第24卷第4期2009年8月 山东建筑大学学报JOURNAL OF SHANDONG J I A NZHU UN I V ERSI TY Vol .24No .4Aug .2009收稿日期:2009-01-13作者简介:孙英君(1976-),女,山东阳谷人,山东建筑大学土木工程学院副教授,博士,主要从事空间信息分析技术在城市建设中的应用研究.文章编号:1673-7644(2009)04-0377-04基于二三维联动机制的数字校园系统研究孙英君,丁宁,王倩(山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101)摘要:数字校园建设是国内外各大专院校为提升校园对外知名度,为学校来访者提供动态交互方式,为学校各项工作创造便利条件的有效途径。
在数字校园建设中,三维数据的处理、建模、可视化是一个重要的课题。
以山东建筑大学数字校园为例,通过二三维联动的方式解决二维缺乏真实感,三维易造成迷失感且缺乏空间分析功能的问题。
利用Sketch Up 进行三维模型的建设,以A rcEngine 为开发工具,进行二维、三维可视化系统的研发,实现两个系统之间的编辑联动,并将二维空间分析的结果实时的显示到三维系统。
关键词:数字校园;2维;3维;Sketch Up;A rcEngine;联动系统中图分类号:P208 文献标识码:AThe research of d i g it a l cam pus ba sed on 2Dand 3D i n teracti ve systemS UN Ying 2jun,D I N G N ing,WANG Q ian(School of Civil Engineering,Shandong J ianzhu University,J inan 250101,China )Abstract:It is an effective way f or each university t o devel op digital ca mpus syste m t o publicize itself and facilitate its r outine life .The dis posal,modeling and visualizati on of 3D data are very i m portant in the constructi on of digital ca mpus .Traditi onal 2D map is li m ited in vividity .W hereas 3D syste m is only perfect in visualizati on without any functi on of s patial analysis .The paper tries t o s olve the p r ob 2le m caused by 2D and 3D interactive syste m ,exa mp led by the digital ca mpus of Shandong J ianzhu U 2niversity .Based on the mature 3D s oft w are 2Sketch Up,the researcher got the ele mentary 3D model as the ite m input t o the sy mbol database .Thus,the ne w syste m can p r oduce 3D features in batches .The syste m chose A rcEngine as the devel oped t ool .The 2D syste m p layed a r ole of eyevie w .The basic functi ons,such as dis p lay,edit 2add,delete t ook effect in both 2D and 3D syste m.Besides,the result of s patial analysis acquired in 2D syste m can be reflected in 3D syste m si m ultaneity .Key words:digital ca mpus;2D;3D;Sketch Up;A rcEngine;interactive syste m0 引言随着数字技术的进一步发展,“数字城市”和“数字校园”开始涌现并逐步成为现实。
随着现代生活的飞速发展,人们对自身生活环境的了解不再仅停留在原有的数字地图或平面图上,而是要求一个直观的、现实的感受。
三维可视化技术应运而生,以其现实性、直观性和逼真的视觉效果受到了人们的日益青睐,特别在城市规划设计、军事指挥、城市仿真等中得到了广泛的应用。
国内外的大学、公司、研究所陆续开发了一些三维的建模软件,如:Multi 2378 山东建筑大学学报 2009年 gen Creat or、3DMAX、Cyber2CityGI S等。
这些系统和软件都具有对三维模型进行创建、管理的能力,且三维模型具有较强的真实感。
但在软件的分析功能方面,由于三维数据模型等理论上的限制,分析功能的开发和交互操作还有待于进一步研究。
