江苏省基础测绘设施技术保障中心 江苏南京 210013
摘要：随着虚拟现实的发展，传统二维地图的局限性日益显露出来，而兼具平面地图功能又有自己特色的三维实景地图，正在走入大家的生活当中。三维地图以其对建筑的客观展示能给人以真实的感受体验。而作为“数字校园”概念提出后的三维校园漫游系统正是当下的研究热点之一。针对目前漫游系统存在的问题，提出了基于ArcScene的三维漫游系统的设计与开发，基于GIS数据搭建模型，并在SketchUp中进行细化贴图处理，重新搭建校区实景漫游系统。ArcScene作为优秀的三维数据展示平台，配合建模软件SketchUp，将在系统中真实的还原校区场景，打造一个三维虚拟校园漫游系统。
关键词：ArcScene；虚拟现实；SketchUp；漫游系统
1引言
传统的宣传方式已经跟不上高校的扩建步伐，而且随着“数字校园”概念的提出，各大高校都加快了这方面的建设，尤其是武汉大学，建立了校园三维漫游系统，可以帮助即将入学的同学们提前了解这所学校，同时也是对外宣传学校文化，提高知名度的一个窗口。目前我们学校的漫游系统还是全景照片，只能做到定点漫游，而且在实际过程中照片的拉伸变形很大，实际体验效果不是很好，也不能做到随时随地漫游，然而三维校园的出现彻底解决了这个问题，1:1 比例构建模型，实景拍摄照片纹理贴图，真实还原了现实场景并且交互方式更亲和，让使用者身临其境。
基于ArcScene的三维校园漫游设计，在模型的建立上教其他软件如3D MAX、CityEngine等比较有快速方便的优点，通过ArcScene来进行三维建模，实现校园的放大、缩小及信息查询等功能。ArcScene是一款可以利用二维数据快速创建三维场景，并能高效进行规划设计的软件，利用已有的基础GIS数据迅速地实现三维建模，实现场景的真实还原。首先使用ArcCatalog，简历个人数据库，并导入测量采集的数据，再使用ArcGIS，将数据依次加入进来并一一指定坐标系，保存图层。再通过ArcScene将图层拉伸成立体，实现校区的立体化。在此基础上设计三维数字校园系统，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。
利用先进的三维虚拟校园技术，建成三维校园系统，对内形成信息化管理的平台。从而促进大学校园信息化建设，提高对外宣传层次水平，实现高校品牌提升。由此可见，开展三维数字校园系统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势，同时也具有重大的理论价值和现实意义，利于学校的发展。
2关键技术
2.1ArcScene技术
研究课题中主要是用的是ArcScene中的图层编辑、3D符号编辑等功能，并且作为一个3D模型的漫游平台来具体实现校园数字化系统。
具体涉及到的文件有以下几类：
个人地理数据库：ArcCatalog中新建的数据库，用于导入采集的图层数据以便加载到ARCGIS中处理坐标等，用于下一步的建模操作。
.MXD文件：ArcGIS中的文件，加载从ArcCatalog建立的和数据库，为坐标设立坐标系后保存的文件，包含了各个图层和属性。
.dae文件：ArcScene中将模型拉伸成三维后导出的COLLADA文件，是一种3D交互文件格式，用于模型在多个软件之间进行交互数据。
.skp文件：SketchUp中的文件格式，在建模未完成过程中保存的中间文件，包含模型规则以及纹理贴图照片。
COLLADA文件：COLLADA是一个开放的标准，最初用于3D软件数据交换SketchUp建模及纹理贴图完成后再次导出的文件格式，用于重新加载到ArcScene中，包含一个.Dae文件和一个同名文件夹，文件夹里是纹理贴图照片。
2.2SketchUp技术
由于ArcScene只能作为三维模型图，不能进行建模操作，所以借助SketchUp软件来与ArcScene协同工作，共同完成搭建漫游系统的课题。
本研究中使用SketchUp软件的主要功能有以下几个部分：
1、绘图菜单：从基本的点线面到立体图形的绘制，也包括对线面的等分、翻折、等操作；
2、编辑菜单：包括把平面拉伸成三维模型，模型的平移、按比例放大缩小、定轴旋转等功能；
3、视图窗口：模型的漫游视图，全方位的观察模型等；
4、纹理贴图：中主要的功能之一，包括材质的处理（大小尺寸位置等）和材质的贴图（贴图的位置，以及拉伸、平移、旋转等微调操作）；
5标尺、数值窗口：标尺用来测量模型的实际大小，数值窗口可以按照给定数值画图建模，做出定高定宽的模型；
6、场景导出：通过新建场景可以导出模型的三维漫游动画，更好的更直观的展示演示模型实现的功能；
7、图元信息：通过图元信息窗口可以查看组件里的信息，包括组件中的点线面个数以及贴图、纯色等详细信息。
2.3技术路线图
由于ArcScene只能作为三维模型图，不能进行建模操作，所以借助SketchUp软件来与ArcScene协同工作，共同完成搭建漫游系统的课题。
3漫游系统的设计
3.1漫游系统框架
本课题所研究的漫游系统设计是在ArcScene软件中实现的，数据源（包括二维平面数据，三维模型数据）通过在SketchUp中编辑后导入到ArcScene中搭建漫游系统。实现的主要功能有三维地图的放大、缩小，全景漫游、飞行动画等功能，并在此基础上增加了地物、光源等以增强效果。
3.2漫游系统的功能
模型建立完毕后，锁金村的三维漫游系统实现的功能可满足对新校区的全景展示，实现了全方位多角度的呈现真实的校区景貌，主要功能如图3所示：
图3 漫游系统主要功能
3.3漫游系统设计流程
三维漫游系统的主要部分有两个，分别是场景建模和系统搭建。场景建模部分需要在专门的建模软件SketchUp中进行，完成从二维数据到三维实体模型的转变，并为之附加纹理材质，还原真实场景。系统的搭建是以模型数据为基础建立在ArcScene软件上的，利用ArcScene软件的特性和三维显示功能，可以实现全景浏览、漫游等功能。
1、数据处理，是为2维数据指定坐标系并按照高程值拉伸成立体初始模型，并转换数据格式备用；
2、SketchUp建模，是将部分模型重建、修改等，并且为模型纹理贴图，将实景拍的照片处理好，贴到模型外表面；
3、模型导入ArcScene，是将建好的模型分组替换到ArcScene中，完成系统的搭建。
4结束语
三维数字校园系统，直观展现交互式三维校园场景，提高了校园信息化水平，方便学校管理者对学校的管理以及对学校安全性的一个整体分析与把控，方便师生的日常生活，同时利于学校对外展示，让各界人士对校区有一个更直观的了解。
参考文献：
[1]田晓程.基于ArcGIS的城市三维景观漫游系统设计与实现[N].青海大学学报（自然科学版）第32卷第5期，2014-10:54-59.
[2]邓彩群.基于ArcScene_SketchUp的小区三维可视化研究与实现[J].城市勘测,2011-2(1):P53-55.
论文作者:王伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：模型论文; 系统论文; 建模论文; 校园论文; 数据论文; 场景论文; 纹理论文; 《基层建设》2017年第8期论文;