基于GIS技术高校虚拟校园系统的设计研究

2017-01-13吴玲敏王海霞

中国市场 2016年49期

关键词：河套教学楼建筑物

吴玲敏,王海霞

(河套学院机电工程系,内蒙古巴彦淖尔 015000)

基于GIS技术高校虚拟校园系统的设计研究

吴玲敏,王海霞

(河套学院机电工程系,内蒙古巴彦淖尔 015000)

随着网络技术、地理信息系统(GIS)技术的发展,美国首次提出“数字地球”的概念,随即作为其重要组成部分的数字城市、数字校园等概念应运而生。文章以SuperMap Deskpro为开发平台,利用河套学院校园的数据,结合数字摄影测量技术、网络技术、数据库技术、三维建模技术,建立三维虚拟校园,在实现基本功能的基础上,体现GIS的可视化特色,满足学校对外招生宣传、校园导航、数字化服务系统等多元化需求。

数字化校园；GIS技术；数据库技术

校园作为一个空间区域,其包含的信息大多具有空间属性。GIS是空间信息管理的最有效工具,在虚拟校园系统中引入GIS技术将使学校教学研究、行政管理、科研工作、生活等相关的信息与空间位置建立起紧密的联系,从而为人们提供最为直观的、深层次的信息交流平台。因此基于GIS虚拟校园开发也成为了很多高校数字校园建设领域的研究热点。

1 虚拟校园研究现状

目前,许多国外的科研机构包括美国斯坦福大学、瑞士大学利用GIS技术进行了校园数据的管理工作,系统具有交互查询和空间分析等多种功能。日本京都大学则综合运用了二、三维GIS技术和社会科学等方面理论完成了“数字京都”项目,建立了可以进行属性查询、显示和虚拟漫游的数字京都系统。加州大学建立的虚拟城市系统,在后来的地震救灾中发挥了重要作用；牛津大学建立的虚拟校园系统和教学系统供师生使用,取得了满意的效果。

我国的虚拟校园技术虽然发展较晚,但它的重要性已经引起许多机构的重视,部分政府和大学都已经投入到这个领域的研究中,逐步建立自己的虚拟漫游校园系统,北京大学的数字校园工程“数字北大”,在GIS基础上设计数字校园工程,实现了北大校园及周边环境的地图显示、信息査询及路径分析等功能。江南大学的数字化校园利用GIS技术,创建了“3D江大”,已经基本实现了基于GIS的二、三维一体化的WebGIS系统开发。

随着新技术不断的发展,人们对虚拟校园系统提出了更高的要求,不仅要求其完整性、功能性,同时要求在感官程度上更趋于真实感,而传统的虚拟校园系统的建设仅限于在模型上进行简单贴图,无法满足用户不断提出的新需求。数字化校园建设是虚拟校园技术的一个重要应用领域,是在传统校园建设的基础上,将现实校园中所有现状数字化,利用虚拟信息技术转化为网上三维空间,访问者足不出户就可以进入到虚拟的校园之中领略校园的独特文化。本文采用三维建模软件、编程技术、传感器技术、GIS技术、遥感技术和虚拟现实技术等建设虚拟校园系统。虚拟校园系统作为数字化大学工程的重要组成部分,为校园数字化管理、规划提供了最直观的表现形式,为数字化校园的宣传及建设提供一个重要的途径。

2 主要研究内容

研究以河套学院校园为蓝本,运用三维建模软件3DS MAX、SuperMapGIS平台、SQL Server数据库、VC6.0编程软件等技术,实现在GIS技术下数字化校园的三维可视化和空间分析能力。

(1)基础数据数字化。主要有专题图的数字化、空间数据集成(包括正射影像的数字化测图成果、建筑物高程模型、数字化专题图等)和属性数据的收集与编辑。

(2)河套学院校园三维模型建立。对校园遥感影像图、数字照片、校园规划图等数据利用3DS MAX、Photoshop等三维建筑软件,建立校区主要建筑物的三维模型,为了更直观地表达校园的真实环境,对建筑物进行纹理粘贴。