同时,一些GI S系统软件,在原有二维GI S中增加了三维功能,使其能够表达现实世界中的三维对象,如:I M AGI S、VRMAP、CCGI S等三维GI S软件。
原有的二维GI S 系统具有很强的分析能力,例如缓冲分析、路径分析、平面测量、搜索查询、渲染分析等,但扩展后的三维功能,在地貌表达上取得了较好的效果,而在地物的精细建模上缺乏足够的真实感和美感。
因此到目前为止还没有出现真正完善的三维GI S系统,急需寻求解决这一问题的途径[1]。
此外,独立的二维系统和独立的三维场景都有着自身的不足之处。
二维系统有宏观性、整体性、抽象性的优点,但由于我们生活在一个真三维的现实世界里,二维地图对处于三维空间中的各种地理对象全部进行向二维平面投影的简化处理,导致第三维方向的几何位置信息、空间拓扑信息和部分语义信息的损失,不能完整地反映客观世界[2]。
同时,二维地图的抽象多义性,给我们认识空间信息带来了一定的困难[3]。
三维虚拟场景虽然有视觉效果逼真的优点,但也存在一些缺陷,其中一个重要方面是三维虚拟场景动态展示和交互式观察的方便程度和灵活性相对较弱[4],漫游时容易产生迷失感。
用户往往只能看到视野范围中的物体,导致用户在漫游时缺乏整体感,常常迷失方向[5]。
因此,有必要将二维与三维进行联动开发,在同一框架体系下充分发挥各自的优势,既具有强有力的三维沉浸感,同时还需要清晰的二维平面图提供全局的定位、部署,实现二、三维位置的联动定位和信息查询[6]。
1 联动原理二、三维联动就其内部的实现方式可以分为两大类:统一模型和消息驱动[6]。
1.1 统一模型最理想的方式是建立统一的数据模型,二维和三维数据是统一数据模型的投影,二维和三维界面是与用户进行交互的视图。
无论三维还是二维的数据修改均是对同一个数据模型的操作,因此系统容易保持数据的一致性。
但目前尚难以将二维的几何数据与三维的对象数据完全统一起来,二者之间仍然存在一定的差异。
1.2 消息驱动建立统一模型由于技术所限,目前还难以实现,因此可以采用松散的消息驱动方式来保持二、三维数据的一致性。
基于二维数据和三维数据所具有的统一坐标系,通过彼此之间坐标的对应关系来实现二、三维的联动。
本文即采用该方式进行二、三维系统的联动。
2 联动实现2.1 实现方式本文选用组件开发模式进行二、三维联动的实现。
组件式GI S的基本思想是把GI S的各大功能模块划分为几个控件,每个控件完成不同的功能,各个GI S控件之间,以及GI S控件与其他非GI S控件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的GI S应用。
控件如同一堆各式各样的积木,他们分别实现不同的功能,根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来,就构成应用系统。
组件式的开发模式成本低,可扩展性强,开发周期相对较短。
文章选用A rcEngine提供的MapContr ol、Sce2 neContr ol等组件,以及AO组件库,在VB开发环境下完成对山东建筑大学二、三维联动系统的开发设计,系统开发采用DLL技术使编写的代码实现重用与移植。
系统包括二维、三维两个视窗,三维为主,二维为辅。
2.2 二维空间建立校园基础地理信息库,该库主要存储两方面的内容:(1)校园基础地理信息:如校园主要道路,水库及地形变化等。
这部分信息通过野外实际测量获取。
(2)校内地面各种设施空间位置及属性信息:如照明系统、环卫系统、园林绿化系统及建筑物等。
同时,进行二维数字校园系统的功能开发,该系统应具备二维显示、查询、基本空间分析等功能。
2.3 三维空间2.3.1 三维场景建模三维场景建模在A rcGI S的三维扩展模块A rcS2 cene下进行。
选取山东建筑大学共2000余个离散 第4期 孙英君等:基于二三维联动机制的数字校园系统研究 379高程点用TI N构造校园地面高程模型(DE M)的建设。
将建成的DE M与quickbird影像进行融合,作为三维场景。
2.3.2 三维地物建模地物建模选用的是SketchUp软件。
该软件是美国著名的建筑设计软件开发商是@A tlast Soft w are 公司开发的。
选择该软件的原因是:1)SketchUp生成的模型非常精简,极其容易掌握,避免了初学者用其它软件学习复杂的建模技术,其设计理念是建筑创作上的一大革命,深得建筑行业认可,被建筑师称为最优秀的建筑草图工具。
2)该软件提供了GI S 软件的模型接口,即利用SketchUp建造的三维模型可以直接导入到GI S软件中。
建筑物高度按其层数粗略求算,并根据其屋顶形状人为的加一个修饰性的屋顶。
建筑物纹理采用地面摄影相片直接提取。
由于山东建筑大学主体建筑物数量有限,所以用相机拍摄建筑物侧面相片,然后用phot oshop软件进行处理。
虽然该方法的获取速度较慢,且涉及数据量大,后续处理工作量也很大,但是这种方法建成的校园三维模型真实感强。
2.4 二三维空间的联动为充分发挥二、三维系统的优点,取长补短,本文选用A rcEngine进行二、三维联动系统的开发,实现二、三维显示、编辑的联动,及其二维空间分析结果的三维同现功能。
具体功能如下:(1)用户在三维场景中漫游时,在二维地图中显示出相应的位置和视野。
(2)在二维地图中改变观察点时,相应地在三维虚拟场景中跳到对应的位置;在三维虚拟场景中改变观察点时,在二维地图中也跳到对应的位置。