引言
　　
　　自從 1998 年1 月31 日美國前副總統(tǒng)戈爾提出數(shù)字地球的概念后， 數(shù)字地球數(shù)字城市成為近幾年來研討的熱點，而在三維GIS技術(shù)進(jìn)一步開展的背景下，數(shù)字校園開端涌現(xiàn)并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐?。所謂數(shù)字校園是指數(shù)字化的、虛擬的校園，是數(shù)字地球的微觀表現(xiàn)方式在校園區(qū)域的詳細(xì)表現(xiàn)[1].校園三維建模是數(shù)字校園的重要組成局部。國外，將校園三維模型上傳到GoogleEarth（GE）完成實時的閱讀查詢，僅有美國加州大學(xué)GIS 系學(xué)生有完成，且其上傳的模型較簡單。國內(nèi)，將校園三維模型上傳G E正在起步，尚未廢品[2-3].
　　Google 公司推出的GoogleEarth（GE），其影像閱讀速度、搜索方式、精度都到達(dá)了DigitalEarth的概念。本文以福建師范大學(xué)旗山校區(qū)為例，應(yīng)用GE的三維建模插件Sketch Up建置局部三維校園建筑物并發(fā)布到GE,分離虛擬理想技術(shù)、三維可視化技術(shù)、天文信息技術(shù)，應(yīng)用計算機在數(shù)據(jù)處置和數(shù)據(jù)整理保管方面的優(yōu)良性能，到達(dá)數(shù)據(jù)緊縮，提供快速的查詢管理，運用戶深居簡出便可俯瞰學(xué)校風(fēng)貌，還能夠自在控制閱讀的道路停止遨游，為校園三維建模提供一種新的快捷有效辦法。
　　
　　
　　1 三維建模軟件綜述
　　
　　目前常用的三維幾何建模辦法能夠分為三類：基于圖形的建模辦法、基于圖像的建模辦法、基于圖形和圖像相分離的建模辦法[4].目前我國常用軟件有：IMAGIS三維可視天文信息系統(tǒng)；草圖巨匠Sketch Up;AutoCAD;Creator;3DMAX;AutoCAD等，這些軟件各有優(yōu)點與缺乏。
　　
　　1.1 IMAGIS
　　IMAGIS三維可視天文信息系統(tǒng)是武漢適普有限公司自主開發(fā)的一套以數(shù)字正射影像（DOM）、數(shù)字空中高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）和數(shù)字柵格圖（DRG）作為綜合處置對象的虛擬理想管理GIS系統(tǒng)[5,6].IMAGIS最大特性是系統(tǒng)提供了多種創(chuàng)立模型的方式，能夠按需求生成三維模型，沒有繁瑣的參數(shù)控制。雖然建模操作過程比擬復(fù)雜、費時，但只需一些簡單的根本圖元便可生成復(fù)雜的三維實體，是目前建模較為常用的一種軟件。
　　
　　1.2 Sketch Up
　　Sketch Up 是一款十分便利的三維建模和設(shè)計軟件，與以往的三維建模軟件不同的是它能夠一邊設(shè)計，一邊追加細(xì)節(jié)。SketchUp 并入Google 大家庭后，用戶能夠把本人制造的三維模型導(dǎo)入GE 中，因而Sketch Up應(yīng)用愈加簡單，也愈加多元化。

　　
　　1.3 Creator
　　Multigen Creator 系列軟件以O(shè)penFlight數(shù)據(jù)格式為存儲格式，具有實時應(yīng)用優(yōu)化的特性，該軟件具有強大的多邊形建模、矢量建模、大面積地形準(zhǔn)確生成的功用，具有多種專業(yè)選項及各種插件，能快速、最優(yōu)化地生成三維數(shù)據(jù)庫，建造的模型與該系列的虛擬理想仿真軟件Vega分離起來，在各個實時仿真范疇有著世界搶先的位置。
　　
　　1.4 AutoCAD
　　AutoCAD有著強大的數(shù)據(jù)建模與編輯功用，在三維空間數(shù)據(jù)處置方面的應(yīng)用使得其在圖形處置與真三維建模方面具有共同的技術(shù)優(yōu)勢，但是建模大多觸及手工操作，工作量大，本錢高[4].
