基于CityMaker和3Dmax的三维数字校园系统的设计与实现

贾志豪 努尔麦麦提·艾尔肯

摘要 基于三维建模和开发平台，设计并且实现了新疆农业大学主校区三维数字校园系统。从系统的设计、数据的生产、三维模型相关场景的构建、系统展示功能实现等几个方面出发，建设相关校园三维系统的总体设计与实施方案和基本流程。为虚拟现实技术在校园中的相关性基础应用提供了相关技术的支持，同时也进一步服务校园管理提供了相关的解决方案。

【关键词】三维建模 校园模型 虚拟现实

1 引言

近些年来，“数字城市”、“智慧城市”等概念的提出、研究和实现，对高校“数字校园”的研究和系统的实现，越发的成为了主要的发展方向。现阶段城市管理系统，校园管理系统大多是二维的，较少部分设计三维空间信息，大部分仍然从二维系统进行相关管理，在二维系统里，城市内的相关要素投影转换到平面地图上，很少部分涉及空间信息，在平面地图可视化效果中，会存在一定的不足，其平面符号、注记与现实世界展示不可避免的存在相关信息的损失，从而无法正确的直观反映城市或学校等的实际情况。

随着空间GIS技术和信息技术的飞跃式发展，地图的表达形式渐渐由二维向三维过渡。二维空间数据的组织与管理模式已经由文件模式转变到基于空间数据引擎的关系型数据库模式很好地解决了图属一体化存储管理、高效的数据访问检索等问题。将三维可视化技术、虚拟现实技术不断深入运用到城市或者校园领域的在线三维数字校园宣传展示、校园生活、校园规划等方面，为我国高校建设事业提供了崭新的设计思维方式和技术手段。将虚拟现实技术应用于校園展示和校园规模化管理，不仅能给用户带来强烈的视觉冲击感，还可以在虚拟环境中获得丰富的信息，为规划精细校园提供了信息支持，大大减小开发难度和周期。将虚拟现实技术应用于三维数字校园是校园规划和展示的核心内容。伴随着西部经济的快速发展，校园建设势头愈加迅猛。直观展现交互式三维校园场景，利于校园信息管理与校园规划建设，提高教学科研管理水平和效率，利于实现信息和资源共享。

2 三维场景建模

用虚拟现实技术实现校园的逼真三维系统，是“数字校园”三维空间信息的建设核心。以数据的产生、建库、整合、发布数据、发布三维场景、网络浏览为主线，通过三维空间属性一体化来管理三维要素，建立一个二三维结合且交互式的校园三维展示系统。

场景建模是将虚拟现实空间内的对象和场景以相应存储在计算机内部的三维视图模型显像的集成，包括二维校园相关底图、矢量层和三维模型构建。

本研究以CityMaker和3DMax两款软件为平台进行场景要素建模。三维建模技术的核心是根据研究对象的三维空间信息构造立体模型，并利用相关建模软件生成该模型的图形表达，然后对相关建筑物、道路、绿化等相关设施进行整合。建筑物主体元素包括：宿舍楼、教学楼、实验楼等，道路面域包括：校园中主体机动车道和人行道，绿化包括：主体花坛和草地。针对CAD中的建筑物府视基底图（通过矢量化shp底图文件转换成相关CAD数据），在3DMax中对模型进行挤出和调整编辑，得到相关模型，导入的CAD区划会远离3DMAX的坐标中心位置，会出现捕捉不准，不方便建模的情况。那时可以在保持原始CAD位置不变的情况下，将其复本移动到3DMAX的坐标中心进行制作。制作完成后将模型再移动到原始CAD的位置。同理，可实现道路、绿化带以及相关设施的建模，最终实现整个校园场景的精细化建模。

在3DMax中建立好的模型，有两种导入CityMaker的方式，第一种，单独导入：在3DMax中将模型以单一元素逐一转换，使模型逐个导入CityMaker中;第二种，批量导入：在3DMax中运行相关脚本文件，将所有整合过的模型集体导出，并在CityMaker中直接加载新要素类文件（NewFeatureClass.XML），即可批量导入。其中相关模型的贴图必须以*.dds格式才可导出。

