面向數(shù)據(jù)管理的三維數(shù)字校園建模[A]建模面向數(shù)字三

更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢： 客服熱線：面向數(shù)據(jù)管理的三維數(shù)字校園建模 周立 竇長(zhǎng)娥 白鶴、陳芳、陳維維 (淮海工學(xué)院空間信息科學(xué)系 連云港 222001) 摘 要 : 突破現(xiàn)有的三維數(shù)字校園空間建模，采用分化實(shí)體、面向數(shù)據(jù)管理的建模方法將真三維的校園模型與管理目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維校園模型上學(xué)校信息管理事務(wù)的數(shù)字化，方便用戶精準(zhǔn)信息查詢。 關(guān)鍵詞 :真三維建模、數(shù)字校園、數(shù)據(jù)庫(kù) 中國(guó)分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 1002-3208（ 2006） 01-0012-04 3D Digitized Modeling of the Digital Campus Based on Database Management (Baihe 、 chenfang、 wuguohua、 qianzhiqi、 wuhong、 chenweiwei ) (HuaiHai Institute of Technology 222001) Abstract For breaking through the traditional two-dimensional digital campus, we use the methods of dividing the entity and breaking layer upon layer to combine the true 3D campus model and database, consequently we achieve the digitation of the management of school information basing on the true 3D digital model , we do this to keep views， images and displays so that the customer can search information conveniently . Key words the digital campus、 true 3D Digitized Modeling、 Database . 1. 引言 : 隨著三維地理信息系統(tǒng)的研究在城市領(lǐng)域的迅速發(fā)展，二維數(shù)字校園的先天缺陷越來(lái)越明顯：基于抽象符號(hào)，不能給人以直觀的感受 ；不方便外校人員的來(lái)訪；校園信息未與校園建筑相聯(lián)系，造成信息表達(dá)的不確定性，不方便人們的時(shí)地查詢。而面向數(shù)據(jù)管理 三維系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)二維地理信息系統(tǒng)的局限性，提供了強(qiáng)大的真三維地理信息數(shù)據(jù)管理分析、可視化和科學(xué)計(jì)算功能，并且支持空間信息查詢和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)精細(xì)查詢和管理。 本篇主要討論如何利用三維建模的方式將校園進(jìn)行直觀的展示，使用戶產(chǎn)生置身于真實(shí)校園的感受，并且能夠隨時(shí)隨地查詢校園數(shù)據(jù)管理方面的信息，實(shí)現(xiàn)“屏幕游園”（在屏幕上就可以游覽校園）的目標(biāo)。 2.面向管理的三維建模構(gòu)想 真三維數(shù)字校園管理系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的 2.5 維（透視三維），它可以真實(shí)地再現(xiàn)實(shí)地場(chǎng)景。其構(gòu)建的三維環(huán)境中的任意空間點(diǎn)都具有真實(shí)的空間三維坐標(biāo)，使 得空間數(shù)據(jù)可以立體的方式直觀表達(dá)，實(shí)現(xiàn)地形地物、圖形圖像數(shù)據(jù)的三維疊置與可視化，真正實(shí)現(xiàn)空間信息的三維可視化的管理和分析。 由于目前國(guó)內(nèi)的三維軟件尚未成熟，所以實(shí)現(xiàn)三維校園模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)查詢需要超越現(xiàn)有軟件基礎(chǔ)上的二次開(kāi)發(fā)，轉(zhuǎn)而通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字建模和數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題。 當(dāng)前的三維建模通常是將整個(gè)建筑作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，并在整個(gè)實(shí)體上建立數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)法分立查詢，可查詢的數(shù)據(jù)十分有限。用圖例可以理解為： 圖 1 整個(gè)實(shí)體上建立數(shù)據(jù)庫(kù)示意圖 更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢： 客服熱線：在系統(tǒng)中獨(dú)立的建筑實(shí)體模型作為一個(gè)整體進(jìn)行信息查詢 , 所以建模的成果直接關(guān)系到系統(tǒng)信息查詢的效果。實(shí)現(xiàn)更加詳細(xì)地了解各建筑樓的信息的目標(biāo)，需要在建模時(shí)考慮建筑物的模型特征。