　　
　　
　　2 校園谷歌的完成
　　
　　2.1 軟件、技術(shù)引見
　　2.1.1 Google Earth
　　維基百科全書將Google Earth （ GE） 定義為一款由Google公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上[7,8],采用先進(jìn)的寬帶流技術(shù)，將本地搜索功用與衛(wèi)星圖片分離起來，讓用戶能夠縱情閱讀地球上每個角落的高明晰地圖和平面三維圖像。能夠說GE處理了數(shù)字地球最需求處理的問題：大數(shù)據(jù)量的散布存儲和讀取、網(wǎng)絡(luò)傳輸、天文對象的逐層加載顯現(xiàn)，但是早期GE只能顯現(xiàn)建筑物的屋頂，沒有正面和側(cè)面的信息，即火柴盒式閱讀，三維效果并不明顯。在GE 最新的Release4版本中，參加的Sketch Up 插件使得用戶能夠直接在GE 中參加自定義3D模型，為三維模型的直接應(yīng)用提供了一個快捷便當(dāng)?shù)耐緩健?br />　　2.1.2 Sketch Up
　　Sketch Up是一款應(yīng)用于建筑范疇的全新三維設(shè)計軟件，它有很多共同之處，樹立三維模型就好像運用鉛筆在圖紙上作圖普通，Sketch Up自身能自動辨認(rèn)這些線條，加以自動捕捉。它的建模流程簡單明了，就是畫線成面，然后擠壓成型，這也是建筑建模最常用的辦法，沒有根底的用戶也能做出不錯的模型。隨著并入Google大家庭，SketchUp 將成為今后三維軟件開展的一種趨向之一。
　　2.1.3 KML,KMZ 概述
　　KML 即Keyhole Markup Language,是用來描繪和保管天文信息并顯現(xiàn)在GoogleEarth客戶端的文件，是基于標(biāo)簽的語法格式來描繪天文信息。它由XML 語法和文件格式所架構(gòu)，是Google Earth輸出文件格式的一種。
　　KMZ 是經(jīng)過ZIP 格式緊縮過的KML 文件，此文件的優(yōu)點是本身能夠包含圖片而不需求援用網(wǎng)絡(luò)上的圖片，是Google Earth默許的輸出文件格式。
　　
　　2.2校園谷歌技術(shù)過程
　　
　　2.3 校園谷歌 三維模型設(shè)計與查詢的完成
　　2.3.1 定位坐標(biāo)，處置底圖
　　用 GPS 定位福建師范大學(xué)新校區(qū)范圍坐標(biāo)，取得坐標(biāo)值。在Google Earth 中搜索fuzhouchina,依據(jù)坐標(biāo)值和1M航空遙感影像，找特征地物，在GE 中找到福建師范大學(xué)新校區(qū)位置后導(dǎo)入經(jīng)過幾何精校正的1M 遙感影像圖（JPG格式），使其位于正確的位置，選擇研討區(qū)范圍，將其作為底圖。這樣，當(dāng)我們將三維模型上傳到GE時，模型便能自動處于正確的坐標(biāo)。
　　2.3.2 應(yīng)用Sketch Up 對研討區(qū)建模
　　Sketch Up 構(gòu)建的模型，一切的面都是由線構(gòu)成的，在CAD底圖上依據(jù)建筑物輪廓描出閉合線段，使它生成面，用推拉工具（Push快捷鍵為P）拉至所要高度，建出該建筑物的大致輪廓。為了到達(dá)準(zhǔn)確的效果，在理論中，我們用激光測距儀對教學(xué)區(qū)停止丈量，肯定長寬高的尺寸，并依照底圖比例建模。建模時遵照先整體后部分的準(zhǔn)繩，常常是先樹立大致的整體模型，后細(xì)化到部分。
　　2.3.3 紋理的添加及處置
