基于Skyline校園三維可視化的技術(shù)發(fā)展論文
0 引言
三維數字校園是運用Sketchup、WebGIS等三維技術(shù)構建校園三維虛擬場(chǎng)景。傳統的校園宣傳工作主要是依賴(lài)于照片，文字介紹等，滿(mǎn)足不了全方位展現校園特色的需求。以數字化、網(wǎng)絡(luò )化為特征的信息科學(xué)技術(shù)成為推動(dòng)社會(huì )可持續發(fā)展的強大動(dòng)力。在這種背景下，數字校園系統將成為校園新的信息源，任何與校園有關(guān)的信息都將給予定位并與空間數據聯(lián)系起來(lái)[1]。
三維虛擬校園系統逐步興起，逐漸成為各大高校宣傳校園文化，展示校園風(fēng)貌的平臺。并且三維校園的建立使得我們對校園的觀(guān)察方式有了很大的改變。逼真的模型和校園場(chǎng)景可以讓我們從各個(gè)角度欣賞校園的景色。三維數字校園系統還可為參觀(guān)者提供便利的條件，且對于學(xué)校自身的管理和辦公效率也有很大的幫助。目前，我國多所大學(xué)均已完成數字化校園信息系統建設，使得校園信息化服務(wù)水平空前提高。
本文以太原師范學(xué)院校園為例，探討采用Sketchup建模軟件以及Skyline可視化軟件實(shí)現校園的三維可視化，為后續的三維數字校園做準備。
1 Skyline 簡(jiǎn)介
Skyline是由美國Skyline公司推出的一套優(yōu)秀的三維數字地球平臺軟件。主要包含TerraBuilder、TerraExplorer、TerraGate三個(gè)子系統。其中Terraexplore是一個(gè)桌面應用程序，使得用戶(hù)可以瀏覽、分析空間數據，并對其進(jìn)行編輯，添加二維或者是三維的物體、路徑、場(chǎng)所以及地理信息文件。Terraexplore與TerraBuilder所創(chuàng )建的地形庫相連接，并且可以在網(wǎng)絡(luò )上直接加入GIS層。在三維GIS與虛擬現實(shí)等方面，Skyline系列軟件可為用戶(hù)提供各種解決三維空間應用的決策方案[2]。
2 數據獲取
2.1 地形圖數據的獲取 建模時(shí)需要高精度的地形圖作為底圖，如 DWG格式的地形圖數據作為模型構建的基礎，如只在影像上畫(huà)出建筑物的二維平面圖，精度不是很高，對于建模精度要求較高的建筑物建模需要地形圖作為底圖，導入到SketchUp下進(jìn)行三維建模。
2.2 建筑物高度信息獲取 高度信息是三維模型的一個(gè)重要參數，當前主要通過(guò)以下幾種方式獲得建筑物的高度[3]：
�、偻ㄟ^(guò)矢量二維空間數據其建筑物層數的屬性乘以樓層高（如3m）來(lái)提取其高度， 這種方法獲取的建筑物高度只是一個(gè)估算值；
�、谶\用機載激光掃描儀與遙感影像相結合來(lái)提取建筑物高度，該方法獲取速度快，但后續處理工作量大，費用昂貴；
�、弁ㄟ^(guò)算法從遙感影像的陰影來(lái)直接提取建筑物高度以及其他信息在一般的非精細三維建模中，通�？衫眠b感影像的陰影來(lái)提取建筑物的高度，與二維GIS的層數數據以及現場(chǎng)量測的一些特殊高度的建筑物數據相結合來(lái)推算建筑物的實(shí)際高度。本研究采用的是第1種方法來(lái)獲取建筑物的高度。
2.3 地物紋理信息獲取 紋理信息主要包括實(shí)地拍攝的建筑物的相片和影像中的建筑物頂部信息，在采集建筑物側面紋理的過(guò)程中要盡量采集非傾斜明亮的照片，如果某些地方不易獲取，則通過(guò)獲取局部，再通過(guò)圖像處理軟件（如Photoshop等）進(jìn)行拼接，所采集的圖像需要經(jīng)過(guò)處理， 如糾正、亮度調整、數據量壓縮等，目的在于得到端正、美觀(guān)、數據量小的紋理材質(zhì)，對于屋頂紋理則可從正射影像或高分辨率航片中獲取[4]。
3 三維建模關(guān)鍵技術(shù)
校園三維模型的構建包括建筑物的建模、道路、樹(shù)木、路燈、操場(chǎng)等的建模。建筑物模型的構建主要采用SketchUp軟件進(jìn)行建模，其他模型的構建主要采用Skyline軟件進(jìn)行建模。
3.1建筑物的建模 利用SketchUp進(jìn)行建模的過(guò)程主要包括導入CAD底圖、建立模型、紋理處理與貼圖等。
校園建筑物模型的構建采用1：500比例尺地形圖作為數據源，把CAD 軟件下dwg格式數據進(jìn)行數據預處理，去掉多余的要素，保留建筑物數據，屬性數據中去掉高程屬性，否則，導入到SketchUp軟件中會(huì )出現要素不在一個(gè)平面上。8.0版本的SketchUp軟件可以直接導入dwg格式數據。
