江苏省水利地理信息系统三维展示平台构建与实现

陈 宁 柏 屏 高祥涛

（江苏省水文水资源勘测局，江苏南京 210029）

0 引言

随着计算机技术、计算机图形学、三维数据获取技术和虚拟现实技术的迅速发展，三维展示平台逐步从理论的范畴走向了实际的操作应用。由于三维GIS（地理信息系统Geographic Information System）具有多维信息展现处理和分析的特点，致使这种技术广泛应用于国民经济的各个领域。

江苏省水利地理信息系统三维展示平台以GIS和虚拟现实技术为基础，集成多源海量数据，包括：影像数据、DEM（数字高程模型Digital Elevation Model）、三维模型数据、业务数据等［1］，实现重点水利工程三维场景、三维数据的快速浏览及三维空间查询、分析等操作。

1 技术构建

1.1 Skyline技术

Skyline（三维 GIS）软件是当前世界上应用较为广泛的三维GIS软件之一，它利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它的2D（二维）或3D（三维）信息源，包括GIS数据集层等创建一个交互式环境［2］。它能够允许用户快速的融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术，此系统还能够快速和实时地向用户展现3D地理空间影像。Skyline软件为网络和非网络环境提供了一个三维交互世界的窗口，支持在本地或网络环境下进行基本数据生成、数据传输、数据可视化和数据分析等。

基于Skyline建立三维场景的主要优势在于不同比例尺数据与多级分辨率影像无缝分级显示，支持三维空间查询、分析和运算等。但对于较大范围三维场景的渲染效率较低、渲染效果较差，达不到精细展示大型水利设施的要求。

1.2 VR技术

VR（虚拟现实 Virtual Reality）是近年来出现的高新技术，它综合集成了计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学技术。

它通过系统生成虚拟环境，用户通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用人体感官与自然技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚拟世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中的对象，完成用户需要的各种虚拟过程［3］。

VR技术的优点在于无需下载应用文件，直接在浏览器中运行，系统基于VR技术最终可实现大范围、海量、多源数据的一体化管理，且能高效、高细节地展示三维水利设施。采取VR技术构建的江都水利枢纽等重点水利设施，可更真实、直观地展现水利枢纽的建设成果。

1.3 Skyline与VR技术的集成

江苏省水利地理信息系统三维展示平台利用Terra Explorer Pro（Skyline Globe公司出品的浏览器，用来查看由Terra Builder创建的三维地形数据集场景mpt或tbp文件），通过纹理拍摄、图片处理和贴图建立一些如房屋等简单的模型。而一些比较复杂的模型，比如水利工程中的标志性建筑以及大型装置设备等，需要在3D MAX（Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件）等一些三维模型制作软件中创建。以3D MAX为基础，按实物的实际大小创建模型，注意要把实物的某个特殊坐标点定于3D MAX中的原点上，模型建完之后利用这个点把模型按照坐标正确的放于地形模型之上。在3D MAX中完成的模型数据需要导成Terra Explorer Pro可以辨认的*.X文件，这就需要在3D MAX中安装Panda DirectX Max Exporter插件。Terra Explorer Pro把三维模型数据和地形数据融合成一个具有高三维仿真的最终文件.FLY文件。数据文件最后经过TerraExplorer Pro打包压缩处理完成。本平台的数据处理流程如图1所示。