　　用高像素數(shù)碼相機在相同的光照、像素等條件下對建筑停止整體和部分的拍攝，獲取所需求的紋理圖片。為了盡可能完善，用PhotoShop對照片停止裁剪、扭曲、色彩等細(xì)節(jié)處置后對模型停止貼圖。就本研討而言，自己覺得拍攝紋理時要留意整體性，控制好攝像機和建筑物間隔，不能忽近忽遠(yuǎn)，由于太近了，就不能拍到全景，即便能夠拍到全景，因仰角太大，紋理睬發(fā)作較大變形，處置效果不好；假如拍攝時間隔太遠(yuǎn)，則圖像不明晰；忽遠(yuǎn)忽近則會招致模型紋理不分歧，從而失真。
　　2.3.4 不規(guī)則物體的模仿
　　不規(guī)則的物體，如欄桿、花草樹木、路燈、橋梁等，假如可以很好的模仿出它們，能夠更好地進(jìn)步模仿逼真度。Google 3DWarehouse 曾經(jīng)分享了很多通用的模型，大多數(shù)不規(guī)則的物體直接下載運用，這又大大降低了三維景觀模仿的難度和復(fù)雜度。
　　2.3.5 上傳模型至GE
　　在Sketch Up 菜單欄中Google →Get Current View 即可將模型定位于Google Earth中，最后將其存為KMZ 文件，導(dǎo)入GE,系統(tǒng)會自動將模型保管在GE 的Temporary Places文件夾下，必需將其保管到MyPlace.上傳到GE 的效果如圖5 所示，形象逼真，運用者可以在虛擬環(huán)境中設(shè)身處地感受其宏偉壯觀。
　　2.3.6 數(shù)據(jù)庫的樹立
　　基于 GE的校園三維景觀查詢，除了校園的三維景觀，還有這些景觀的根本屬性信息，這樣用戶能獲取更多的信息，頭腦中構(gòu)成愈加直觀的印象。本研討的數(shù)據(jù)由地圖數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫來管理，最后集成到HTML,最后鏈接到GE.
　?。?）圖形庫
　　圖形庫需求：校園遙感影像圖表示校園整體狀況及其天文位置，能夠明晰看到校園四周的主要街道，建筑物頂部；校園建筑物散布平面圖；各建筑物總體圖。
　?。?）屬性庫
　　建筑物信息庫，包括：樓房編號、樓房性質(zhì)、樓層數(shù)、占空中積、運用面積等。
　　2.3.7 查詢系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)是經(jīng)過 GE 接口，把GE 嵌入VB 界面，制造查詢下拉框添加制造查詢塊，選擇所要查詢的建筑物，系統(tǒng)自動在GE界面導(dǎo)航到所要查詢的樓建筑，同時顯現(xiàn)出文字引見，點擊查詢按鈕，彈出HTML網(wǎng)頁，以細(xì)致地引見三維模型的圖片屬性和文字屬性。
　　
　　2.4校園谷歌網(wǎng)上完成的其他方式
　　飛速開展的 Internet 技術(shù)，產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)GIS ,它可以在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)供用戶查詢和運用，從而擴(kuò)展了數(shù)據(jù)的效勞范圍，大大進(jìn)步了GIS的應(yīng)用率。但是不論怎樣，不同類型的三維模型想要發(fā)布到Google Earth 目前只要一種辦法，就是導(dǎo)成KMZ/KML格式，導(dǎo)成該格式并發(fā)布到網(wǎng)上有多種辦法。校園谷歌網(wǎng)上完成的其他方式還有Arc2Earth、FME、ArcExplore、ArcGlobe、ArcIMS.