例如用戶希望通過(guò)點(diǎn)擊不同的樓層 ,該樓層在改變顏色的同時(shí)顯示不同的信息（該樓層的性質(zhì)（辦公樓、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓等）、樓層的房間、該樓層的儀器設(shè)備）可以在建模時(shí)通過(guò)對(duì)具體建筑樓數(shù)據(jù)管理進(jìn)行技術(shù)分層（即細(xì)化實(shí)體的方法）實(shí)現(xiàn)樓層 的獨(dú)立建庫(kù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。同理，還可以在樓層的基礎(chǔ)上建立針對(duì)不同的房間的單元模型。 用圖形表示即為： 圖 2 單元模型上建立數(shù)據(jù)庫(kù)示意圖 至于數(shù)據(jù)庫(kù)的建立可以通過(guò)根據(jù)不同的要求對(duì)應(yīng)建立不同要求的數(shù)據(jù)庫(kù)，在應(yīng)用時(shí)只需通過(guò)選擇聯(lián)接不同的數(shù)據(jù)庫(kù)便能實(shí)現(xiàn)雙向查詢。 3 面向管理的三維建模實(shí)現(xiàn) : 研究在中國(guó)四維遠(yuǎn)見(jiàn)測(cè)繪技術(shù)開(kāi)發(fā)的 JX-3D 三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件平臺(tái)上進(jìn)行， 其主要流程如下： 圖 3 面向管理的三維建模 流程圖 具體實(shí)施方案： 1、打開(kāi) CAD 文件，顯示出淮海工學(xué)院 CAD 底圖，在 CAD 中加載 MF-MIDout 程序。 2、打開(kāi) SupernatureGIS 軟件，點(diǎn)擊【編輯】菜單中的【導(dǎo)入紋理影像】，導(dǎo)入淮海工學(xué)院由 JX4 采集的地面影像，輸入大地坐標(biāo)，調(diào)整瀏覽參數(shù)。 3、導(dǎo)入 JX4 房屋模型數(shù)據(jù)（用 JX4 攝影測(cè)量工作站采集的矢量數(shù)據(jù) 淮海工學(xué)院 *.ASC），加載房屋模型數(shù)據(jù)，導(dǎo)入淮海工學(xué)院房屋模型 hhit*.house。 4、構(gòu) TIN：按所選的建筑，在 CAD 中新建矩形框，并賦以高程范圍（ 0， 0， 0）（ 0， 0， 5）保存該圖形文件為 12 版的 dxf 文件。讀取 dxf 文件。從【文件】的【地形三角網(wǎng)】中寫(xiě)出文件。將原有的底圖中已完成的選定建筑刪除，在 CAD 中重新建立新的建筑圖。描畫(huà)矩形時(shí)采用逆時(shí)針?lè)较蜻x擇接點(diǎn)。 5 、在 CAD中輸入 cvrc進(jìn)行編輯數(shù)據(jù)類型，并給選中弧段進(jìn)行編碼。輸入 outvr轉(zhuǎn)出三維數(shù)據(jù)，在 Supernature軟件中即可顯示建筑的立體模型，此時(shí)只是該建筑的第一層，還需在一樓的基礎(chǔ)上建立第二層，第三層等。 更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢： 客服熱線：由于選中的建筑構(gòu)造外形 為簡(jiǎn)單的矩形規(guī)則樓，在輸入房屋編碼是選擇 10 號(hào)的建筑模式。建造第一層時(shí)的高程值是根據(jù)整個(gè)樓的實(shí)際高程取三等分平均值。與之前的模型的不同之處在于新模型將一棟樓分成三層，其 ID 號(hào)發(fā)生了變化，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)也隨即改變。 將整個(gè)建筑分層建立模型：獲得建筑的實(shí)際高程，按照所需的樓層數(shù)將高程值取平均值，在建立第一層時(shí)，按照一般房屋建模方法，房屋編碼 10，從底層開(kāi)始，在 CAD 中按逆時(shí)針?lè)较蜻x擇矩形的頂點(diǎn)，再按順時(shí)針?lè)较蚍祷匾恢?，?gòu)建房頂，因?yàn)樗x擇的建筑物是較規(guī)則的長(zhǎng)方體，所以建房頂只需在房底的最后一個(gè)頂點(diǎn)處返回即可。在建第一層時(shí)的高程按預(yù)先計(jì)算出的平均值輸入，即可在三維界面上顯示出第一個(gè)樓層的立體模型。接著建立第二層，在原來(lái)的 CAD 圖中的矩形框上繼續(xù)重復(fù)第一層的相關(guān)操作，但在賦高程時(shí)需要將地理坐標(biāo)改變，即改變樓盤底部四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo) Z 值，改成原來(lái)第一層的兩倍，由此建立的模型是架空于第一層上的，體積保持不變，只是 Z 值變了。建第三層也是按照前面的操作，改變坐標(biāo) Z 值。這樣建好三層以后 ，整個(gè)樓的外形大概確定了，此時(shí)需要合并房屋，因?yàn)檫@三層樓層是獨(dú)立的建筑目標(biāo)，需要合成一個(gè)整體，具體操作是：通過(guò)右鍵拉選框選中這三個(gè)樓層，然后點(diǎn)擊主菜單【編輯】命令執(zhí)行“合并建筑目標(biāo)”從而實(shí)現(xiàn)合并房屋局部的目的。 三維模型建好之后便是實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接因?yàn)閷?shí)現(xiàn)在三維模型上的各種信息的查詢 才是建設(shè)數(shù)字校園的 根本目的。 數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大檢索功能與三維模型相結(jié)合便形成了真正意義上的數(shù)字校園。 