建筑物建模時(shí)利用畫(huà)線(xiàn)工具勾勒出建筑物的底面形狀，使得線(xiàn)狀要素轉換成面狀要素，并利用拉伸工具，把建筑物拉伸到合適的高度，高度的控制是在數值控制框中輸入準確的值進(jìn)行控制。再建立窗戶(hù)的模型，利用填充工具選擇不同的材質(zhì)進(jìn)行貼紋理，可以選用系統自帶的紋理，也可采用自制的紋理進(jìn)行填充。
為了加快建模的速度，利用移動(dòng)/復制工具，在不同的位置復制出多個(gè)窗戶(hù)。屋頂的建模根據不同的屋頂形狀，若是尖頂狀屋頂，可先畫(huà)出側面的的三角形形狀，通過(guò)拉伸工具，畫(huà)出屋頂，再對外表面進(jìn)行紋理填充。平頂的房子只需進(jìn)行紋理填充。
3.2 紋理數據的`獲取與處理 采用數碼相機獲取建筑物的紋理圖片，用PhotoShop軟件對采集的圖片進(jìn)行處理，為建模時(shí)貼圖做準備。把需要的紋理圖片導入到PhotoShop中，運用剪切工具去掉周?chē)恍枰牟糠�，運用扭曲工具調整照片的傾斜度，使的圖片成正射狀，并調整圖片的亮度。保存到統一的文件夾下，便于紋理貼圖時(shí)使用。在Sketchup的貼圖工具上加載已經(jīng)處理好的圖片，調整照片的大小和位置，使達到最真實(shí)的紋理效果[5]。圖1為Sketchup軟件下的三維建筑物模型。
4 三維場(chǎng)景的集成
Sketchup軟件建立的模型需導入到Skyline軟件下與影像以及其他地物模型進(jìn)行集成，Skyline 6.0以上的版本可以直接加載.dae格式的數據，把建立好的單個(gè)模型導出成.dae格式的數據，為模型的加載做準備。
影像數據采用Google earth上的影像，采用GetScreen軟件下載校園的影像圖，該軟件下載的影像具有投影信息，坐標系為WGS84。
在Skyline軟件的Terrabuilder模塊下，加載校園影像圖，創(chuàng )建影像金字塔，生成MPT格式的文件。該文件可在Terraexplore pro模塊下與模型進(jìn)行集成。
4.1 三維建筑物模型的加載 把sketchup軟件建立的三維模型加載到Terraexplore pro模塊下，需把建立的模型導出成dae格式的數據。在Terraexplore pro模塊下，在MPT格式的影像文件上加載建筑物模型，選擇添加三維模型菜單，添加dae文件，單擊鼠標將模型放在指定位置，進(jìn)行以下操作：
�、僖苿�(dòng)位置，與影像進(jìn)行精確的匹配；
�、谛薷钠浇�，當模型發(fā)生水平方向的傾斜式，點(diǎn)擊航偏角將模型進(jìn)行旋轉；
�、坌D，當部分模型隱藏于地表之下時(shí)，點(diǎn)擊旋轉將模型旋轉至地表之上。逐個(gè)導入模型，并進(jìn)行處理。
4.2 其他地物的建模 其他地物的建模是在Skyline軟件下的Terraexplore pro模塊下完成，制作道路、綠地、樹(shù)木等地物模型。在工具欄2D objects，選擇多邊形按鈕，根據影像上道路形狀、位置等，用鼠標畫(huà)出道路，選中所畫(huà)道路，在屬性中可設置道路的紋理。道路的紋理可采用系統自帶的紋理，也可采用網(wǎng)上下載的道路紋理，通過(guò)旋轉，偏航角等屬性進(jìn)行調試。采用同樣的方法，進(jìn)行綠地、廣場(chǎng)等面狀地物的建模。
樹(shù)木的創(chuàng )建是通過(guò)選擇數據素材庫，選擇理想的樹(shù)木素材，在圖中單擊鼠標左鍵放置樹(shù)木，在屬性中，可移動(dòng)樹(shù)木的位置。
在Skyline軟件下，三維景觀(guān)的集成可以讓使用者從正視、側視、俯視等多個(gè)角度觀(guān)察校園，更加全方位生動(dòng)形象地展現出校園的三維景觀(guān)。圖2為Skyline軟件下的校園局部三維可視化圖形。
5 結語(yǔ)
本文研究了Skyline的三維校園理論與方法，采用Sketchup軟件對校園建筑物進(jìn)行建模，并在Skyline軟件下進(jìn)行三維可視化，以太原師范學(xué)院為例，實(shí)現了校園的三維可視化。為后期的三維數字校園系統的研究做好準備。
參考文獻：
[1]林卉，趙長(cháng)勝，孫建文.數字校園三維建模與仿真的實(shí)現與設計[J].測繪通報，2004（9）：43-46.
[2]吳森，武鋒強，李虎杰，吳彩燕.基于Skyline的三維數字校園系統[J]，西南科技大學(xué)學(xué)報，2012，27（2）：76-79.
[3]許捍衛等.基于SketchUp和ArcGIS的城市三維可視化研究[J].測繪通報，2010：3.
[4]范明華，杜甘霖，任家勇.SketchUp大區域三維建模技術(shù)研究[J].測繪通報，2012，5：56-58.
[5]李永泉， 韓文泉， 黃志洲.數字城市三維建模方法比較分析[J].現代測繪，2010，33（2）：33-35.
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