2 功能与实现

2.1 平台界面

江苏省水利地理信息系统三维展示平台界面如图2所示。

2.2 平台功能

江苏省水利地理信息系统三维展示平台功能架构如图3所示。钮来触发操作命令，然后调用实现了相应功能的其他模块；

②提供地图常用操作功能：放大、缩小、平移、全图；

③提供鹰眼图。

（2）结构设计：本模块设计为一个可执行文件，内含一个窗体类，实现一个接口。

WinDefault为本模块的窗体类，由于该类是一个窗口实体类，所有的操作和实现过程都在该类内部完成，

图1 三维展示平台数据处理流程

图2 江苏省水利地理信息系统三维展示平台

图3 江苏省水利地理信息系统三维展示平台功能架构图

2.2.1 三维交互浏览

（1）功能描述：本模块提供主控用户界面，集成子系统的所有功能供用户操作使用。

本模块的功能主要为：

①提供菜单、快捷键、工具栏按在外部调用程序来看，只需将该类实例化，并且show（）出三维展示窗口即可。

2.2.2 图层管理-快速定位

（1）功能描述：这两个模块位于用户界面的右边，也可以动态停靠于主界面的左右位置。

模块提供的功能主要为：

①改变图层显示顺序，图层显示属性等；

②配置图层的加载项，系统可以维护图层的添加和移除；

④鸟瞰图。

（2）结构设计：本模块设计为一个可执行文件，内含一个窗体类，实现一个接口。

Win Info Tre和Win Navigate分别为图层管理模块、快速定位功能模块的窗体类，由于是窗口实体类，所有的操作和实现过程都在该类内部调用控件axTEInformationWindow和axTENavigationMap的自身功能完成，在外部调用程序来看，只需将类实例化，并且show（）出窗口即可。

2.2.3 信息查询与编辑

（1）功能描述：这两个模块可以动态停靠于主界面的左右位置。

模块提供的功能主要为：

①信息查询，查询结果定位等功能；

②用户可以选择单个交通地理信息要素，编辑属性数据。

（2）结构设计：信息查询模块设计为一个动态网页，根据信息点包含的内容动态构造页面，主要是IContainer2容器类的实现。属性编辑设计为一个窗体类，里面包含各种.net控件和Skyline控件。

第三代金融危机不再仅仅局限于宏观经济表现和宏观政策，开始更多的关注资本价格、金融市场、市场信息等方面。比如由于投资者和融资者之间信息不对称产生的市场失灵和“羊群效应”就会加大股票和资金市场的波动性；再比如债务人因为资金不足陷入流动性危机，从而不得不将自己的部分资产低价售出变现用于偿债，这样一来就会影响市场价格体系引发危机。进一步的，如果债务人出现违约，这种流动性的缺乏就会因为金融系统的紧密联系而逐渐蔓延并影响到其他领域。相应的第三代金融危机理论也有很多分支，比如信息不对称引发金融风险、道德风险的发生、流动性市场无效率、危机在金融市场间的传染等。

Winproperty为属性编辑模块的窗体类，由于是窗口实体类，所有的操作和实现过程都在该类内部调用各类控件的事件方法完成，在外部调用程序来看，只需将类实例化，并且show（）出窗口即可。

2.2.4 测量与图形输出

（1）功能描述：

这两个功能模块都是在Skyline的三维场景上直接实现。

模块提供的功能主要为：

①提供各种辅助用户了解、掌握信息的工具，包括距离量测、面积量测等功能；

②系统提供了快速截图工具，可以对三维窗口进行快速捕捉和存储，将三维地形窗口的影像保存为BMP、TIF等格式的图片，便于传阅、分析和保存。

（2）结构设计：三维量测功能、图形输出模块设计完全调用Skyline控件的本身功能。即使用ITerraExplorer X的IMenu接口，外部调用程序调用时，只需将该接口实例化，直接执行。

2.2.5 三维创建

（1）功能描述：本功能模块位于用户界面的右边，也可以动态停靠于主界面的左右位置。

模块提供的功能主要为：三维创建工具允许用户在本地三维场景中创建图片、线、面、箭头，包括进行建筑模型以及复杂的道路设计等，并保存到本地。

（2）结构设计：三维创建模块调用I TerraExplorer X的I TerraExplorer 5、I Information Tree 5、I ObjectManager 5接口。外部调用程序调用时，要将这些接口实例化。

4 结语

江苏省水利地理信息系统三维展示平台在Skyline技术的基础上，加载了全省DOM数据、DEM数据及重点水利设施、建筑及景观三维模型数据，并集成了基于VR技术的大型水利三维虚拟场景，实现了各类水利要素信息实时、直观地浏览、查询，并可辅助进行业务管理和决策，从而实现科学、有效的管理，提高运行质量和效率、降低运行成本。

本平台实现了高效率、高精度、精细化三维地形数据的组织、发布和应用，不仅具有一定的学术价值，而且在江苏省乃至全国的水利信息化建设中具有广阔的应用价值和前景。

［1］陈 宁，柏 屏，曹 帅.江苏省水利地理信息系统关键技术浅析［J］.江苏水利，2012，（3）:15-16.

［2］谭云婷，陆朝锋，廖顺华.基于Skyline的三维景观GIS系统的实现［J］.广西城镇建设，2008，（12）:117-120.

［3］刘清华.基于信息系统下的虚拟现实技术的初步探究［J］.福建电脑，2009，（11）.