Google Earth在教与学中的辅助作用探讨

曹愉航，姜立婷

摘要：本文对谷歌地球（Google Earth，GE）这一功能强大的地理信息软件，在建筑学专业教与学中，进行建筑相关信息查询、测量面积、分析环境和建筑模型创建，以及在综合教育课程教与学中，查看自然地理信息、了解世界文化和地区历史变迁、制定旅游规划和虚拟旅游等方面的辅助作用进行了探讨，并对该软件在空间分析和数据处理、图像清晰度和更新周期以及信息安全等方面存在的不足之处提出了相应建议。

关键词：Google Earth;建筑学;SketchUp;综合教育

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2014）41-0211-03

谷歌地球（Google Earth，GE）是Google公司在2005年6月推出的一款虚拟地球软件。它采用先进的3D地图定位技术，把航拍照片、卫星图像和地理信息系统（GIS）数据整合在一起，形成了一个虚拟的地球三维模型，它能提供多项地理信息搜索服务及大量的地理测绘工具。它突破了传统纸质地图应用的局限性，实现了对地球的多分辨率、三维立体描述，初步具备了数字地球的功能。用户可以在此模型上进行信息查询、搜索影像、地理测绘、虚拟飞行等操作，为用户提供了极大便利，同时也让以往只能仰望天空的人们能轻易地俯视地球，给用户带来了一种极度真实的全新体验。GE功能强大、界面直观、操作简单、娱乐性强、信息免费。本文探讨了GE在建筑学专业和综合教育课程教与学中的辅助作用，并针对该软件的不足提出了相应建议。

一、辅助建筑学专业教与学

进入21世纪以来，随着计算机辅助设计在建筑设计领域应用的日益广泛，计算机已成为建筑学专业教学中不可或缺的重要工具，它的数字化技术成为推动和完善教学体系的重要支撑。与传统建筑学专业教学相比，计算机软件的应用不仅可以拓展学生的知识边界，丰富设计方法，提升作品的表现力，更可以激发学生的创造力，继而形成数字化思维模式。

1.查看建筑信息。在建筑学专业的学习中，搜集相关设计信息，浏览大量的全世界各地不同类型、风格、特色的建筑物图片是必不可少的一项任务，也是对建筑获得直观感受的一种手段。进入到GE后，在左上方搜索框中直接输入建筑物名称，即可查看到建筑物的图片、位置等许多相关信息，用鼠标拖放、滚动进行浏览，非常方便、迅速。

2.查看地形并分析环境。在“建筑设计”课程学习中，教师在布置设计任务书时，会给出所要设计的建筑物所在地。据此学生要进行场地调研，了解场地本身的现状、空间形态、用地周边的各种道路、建筑物、绿化、规划要求等信息，并提交调研报告。如果建设用地不在本地，就无法保证设计者能亲临现场查勘。这时学生就可借助GE来查阅所需资料。GE的三维模拟效果，能真实呈现地球面貌。查看3D地形和建筑物以及周边的3D树木，可通过拖动鼠标倾斜和旋转，改变浏览的视角与角度，给观察者如亲临其境般的视觉感受。因而非常便于对建筑周围地形进行了解和分析，这减少了实地查勘的时间、距离问题，为设计者提供便利。GE还可以分析场地周围的经济状况、日照、地形等，以帮助设计者确定未来建筑物的定位。具体方法是在GE的地形图中通过“平视”调节杆，选择合适的空间角度，调整好缩放比例，即可很好地观察地形。

3.测量面积。利用GE还可完成对建筑物相关面积的估测。在进入GE后，点击工具栏中的标尺，选择“多边形”或“圆”图标，沿所测面积边缘画一个闭合区间，标尺上显示的周长和面积即为所求数值[1]。