(3)实现二、三维联动。利用SuperMap Objects二次开发平台,基于VC的消息机制,实现二维窗口和三维窗口的互操作响应,即二、三维联动,进而达到编辑和分析结果显示的一体化,同时实现二、三维窗口的切换。

(4)数据库的设计。实现对数据的分类整理、结构设计、关系设计、功能实现设计、数据调用设计、连接方式、主键和索引的选择,使系统对数据操作尽可能地准确、全面和快捷。本文空间数据库的设计主要有：①校区及周边一定范围区域图,如河套学院不同校区地图及周边道路等区域；②校园内的主要建筑物分布平面图,如教学楼、实验楼、宿舍区、图书馆、文体馆、食堂、学校医院等；③校园内部的主要交通道路分布图,如主干道、桥梁、阶梯等；④校区的辅助设施,如广场、停车场、运动场、绿化带等。

3 虚拟校园系统的总体设计

根据用户需求,明确分析虚拟校园系统的功能,实现各个模块及模块之间的相互关系,确定开发系统所必备的软硬件条件和相关的技术指导规则,从而保证数字化校园系统的完整性。

3.1 虚拟校园系统的技术路线

在对虚拟校园系统进行系统识别和系统需求确认的基础上,综合分析该系统的应用范围、功能、性能需求等方面内容,并经过反复论证,得出虚拟校园系统的技术路线。

虚拟校园系统的技术路线

3.2 虚拟校园系统运行环境设计

3.2.1 硬件环境

CPU:要求2.94GHz。

内存：最低要求为512M,推荐2GB。

显卡：512M 显存 ATI Radeon HD 4300 Series。

硬盘：要求在40G以上。

3.2.2 软件环境

Windows XP的系统、3DS Max2010、SuperMap Object、VC6.0、Photoshop。

4 虚拟校园系统的数据库设计及数据处理

4.1 数据库设计

河套学院基于GIS的“数字校园”系统的数据库由空间数据库和属性数据库两部分组成。

4.1.1 空间数据库

河套学院“数字校园”系统所利用的空间数据库资料主要来源于河套学院遥感影像图。利用SuperMap Deskpro对影像图进行矢量化,根据GIS的特点,按照数据分层组织方法,将校园信息分为了道路、绿色植被、建筑物(包含教学楼、办公楼、实验楼、行政楼和宿舍楼等)。

4.1.2 属性数据库

河套学院“数字校园”系统中属性数据库主要是与空间数据相关联的可视化属性表,即对应于空间数据库中的空间实体,如建筑物、道路等属性数据,这类属性数据的存储与GIS软件有关,以关系数据表的形式存储在SuperMap Deskpro软件的表格文件中,与空间数据是结合在一起的。

4.2 数据获取

4.2.1 已有的相关资料

根据建筑物图纸及文档中包含的详细资料,提取有关建筑物三维几何模型所需相关数据。

4.2.2 摄影测量

通过摄影获得建筑物丰富的纹理信息,对于后期的建筑物模型材质赋予有很大的作用,对有明显轮廓的建筑物提供准确的精度。

4.2.3 卫星图像

本文以Google Earth截取河套学院的遥感影像作为虚拟校园建设的底图,保证建模过程中对建筑物模型地理位置的准确放置。

4.3 数据处理

以河套学院的实景校园为研究对象,利用3DS Max构建学校的建筑物、道路、公共类设施物体、绿色植物,使系统的虚拟环境更加逼真。

建筑物包括教学楼、行政楼、实验楼、学生餐厅、教师公寓、学生公寓、体育馆、篮球场等。这些模型的建立方法几乎一样。首先用二维绘图软件生成基底图纸,在对生成的基底图纸进行抽出、放样等方法建立三维模型。在Google Earth中截取河套学院影像图,导入SketchUP当中,相应地导入在3DS Max中建立的建筑物三维模型,依靠影像图对导入的三维模型进行定位和大小的调试。

道路路面一般有土路、水泥、沥青、地砖等。不同的地段用不同的材质表达,如土路表达效果可根据此设置相应的路面材质数据,表达出土质的效果。