　　
　　
　　3 Google Earth 三維化與其他軟件的比擬
　　
　　3.1 GEGIS
　　GEGIS 是一套基于Google Earth 的GIS 管理平臺，分離了Google Earth 和GIS 的功用。
　　GEGIS 的本地網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)的C/S（Client/Server）構(gòu)造。在GEGIS系統(tǒng)中，每個信息都帶有屬性頁，屬性內(nèi)容可由用戶自在定義。經(jīng)過GEGIS客戶端，可對Kml、Excel、數(shù)據(jù)庫等各品種型數(shù)據(jù)停止導(dǎo)入導(dǎo)出、格式轉(zhuǎn)換的操作，而這在Google Earth根本不可以完成，或者完成過程十分冗雜。GEGIS 還發(fā)揮了GIS 的一個強大功用--支持大量數(shù)據(jù)的含糊查詢。因而，以GEGIS為平臺樹立數(shù)字校園，效果會更好也更煩瑣。
　　
　　3.2 E 都市
　　E 都市提供了一種直觀的視覺影像。傳統(tǒng)的一維、二維地圖都無法提供應(yīng)用戶設(shè)身處地的覺得，但E 都市是基于WebGIS和虛擬理想技術(shù)，并運用3D全景影象等技術(shù)，經(jīng)過三維實景模仿的表現(xiàn)方式，將理想城市中的各種自然信息資源社會信息資源整合應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)這座仿真的城市中[9].與GoogleEarth 不同的是，E 都市發(fā)布的三維圖其實只是二維的，視覺上給人三維的覺得，而且E都市的設(shè)計暫時只針對目前中國比擬興旺的都市，而不像GoogleEarth 是整個地球。但是E 都市提供的細(xì)致信息卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GoogleEarth,它集成了三維電子黃頁，電子政務(wù)，生活資訊，行程道路等，內(nèi)容更為豐厚。
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　　4 總結(jié)與瞻望
　　
　　4.1 特征與創(chuàng)新之處
　　基于 GE 提供的平臺功用，本研討不只能夠初步完成三維建筑模仿，同時能夠停止一些空間信息查詢，閱讀建筑內(nèi)部圖片等，同二維GIS相比，三維GIS 和能夠協(xié)助人們愈加精確真實地反映客觀世界。其進(jìn)步表現(xiàn)在：
　?。?）圖像分辨率高（1M）的校區(qū)影像交換GE 上30M 分辯率的校區(qū)影像，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)閱讀器能夠十分明晰地閱讀學(xué)校全景；
　?。?）應(yīng)用GE 導(dǎo)航，并與校園三維景觀模型銜接；
　?。?）將三維模型和二維影像疊加在一同，更具視覺效果；（4）影像緊縮與效勞器技術(shù)還能在提供整體查詢的根底上提供細(xì)節(jié)查詢，閱讀建筑內(nèi)部圖象等。
　　
　　4.2 建模的總結(jié)
　　4.2.1 工作地圖處置的優(yōu)化計劃
　　（1）學(xué)校坐標(biāo)是經(jīng)過GPS 大致定位，然后在GE 上找地物特征點來停止定位，導(dǎo)入遙感圖的時分要用JPG 的格式的底圖（由于TIFF格式影像太大，受軟件、網(wǎng)絡(luò)等條件限制，無法加載，只能將其轉(zhuǎn)成JPG 格式），否則會由于數(shù)據(jù)量太大而出錯。
　?。?）遙感影像圖最好是經(jīng)過校正且高分辨率，保證建模的精確度，截取定位好的影像圖作為工作底圖。（3）由于影像圖導(dǎo)入Sketch Up后精度降落，因而，必需導(dǎo)入經(jīng)過精簡的高質(zhì)量的CAD底圖（依據(jù)實踐狀況刪除不需求的線條，圖層），兩幅圖像疊加在一同，能夠補償這一缺陷，進(jìn)步建筑物天文坐標(biāo)的精度。
　　4.2.2 模型簡化的幾種方法
　　模型簡化就是去掉模型中一些不重要的細(xì)節(jié)，包括細(xì)節(jié)簡化和紋理簡化，以減少計算機系統(tǒng)的資源占有，進(jìn)步運轉(zhuǎn)速度。其前提是保存地物的顯著特征，保證模型逼真性。