4.结合GE相关软件SketchUp创建建筑模型及模型发布。传统建筑设计课教学是以纸和笔进行草图设计，并辅以手工模型、实体制作等手段帮助学生把握建筑的形体关系，其缺陷是无法融入所设计的空间中，学生的观察与想象均受到限制。而利用计算机辅助设计进行数字化建筑设计，通过创建建筑模型，学生可从任意角度观看虚拟物体三维效果，去发现场地、形态、空间和构造之间的特殊关系，从而通过实时三维场景调整、信息查询及多媒体信息集成等技术，为方案的比较推敲、优化设计提供有力支持。利用虚拟现实提供了其他传统表现方式所无法比拟的、崭新的信息交流界面，开拓了学生的想象力、创造力，有助于产生高质量、多样化的设计方案。SketchUp是GE的一款简便易学的强大建模软件，它界面简洁、命令少、效率高，同时融合了铅笔画的优美和自然笔触，建模思路简单明了，能快捷、方便地创建建筑物三维模型，并兼具良好的纹理映射、光照等功能，产生真实照片的效果。通过采用立面或剖面的方式观察，不仅能够很好地把握对建筑形体的控制，更有助于梳理形式内在的逻辑关系。这让总在建筑模型外面看而不能进入建筑内部空间的传统习惯发生了改变，变革了学生认识建筑的方法，能更深刻地理解建筑设计的本质。由SketchUp生成的三维模型文件小，可节省存储空间、便于传输，适合于各种虚拟建筑的设计与应用。同时利用其特有的转换工具，还可将创建的三维模型发布到GE上，并进行浏览。Sketchup还可以结合GE来制作漫游动画。这种全新的动态展示方式越来越受到高年级学生的青睐。在利用SketchUp创建建筑模型时，首先在SketchUp中，用划线工具画出场地及建筑物轮廓，形成闭合图形。利用推拉工具生成建筑的高度，做出该建筑物的大致轮廓，并将各个立面上的门窗画出，然后再用编辑工具创建一些具体细节，如利用材质工具对各个面添加不同材质的纹理，纹理可采用实地摄取的墙体纹理或从SketchUp的纹理库中选取。再借助软件拥有的组件库，完成交通工具、人体模型、各种植物等地面附属设施的添加等，也可通过网络下载更多的材质和模型以满足建模需求[2]。此外用SketchUp创建的三维虚拟模型，可导出为dae格式文件并将其发布到GE上，通过GE添加菜单中模型选项，将待发布的模型名称和位置坐标进行添加，完成后就可在GE中进行模型浏览了，即可实现模型在真实场景中的模拟。最后可将在GE中的模型保存为kmz格式的文件，方便日后查看。endprint

二、辅助综合教育课程教与学

综合教育课程是对学生进行综合素质教育的课程，是高等学校人才培养方案中不可或缺的一个重要环节，是为学生了解历史、理解社会、认识世界提供多种思维方式和广博教育的一个重要手段。在综合教育课程的教学内容中，涉及到对地理、文化、历史及世界的介绍与学习，这些内容若仅以简单的语言、文字讲授，用平面、静止的方式教学会很枯燥。若能正确、高效地利用GE，则可使诸多事项“看得见”，使一些抽象、复杂的内容变得具体、直观，这不仅降低了教学难度，也增加了学生学习兴趣，实现了教学内容、形式、手段的多样化。

1.查看自然地理信息。目前GE已建立了从陆地到海洋、从地球到星空的地理空间信息结构，包含了海量的地理数据信息，当人们想了解地球表面某地的自然地理信息时，即可通过三种方法定位到想查找的区域，查看该地的天文、气象、水文、地质、地貌、生物、环境等信息。首先进入到GE，在左上方搜索框中直接输入地名，即可迅速地查找到指定位置的卫星图片;或直接在类似地球仪的软件界面旋转，将地球定位到所要查找的位置;还可以直接输入查询目的地的经纬度，也可以很快找到目标地。GE的卫星立体地图使查看的目标地既有图示和文字描述，又有三维全景展示，使人们更加直观地查看到所查询地的自然地理信息。如果切换到GE的“星空模式”或“谷歌海洋”，还能学到大量的天文知识或探索海洋的奥秘[3]。

2.了解世界文化和地区历史变迁。GE提供了大量全球各地的自然风光、文物古迹、风土人情的照片、视频资源及可以交互操作的3D全景图，如白雪皑皑的富士山、自由女神雕像、金字塔等。只要在“前往”的输入框中输入要搜寻的目标，即可找到需要的图片，通过鼠标拖放、滚动即可进行浏览。此外GE还提供了多张世界级名画的超高分辨率图像，让用户看到的图片比用千万像素摄像机拍到的还清晰上千倍，这样人们足不出户就可欣赏到世界文化。在人们对古代文明和历史建筑的深入研究中，以往只言片语的史料记载和粗糙线条的古代绘画已不能满足需要，而基于GE平台构建的虚拟历史建筑、街区等景观，以一种全新的数字化方式真实、艺术、生动地再现和展示了古代文化遗产，且能以数字化形式永久地保存濒临灭绝的人类文明[4]。此外GE还具有历史地图功能，通过历史回溯功能可了解某地的历史变迁，分析影响其发展的因素等。

