，形成閉合圖形，最后根據(jù)輪廓線形成的建筑物拉伸，得到建筑物的造型結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上繪制門、窗等，要求精細(xì)制作，繪制出建筑物的三維模型。

3.2.2 模型的紋理貼圖與渲染

繪制出建筑物的模型后，需要給三維模型的表面或內(nèi)部賦予上紋理貼圖，使其更加真實，材質(zhì)貼圖會影響到三維景觀的視覺效果。利用3dsMax材質(zhì)貼圖對建模賦予紋理。

3.2.3 三維模型整合

將建立好的三維模型，依據(jù)學(xué)院總體分布進行整合；安裝MAX插件，將整合好的三維模型生成數(shù)據(jù)集，導(dǎo)出為udb格式文件，如圖3所示。

3.2.4 三維場景創(chuàng)建

將生成的數(shù)據(jù)集在SuperMap iDesktop 8C軟件中打開，加載至新球面，在普通圖層上添加.kml文件，即創(chuàng)建出福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)字校園三維場景，效果如圖4所示。

3.2.5 飛行路線設(shè)置

調(diào)整三維場景位置，按照校區(qū)建筑物分布格局，從北大門出發(fā)，沿著道路，依次添加飛行站點，設(shè)置一條供人參觀食堂、綜合教學(xué)樓、學(xué)生宿舍區(qū)、體育館、北教、南教的路線，調(diào)整飛行路線的飛行速度、高度并保存，從而實現(xiàn)校園全方位三維可視化，飛行路線站點如圖5所示。本文制作的飛行路線，實現(xiàn)了場景全方位展示；飛行過程中達到飛行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)彎平滑，觀感舒適的效果。

4 結(jié)語

本文以福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，采集并處理校園數(shù)字建筑紋理貼圖、基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，將校園的二維矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入3dsMax軟件，針對不同的地表實體用不同的建模方法進行具有真實感的三維建模，結(jié)合SuperMap三維可視化軟件平臺實現(xiàn)數(shù)字校園可視化應(yīng)用。使用SuperMap iDesktop 8C sp1中的“性能診斷工具”和生成場景緩存來優(yōu)化場景性能，三維漫游操作時無明顯卡頓現(xiàn)象，優(yōu)化后達到開啟幀率后，平均幀率達到30幀以上，但地形建模效果需要再加強。該成果可讓用戶全面地了解校園的分布格局，為新生快速熟悉學(xué)習(xí)和生活環(huán)境提供便利；可使學(xué)院風(fēng)光更加直觀的呈現(xiàn)出來，使更多人可以足不出戶就能參觀學(xué)院，加強了校園文化的對外宣傳作用。既填補學(xué)院三維場景的空白，同時為將來校園導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)、二三維一體化的數(shù)字校園服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

致謝：感謝本文研究過程中計算機1431班學(xué)生郭華鑫、黃家朋、徐星友的積極參與。

參考文獻

[1]SDEES D.The Virtual University：Organizing to Survive in the 21th Centry[J].The Journal of Academic Libraraninship，2001，1（27）：3-14.

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[3]吳文靜.SketchUp與ArcGIS在三維數(shù)字校園中的應(yīng)用研[D].東北大學(xué)，2012.

[4]趙雨琪，牟乃夏，張靈先.利用CityEngine進行三維校園參數(shù)化精細(xì)建[J].測繪通報，2017，（01）：83-86.

[5]王少華.超圖平臺軟件創(chuàng)新：SuperMap GIS 8C簡介[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2016，18（1）：141-142.