基于三维 GIS 的校园浏览系统的研究

多数校园地图均是基于二维的，是对现实世界中的各种地理现象进行二维平面投影，具有很大的局限性，大量的多维信息无法得到充分的表达和利用。三维浏览系统比二维地图更具有表达性、认知性，具有更形象的现实逼真效果。将三维景观可视化技术与地理信息系统相结合，利用
 GIS 强大的空间分析功能对虚拟景观进行空间分析以及空间、属性数据的管理。该系统正是利用 ZTMAPGIS
强大的组件库，进行三维功能的二次开发，实现对师范学院新长校区的地形、部分地面建筑物的三维动态显示、漫游功能。
1 系统分析
1.1 需求分析
数字校园是数字地球的微观表现形式在校园区域的具体体现。目前，三维虚拟校园设计主要有以下几种方法: 以 CAD, 3DSMAX
为平台构建的三维模型、基于虚拟现实软件和高级语言编程实现的三维模型、利用 ZTMAPGIS
等软件自带的三维功能进行开发的三维模型。基于上述三维虚拟校园的研究现状，将三维景观可视化技术 3DSMAX 与地理信息技术 ZTMAPGIS
相结合的需求应运而生。
1.2 可行性分析
3DSMAX 是美国 Autodesk 公司开发的 3D 建模和影视动画桌面体统，广泛应用于电影制作、科技教育和科学研究等一些应用领域。
ZTMAPGIS 提供了众多接口用于三维实体的建模。因此要实现基于三维 GIS 的校园浏览系统，技术上是可行的。同时，三维 GIS 开发的校园浏览系统也是一个对外宣传和普及地理信息系统知识的窗口，适应社会发展和需求，在社会适应层面上也是可行的。
2 三维场景建模
2.1 基础数据的获取
校园二维空间数据来自 AutoCAD 下的 *.dwg 格式的测绘数据，ZTMAPGIS
软件进行相关的矢量化，对整个校园分为点、线、面分层矢量化。在三维建模过程中，还需要获取其高度信息数据。地物纹理信息数据通过1200
万像素数码相机采集后，对每张图片用 Photoshop 进行处理，使得物体更具真实感。
2.2 CAD 数据转 shapefile 数据
将师范学院新长校区测量得到的 AutoCAD 数据在 ArcCatalog 中打开，选择 CAD 数据，右键导出，选择 “ToShapefile"，选择输出路径即可。
2.3 三维模型建立
校园地物包括楼宇建筑、道路、桥梁和绿化设施等。根据获取的数据选择合适的建模方法，该系统中利用AutoCAD 数据在 3DSMAX
软件中建模生成所有的三维建筑模型，然后导入 ArcScene，在现实建筑物的位置输入一个点，在点的显示属性中，选择 “3D Marker
Symbol"，再选择对应的三维建筑模型即可。
3 三维虚拟校园系统功能分析与设计
三维场景驱动和漫游方式有很多如 MultiGen Creator 与 Vega 结合、Vrml 与 Java 结合等。该系统主要利用
ZTMAPGIS 提供的 SceneControl 和 MapControl
控件作为三维显示工具，构建三维场景浏览模块、信息查询模块和统计分析模块等。
3.1 系统功能分析
校园三维浏览系统在设计与开发中主要考虑三维景观浏览显示功能、信息查询功能、统计分析功能和基本控制功能。三维景观浏览显示功能包括显示三维空间场景，实现基本空间浏览功能，如放大、缩小、漫游、导航等
 ; 查询功能包括空间与属性之间的双向查询；统计分析功能包括建筑物统计、缓冲区分析等；基本控制功能包括了三维向控制、量测和图像截取等。
3.2 系统功能实现

3.2.1 三维浏览显示功能
在三维浏览模式下为三维场景提供选择、漫游、全屏显示等操作，用户可灵活使用键盘操控场景方向，可以自由控制飞行的路线。同时用户在浏览三维场景的时候，可以随时地物在整个图中的位置，达到浏览全局的效果。
3.2.2 信息查询功能
信息查询是 GIS 最重要的功能之一，主要是通过空间查属性和属性查空间的两种方式来实现。(1)
空间查属性，即根据鼠标所指的空间位置，系统可查找出该位置的空间实体和空间范围 (由若干个空间实体组成)
以及它们的属性，并显示出该空间对象的属性列表。比如，通过点击某个建筑物，将鼠标点击位置的屏幕坐标转换为三维空间点坐标，返回点击选择的建筑物对象，将建筑物对象传递给属性显示窗体，这样既可以显示该建筑物的详细信息，包括其名称、图片、楼层数，还可以通过选择楼层显示特定楼层的平面图。(2)
 
属性查空间，即通过属性字段定位建筑物，通过一个窗体，让用户选择需要查询的内容，系统会根据相关内容在属性表中快速找到符合条件的图层字段，并定位到相应的图层空间要素上，符合条件的建筑物将在地图主窗口高亮显示。
3.2.3 统计分析功能
建筑物统计是根据建筑物的不同用途来分类统计的，如教学楼的用途是教学、体育馆的用途是体育活动，统计结果是显示不同用途的建筑物所占的面积。
缓冲区分析是 GIS 的一种非常重要的空间分析功能，在 GIS 应用中占很大比例。该系统中的缓冲区分析主要是应用 Analysis Tools 下的 Buffer 类，通过给定 Buffer 一个缓冲区距离，在原有图层中得到一个新的 Buffer 图层。
3.2.4 基本控制功能
三维方向控制主要实现对三维场景的方向定制移动，包括向上、向下、向左、向右、向前、向后操作，主要通过调用 Scene Control 下的
Camera
接口来实现三维场景的定制距离移动。量测工具实现在地图中进行距离测量和面积量算。三维场景的截取是选择自己感兴趣的场景，对其截取，保存为 bmp
或者 jpg 图像格式的三维场景图。
4 结语该文介绍了基于 3DSMAX 进行三维建模，使用 VS.NET 开发平台，利用 ZTMAPGIS
提供的相关接口对师范学院新长校区的三维显示，拟实现对校园的场景浏览、信息查询定位、量测、统计分析等功能，尝试虚拟现实与GIS 相结合，体现组件式
 GIS 二次开发的低成本、完整、高效的优点。