基于Google Earth與Sketch Up的校園三維地理信息系統的建立

宋 倩，申景贇

(1.吉林建筑科技學院，長春 130000； 2.長春市測繪院，長春 130000)

虛擬校園是數字地球、數字城市在校園區域的具體體現[1]。校園建設的意義在于對整個校園進行仿真，讓人有身臨其境的感覺[2]。虛擬校園空間主要是利用虛擬現實技術構建，實現三維模型校園的可視化游覽[3]。

1 校園三維地理信息系統建立過程

采集校園中的各實體地物進行三維建模，通過三維漫游系統實現漫游瀏覽及其他功能，使用戶對數字校園系統進行熟練的交互操作。系統不僅能夠提供一個三維場景的顯示平臺，還能實現對地物實體的多維度管理，用戶通過平臺對校園進行全方位的動態瀏覽，從不同維度查看地表實體屬性、空間信息，并進行其他功能操作。

將某學校CAD底圖加載到Arc GIS軟件前界面，利用Arc Catalog建立個人數據庫，在個人數據庫中建立居民地、校園綠化、獨立地物等點線面要素數據集。編輯數據集，添加所需屬性字段，用來存放所需的各類地物信息。以居民地圖層數據為例，選擇居民地圖層開始編輯，使用鉛筆工具，根據底圖描繪出居民地的大概輪廓。在已有的建筑物名稱、用途、年代、層數、抗震等級、材質等屬性字段中添加所需的地物信息，如圖1所示。

圖1 居民地屬性信息Fig.1 Attribute information of residents

2 校園三維地理信息系統的實現

采集三維建模所需要的基礎數據(高程數據，紋理信息)，這是三維建模的前提。要保證數據來源及數據精確，才能確保模型的精確度。基礎數據來源于以下兩部分：一是校園矢量地圖，利用全站儀采集并繪制校園CAD底圖，保證位置的準確性，并在測量過程中獲取建筑物等要素的高度信息，建筑物等經過直角糾正，可直接作為SU三維建模的底圖。二是地物紋理圖片，地物紋理信息的獲取方式是運用高像素的數碼相機或手機進行實地取景，為了保證所采集的紋理信息準確無誤，拍攝時要盡量獲取建筑物正面、整體照片，保證所拍攝圖像中建筑物形狀規則，表面紋理信息采集要全面。

選用Sketch Up軟件對建筑物進行精確建模。以單體建筑物為例，根據測量底圖，確定建筑物底面，畫線成面，利用建筑高度信息將其拉伸成型，得到建筑物的三維模型。建模過程中，對比建筑物真實照片，對不符部分進行調整得到初步模型，表面貼上對應的紋理圖片，使模型外觀效果更加逼真。建筑物模型與獨立地物模型的結合如圖2所示。

圖2 建筑物模型與獨立地物模型的結合Fig.2 Combination of building model and independent ground object model

3 基于GE和SU的三維數字校園的實現

使用Sketch Up軟件建立了校區的三維建筑物地物模型，實現了簡單的校園三維可視化，與傳統的二維校園圖相比，更加直觀、生動、逼真[4]。GE的三維地圖發布平臺是創建建筑物三維可視化的良好載體，將校園模型在此平臺上發布，實現了數據的快速瀏覽和共享。利用建立好的校園模型，將各個獨立地物分別創建組件，導入系統中，如圖3所示。

圖3 三維導覽圖Fig.3 3D guide map

以建筑物為例，屬性查詢功能是依據地物屬性數據庫，根據相應的查詢條件，如年代、用途等交叉查詢到相應的建筑物，定位到指定建筑物，顯示其位置，也可查詢尺寸。

緩沖區分析功能，以學校底圖建立功能為“最適合學習的地方”的二維緩沖區。加載緩沖區工具，選擇居民地為緩沖區分析的主要區域，選擇圖書館等地點為最適合學習的地方，輸出數據。以輸出的數據為建立緩沖區的基礎數據區域，選擇覆蓋范圍及緩沖區形式，規定其范圍為20 m，將緩沖區建立在新的圖層，至此建立完成，結果如圖4所示。

圖4 緩沖區建立Fig.4 Establishment of the buffering area

4 總結

基于Google Earth與Sketch up建立校園三維地理信息系統，以某校區為例，基于Sketch up軟件，針對不同的建筑物采用不同的建模方法，建立三維模型，包括添加建筑物紋理信息等。將建立好的三維校園導入Google Earth中，實現三維空間瀏覽，形成虛擬現實場景，實現數據共享。校園三維地理信息系統的建立對整個校園進行仿真，比傳統的二維校園圖更加直觀、逼真。