3.制定旅游规划和虚拟旅游。随着人们生活水平的提高及对精神生活的追求，旅游正迅速走进人们生活。在旅游相关内容的教学过程中，若能充分利用GE，对介绍旅游资源、传播旅游文化、促进旅游经济发展无疑是非常有益的。当人们在制定旅游规划时，首先可通过GE提供的各种旅游资源信息进行查询，并在GE中方便地对某一城市进行鸟瞰，还可深入到城市内部查看其居民区、商业区及道路网等，这对规划行程路线很有帮助。在规划行程路线时，首先使用GE寻找起点或终点，然后进行下列操作：点击目标地处的地标，便可查到该地标处的详细路线图，GE会选择最佳路线，并提供逐步指示。由此可快速得到行程路线。而当用户因时间或条件不能进行实地旅游时，可通过GE进行虚拟旅游。在GE中可全方位地观赏全球任何地区，其整体感强，具有交互性和沉浸感，使用户产生虚拟游历的感觉。若对某个具体地区或景点感兴趣，即可定位到此处，通过鼠标操作或导航工具条，调整观看的高度、方向、角度等，对其进行详细地欣赏、游览，实现了坐在家中遨游世界[5]。

三、不足与建议

GE不是专业的地理信息系统（GIS）软件，与GIS软件的数据采集和编辑、空间分析等功能相比，差距还很大，同时也缺少对数据进行深入查询、对比、筛选、分析、统计等方面的数据处理功能。在GE应用的不断深入中，相关技术研究人员还应进一步探索基于GE的空间分析、数据处理等功能。目前在GE上所浏览的影像多是由低轨卫星获取，并采用无缝拼接技术实现的。但如果拍摄条件不好、卫星看不到地面时，就需拼接一些不同时期拍摄的图片，如果拼接效果不好，存在误差，就可能出现有的地区清晰、有的地区模糊，满足不了用户的视觉要求。而部分地区图像的更新周期也较长。随着GE图像分辨率的提高，更新周期的缩短，这些问题也会得到逐步改善。尽管人们追求高清晰的图像，而GE中的部分卫星照片分辨率也已达到了0.5米，但这种清晰的图像对于各个国家的重要设施、军事机密而言，尚存在泄密的风险。因而世界各国应基于对国家安全的考虑，采取相应措施，如对敏感设施和地域进行伪装、建立各种防护网等来保障本国安全。GE应用范围广泛，发展迅速，已经在课程教学及许多专业领域，以及民用、商业等方面正如火如荼地推广开来。尽管其本身还有不足之处，但随着相关技术人员对其进行的不断改进，相信不久的将来GE的功能会更加完善，会在许多领域发挥重要的作用。

参考文献：

[1]谢春平.基于Google Earth的面积快速测量法[J].湖北农业科学，2011，50（7）：1470-1472.

[2]Livingstone J，Fleron J F.Exploring Three-Dimensional Worlds Using Google SketchUp[J].Mathematics Teacher，2012，105（6）：469-473.

[3]Krakowka A R.Field Trips as Valuable Learning Experiences in Geography Courses[J].Journal of Geography，2012，111（6）：236-244.

[4]韩世刚.基于Google Earth的历史街区虚拟重建技术研究[J].系统仿真学报，2009，21（增刊1）：269-270，273.

[5]李娟，郝志刚.基于Google Earth虚拟地球平台的旅游规划研究[J].国土资源遥感，2010，22（1）：130-133.

基金项目：大连大学重点教学改革资助项目（E类）

作者简介：曹愉航（1992-），男，辽宁大连人，大连大学建筑学专业。

通讯作者：姜立婷（1965-），女，辽宁鞍山人，硕士，副教授，主要从事建筑设计与理论研究。endprint