　?。?）建模時，不需求分層建模，這點與IMAGIS 相反，由于Sketch Up樹立的模型最后要群組后導(dǎo)入GE,假如分層建模反而增加其內(nèi)部的資源占有。
　?。?）建模時一樣的地物只需建一個，保管為一個組，需求的時分直接調(diào)用即可，不只節(jié)約時間，也減少了數(shù)據(jù)量。
　?。?）建模完成后，停止選擇性刪除，將與構(gòu)成三維場景無關(guān)的數(shù)據(jù)刪除并躲藏線條。比方冗余面，但線條不能刪除，由于線條是組成面的根底，線條沒了，相應(yīng)的面也就消逝了。
　　4.2.3 紋理處置需求留意的問題
　?。?）Sketch Up 粘貼紋理過程中最好運用*.JPG 格式，否則可能形成模型上傳后紋理的喪失。
　?。?）模型中，紋理圖片的數(shù)據(jù)量最大，緊縮彈性也最大。因而在可以明晰看到建筑物的同時，要盡量減少紋理圖片的大小，如大數(shù)據(jù)量的紋理圖片可在圖片處置軟件中另存為分辨率小的圖片。
　?。?）為了保證模型的逼真，拍攝同一棟樓的紋理時應(yīng)盡量在同一光照條件下，不分歧的明暗效果響視覺效果。
　　4.2.4 Sketch Up 模型上傳后紋理喪失問題
　　由于 Sketch up占用內(nèi)存很大，不能把一切模型一次性上傳到，必需依據(jù)模型的大小分批，然后重啟GE,否則上傳的模型會呈現(xiàn)紋理喪失或者線、面喪失的狀況。SketchUp 資源占用率很高，面模型過多將招致速度減慢，而處理的方法目前只能是進(jìn)步機器配置與降低模型精密度兩種途徑。
　?。?） 倡議對SketchUp三維模型停止處置，不貼真實相片紋理，而是用系統(tǒng)的顏色庫停止填充，這樣具有一定的逼真性，也大大減少的數(shù)據(jù)量。然后上傳到GoogleEarth 上點擊三維模型時再顯現(xiàn)真實地物的相片。依據(jù)自己屢次的實驗，普通說來每棟樓的*.Skp 格式的數(shù)據(jù)不大于10M左右為最佳；
　?。?）Sketch Up 版本應(yīng)該為6.4及以上，過低的版本不能把自帶的紋理完整上傳到GE;（3）模型上傳后要保管為KMZ,再重啟下GE 軟件；
　?。?）上傳模型時還受網(wǎng)速影響，網(wǎng)速不可過慢，同時進(jìn)步計算機硬件設(shè)備也是一個有效的方法。
　　4.2.5 Sketch Up 樹立模型常見的問題
　　（1）沒有刪除物體，幾何體卻突然喪失。翻開一切層的顯現(xiàn)屬性，勾選顯現(xiàn)躲藏物體
　　選項。
　?。?）不能構(gòu)成面。主要是線節(jié)點沒有正確捕捉，或者面沒有在一個平面上。
　?。?）拉伸工具不能拉伸面。可能是由于面上有東西抑止它，也有可能是面上疊加了另一個面，或者推入的方向反了。
　　
　　4.3 缺乏之處
　　經(jīng)過此次研討，自己對Sketch Up的三維建模有了較為明晰的認(rèn)識，但是由于才能和時間有限，存在許多缺乏之處。在制造模型時，由于數(shù)據(jù)缺乏，參加了一些人為臆造的數(shù)據(jù)，所以在準(zhǔn)確性方面有很大的提升空間。
　　同時在查詢方面研討不夠深化，制造比擬粗淺。不能直接點擊Google Earth 上的三維建筑物查詢，這種查詢觸及到GE中屏幕坐標(biāo)的獲取，轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯度，由于VB 里全局hook不起作用，VB 自身的設(shè)計初衷決議了其不能捕捉到鼠標(biāo)的點擊，因而無法調(diào)用GE來判別屏幕坐標(biāo)。這點有待以后進(jìn)一步深化研討以期處理。
　　
　　4.4 瞻望
　　軟硬件的不時完善，三維景觀將具有十分寬廣的前景。在運用Google earth完成校園的三維可視化的同時，經(jīng)過網(wǎng)頁的方式，應(yīng)用Google Earth 支持HTML言語這一優(yōu)勢編寫超鏈接，在鏈接的網(wǎng)頁上顯現(xiàn)二維地圖的遨游，屬性查詢等。由于多種條件的限制，暫時只能完成簡單的空間和屬性的雙向查詢，真正完成GIS剖析功用還要一定時間的開展。但我們置信，隨著三維GIS理論與技術(shù)的日益成熟，三維景觀圖，特別是計算機三維動態(tài)視景系統(tǒng)必將取得快速的開展[10].
　　
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