由于我們此次的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是可以通過(guò)點(diǎn)擊樓層就可以顯示相應(yīng)的樓層信息， 所以要 給每個(gè)樓層分配不同的 ID 號(hào)以關(guān)聯(lián)一定的屬性數(shù)據(jù)，使得三維景觀 賦予更多的內(nèi)容， 因此根據(jù)需要我們分別建立了儀器設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)（包括電腦、全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、標(biāo)尺、三角架等一系列設(shè)備的型號(hào)、個(gè)數(shù)等信息）；教師信息數(shù)據(jù)庫(kù)（包括老師的姓名、年齡、職稱、所教班級(jí)、聯(lián)系方式等）的采集；班級(jí)事物數(shù)據(jù)庫(kù)（包括班級(jí)人數(shù)、班長(zhǎng)及其聯(lián)系方式、課表和典型班級(jí)的學(xué)生信息等）；教室信息數(shù)據(jù)庫(kù)（包括不同性質(zhì)的教室（普通教室、實(shí)驗(yàn)室和辦公室等）的信息以及教室何時(shí)由何班上課，老師、負(fù)責(zé)人等），在教室（無(wú)須再次注明教室號(hào)）上建立班級(jí)（包括人數(shù)、班長(zhǎng)及其聯(lián)系方式、課程表（包括上課時(shí)間及地點(diǎn)）等）數(shù) 據(jù)表實(shí)驗(yàn)室上建立儀器信息數(shù)據(jù)表， 辦公室上建立教師信息數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)分類匯總，避免相同信息的重復(fù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)各種信息的查詢。應(yīng)用時(shí)只需按照用戶的查詢需要在選中的三維目標(biāo)上選擇聯(lián)接相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，便可實(shí)現(xiàn)雙向查詢。 成果圖如下 : 圖 5 面向管理的三維模 型 查詢 圖 4. 結(jié)束語(yǔ) : 通過(guò)試驗(yàn)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)按照選擇路徑在三維校園內(nèi)游覽，使對(duì)校園布局不太熟悉的人能夠在此 三維校園模型的基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)校進(jìn)行虛擬瀏覽，并且能夠在瀏覽的同時(shí)了解各建筑與教學(xué)聯(lián)系的基本聯(lián)系。同時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑模型與數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合，在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)只要選中建筑物便能雙向查詢?cè)摻ㄖ锏幕厩闆r，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在選中的教室上右擊鼠標(biāo)便可以雙向查詢?cè)摻淌沂呛畏N性質(zhì)的教室（如實(shí)驗(yàn)室、普通上課教室、辦公室等）；普通的教室上課安排、教師及其聯(lián)系方式、上課班級(jí)（包括班長(zhǎng)及其聯(lián)系方式）；實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備信息等一系列資料。即使用戶的方向感極差，也能準(zhǔn)確地找到自己的目的地，即使用戶對(duì) 更多測(cè)繪論文請(qǐng)登錄測(cè)繪網(wǎng)論文頻道查詢： 客服熱線：學(xué)校的各項(xiàng)軟硬件設(shè)施極其不熟悉，也能透過(guò)這個(gè)平臺(tái) 形象地熟悉各種信息，達(dá)到真正的“一鍵知全”的效果。三維數(shù)字校園想必將會(huì)成為數(shù)字校園發(fā)展的趨勢(shì)，成為各高校特別是多校區(qū)和校區(qū)面積較大、建筑較多、布局較為復(fù)雜的高校建立數(shù)字校園的首選。 本篇重點(diǎn)討論了在細(xì)化的實(shí)體上的信息查詢，在具體分化的實(shí)體內(nèi)部進(jìn)行三維瀏覽尚未完善，希望在今后的研究中再解決這個(gè)問(wèn)題。 參考文獻(xiàn) : 1 范莉莎、劉剛 多校區(qū)大學(xué)數(shù)字化校園建設(shè) 西安電子科技大學(xué)高等教育研究所 西安 710071 現(xiàn)代教育技術(shù) Modern Educational Technology No.1 2006. 2 王行仁 .建模與仿真的回顧與展望 J.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 1999-10， 11（ 5） . 3 劉衛(wèi)華，王行仁 綜合自然環(huán)境數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn) J。系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2204， 16（ 9）： 1978-1981。 4李德仁 數(shù)字地球與“ 3S”技術(shù) J，中國(guó)測(cè)繪， 2003，（ 2）： 28-31。 5李德仁演講報(bào)告 基于集成數(shù)據(jù)庫(kù)的三維可視化城市景觀 6Simon W Houlding. 3D Geoscience Modeling: Computer Techniques for Geological CharacterizationM.Berlin:Spring-Verlag,1994. 7黃達(dá)武。北京大學(xué)數(shù)字化校園的現(xiàn)狀和思考，高等學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)工作研討會(huì)，中國(guó)珠海， 2002，5 8姜慶 數(shù)字化校園建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展策略 湖北大學(xué) 湖北武漢 430062 9胡艮勝，張國(guó)峰