通过CityMaker继续进行模型整合，存入CityMaker定义的地理特征数据库（FDBFeature Database）中（已建好的模型和属性数据导入sql server数据库进行空间二三维数据和属性数据的一体化存储和管理）。FDB建立是以大文件形式整体化管理三维空间地理信息数据结构，可以统一管理三维地理特征数据、三维模型、属性数据，可以实现数据的查询、编辑、存储。经过精细化三维建模，实现优质的校园展示系统，服务校园的相关管理与规划。（FDB为三层数据结构：数据源 数据集 要素类）

属性数据是三维场景中各个模型的相关属性，属性数据可以从二维数据中得到或者自己录入，包括模型所属类型、名称等相关信息，通过CityMaker可以实现三维地物属性的直接录入。

3 三维模型服务发布

场景服务则是对所建立的校园三维场景进行发布与启动，把建好的三维模型通过CityMaker提供的CityMaker Server三维场景服务器，对三维模型场景进行三维数据的发布，提供给客户端使用。

3.1 校园三维空间信息服务的设计

通过CityMaker Server发布三维服务，用户使用这些三维资源，只需要通过访问服务地址加载工程配置文件。该文件记录了一个三维场景加载的各种三维场景数据层及属性、特定场景等。调用服务并在此基础上搭建自己的三维应用系统。

3.2 信息服务的集成

方便快捷的管理三维空间数据服务，其中包括：地形、影像、三维模型、矢量等相关空间位置的信息数据。

3.3 三维校园信息服务的发布

通过访问IP服务地址即可浏览发布的三维模型。

4 系统设计与实现

本文选用VisualStudi02010为开发环境，通过ASP.Net+CityMakerSDK进行校园系统的开发实现。系统体结构如图1所示。

4.1 系统构架

本系统以B/S架构。该架构减少了用户端的数据处理量，降低了用户承担的负载，方便快捷的进行三维场景的浏览。系统构架图如图2所示。

4.2 功能设计与实现

校园三维展示系统是以CityMaker SDKCOM库为底层，CityMakerSDK是采用组件技术封装的二次开发接口，提供COM控件、JS类库两种版本，支持VB、VC++、MicrosoftVisualStudio以及Delphi等开发环境。该系统将校园内各类设施，建筑物等以三维集成化的数字形式和手段表示出来，为学校管理展示提供了丰富的三维数据基础。

4.3 场景编辑

加载数据库，并且进行初始化。示例代码如下：

var c -___g.new_Connectionlnfo;

c.connecrionType=3;

c.database=”e：＼＼c.fdb”：

var ds=

g.dataSourceFactory.openDataSource（c）;

在该系统中用户可以根据自己的喜好，切换天气和天空背景盒子等天气模式。

4.4 模型浏览

在系统中可以用鼠标、键盘、快捷键或任意组合的方式来控制三维模型的缩放、高度、漫游和视角等。用户以动态交互的方式，快捷的对校园内的建筑物区域等做身临其境、全方位的浏览。

4.5 动画导航

用户可以自定义XML动画路径，在CityMaker SDK开发工具中，可以通过调用XMLPath访问动画路径并通过doc.load（）进行动画的加载。

4.6 拍照截图

针对校园内建设规划，通过拍照截图截取相关模型的图片，进行模型错误发现，校园模型规划等进行截图反馈。

5 结语

本文采用CityMaker结合3DMax，有效利用Web GIS的分布式部署特点，实现了基于WeoGIS的三维数字校园查询系统。总体上该系统有良好的三维渲染效果和用户体验，校园三维展示系统利用数字三维，将校园内的设施、建筑等信息展现给了用户。系统在宣传校园建设、提升校园形象发挥了积极的作用，为今后的校园精细化管理尊定了基础。

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