基于ArcGISEngine的數(shù)字校園系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文.doc

華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)分類號(hào) 編 號(hào) 畢 業(yè) 論 文題目 基于ArcGIS Engine的 數(shù)字校園系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要隨著我國(guó)信息化建設(shè)步伐的加快，“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”建設(shè)正如火如荼的進(jìn)行。數(shù)字校園作為“數(shù)字城市” 的一個(gè)縮影, 具有“數(shù)字城市”的基本特點(diǎn)和功能,其建設(shè)工作對(duì)于我國(guó)高等教育的現(xiàn)代化建設(shè)具有重要意義1。數(shù)字校園通過(guò)圖形、圖像數(shù)字信息來(lái)表現(xiàn)校園的各種空間及屬性要素, 為用戶提供各種校園信息的查詢、檢索和必要的空間分析、統(tǒng)計(jì)操作以及按不同用戶要求輸出相應(yīng)的專題要素, 為校園的發(fā)展預(yù)測(cè)、規(guī)劃決策以及科學(xué)管理提供可靠依據(jù)。高等院校作為高新技術(shù)的集中地,有必要在“ 數(shù)字校園” 建設(shè)方面做進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與研究。本論文在以上認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字校園關(guān)鍵技術(shù)，提出了以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)建立華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)。系統(tǒng)是以組件式軟件即ArcGIS Engine和面向?qū)ο蟮目梢暬幊坦ぞ遃isua1Basic 6.0構(gòu)架的技術(shù)體系為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)不僅具有普通電子地圖所具有的功能，同時(shí)具有統(tǒng)計(jì)分析、專題圖制作、查詢操作、三維模型展示等功能。文章結(jié)合系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，首先介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的背景環(huán)境；接著研究了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所涉及到的一些關(guān)鍵性技術(shù)；然后對(duì)三維建筑物模型的建立，從數(shù)據(jù)的采集到三維場(chǎng)景的制作整個(gè)流程做了詳細(xì)介紹；再通過(guò)以華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；最后，對(duì)開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)的功能模塊作了詳細(xì)說(shuō)明。 【關(guān)鍵字】：組件式GIS；數(shù)字校園；ArcGIS Engine;目 錄1 緒論11.1 引言11.2 論文研究背景11.3 數(shù)字校園的研究意義21.4 數(shù)字校園開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)31.4.1 地理信息系統(tǒng)31.4.2 組件式GIS31.4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)(Access)41.5 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要解決的問(wèn)題41.6 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要路線41.7 論文主要研究?jī)?nèi)容52 數(shù)字校園三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的基本流程62.1 數(shù)據(jù)的采集62.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理72.3 校園建筑物三維模型的建立72.3.1 Autocad底圖的生成72.3.2 3dmax三維模型的創(chuàng)建82.3.3 photoshop紋理處理92.3.4 3D符號(hào)庫(kù)的建立102.4 校園三維場(chǎng)景的生成122.5 本章小結(jié)133基于ArcGISEngine數(shù)字校園系統(tǒng)的建立143.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)143.1.1 地理信息系統(tǒng)平臺(tái)153.1.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言153.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)163.1.4 系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)163.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)163.2.1 空間數(shù)據(jù)163.2.2 屬性數(shù)據(jù)173.3 系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)193.4 本章小結(jié)204 華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)研究214.1 系統(tǒng)概述214.2 用戶界面214.3 主要功能模塊介紹224.3.1 地圖操作功能模塊224.3.2 地圖排版模塊234.3.3 信息查詢模塊244.3.4 最短路徑查詢模塊254.3.5 專題地圖制作模塊264.3.6 統(tǒng)計(jì)圖制作模塊274.3.7 三維模型展示模塊284.3.8 數(shù)據(jù)更新模塊284.4 本章小結(jié)295 結(jié)論與展望305.1 論文的研究成果305.2 論文的不足及進(jìn)一步工作展望31致 謝32參考文獻(xiàn)33附 錄(一) 主要程序代碼34附 錄(一) 英文翻譯（原文）42附 錄(二) 英文翻譯（中文）51- V - 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 引言近年來(lái)一些高校紛紛合并，招生人數(shù)增加、老房屋需要改造、校園需要重新規(guī)劃，所以正在或者即將改造、擴(kuò)建老校區(qū)或興建新校區(qū)。無(wú)論是合并的還是新建的校區(qū)，大都不在一處，各成體系，給高校的規(guī)劃與管理工作帶來(lái)許多不便與困難，傳統(tǒng)的手工規(guī)劃與管理模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高校發(fā)展的需要2，所以校園的合理規(guī)劃與有效的管理越來(lái)越引起社會(huì)及高校領(lǐng)導(dǎo)的重視，數(shù)字校園系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字校園是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)對(duì)學(xué)校與教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)有關(guān)的所有信息資源進(jìn)行全面的數(shù)字化:并用科學(xué)規(guī)范的管理對(duì)這些信息資源進(jìn)行整合和集成，以構(gòu)成統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制;把學(xué)校建設(shè)成面向校園內(nèi)，也面向社會(huì)的一個(gè)超越時(shí)間、超越空間的虛擬校園。通過(guò)提升教學(xué)設(shè)施、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)管理，從而達(dá)到全面提高教學(xué)質(zhì)量、管理水平與效率的目的。數(shù)字校園系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，不僅在輔助領(lǐng)導(dǎo)決策、提高管理效率等方面顯示出傳統(tǒng)管理模式所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也為在校生和校園的來(lái)訪者提供了及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。為學(xué)校日后建立科學(xué)、智能、網(wǎng)絡(luò)一體化的綜合校園管理體系奠定了基礎(chǔ)。1.2 論文研究背景華北水利水電學(xué)院坐落在中華民族的母親河黃河之濱的鄭州市，是水利部與河南省共建、以河南省管理為主的高校，是河南省重點(diǎn)支持建設(shè)的骨干高校之一。2005年在教育部普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估中獲得優(yōu)秀。目前學(xué)校已發(fā)展成為一所以水利電力為特色，工科為主干，理、工、農(nóng)、社、管、文等多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的大學(xué)。 近幾年來(lái),學(xué)校發(fā)展比較迅速, 在校生人數(shù)不斷增長(zhǎng);同時(shí)隨著龍子湖校區(qū)的投入使用 ,在校園規(guī)劃、設(shè)施管理、教學(xué)管理和人員信息管理各方面 ,依靠傳統(tǒng)的人工管理和決策方式 ,其難度也越來(lái)越大 ,且容易造成差錯(cuò)?；▓@校區(qū)和龍子湖校區(qū),分布在鄭州市的不同方位，導(dǎo)致各校區(qū)之間聯(lián)系的矛盾尤為突出。由于新校區(qū)建設(shè)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)設(shè)施不完善,還無(wú)法滿足學(xué)生正常的學(xué)習(xí)要求,學(xué)校采取了回老校區(qū)花園校區(qū)學(xué)習(xí)的方法.為了使同學(xué)們更快的適用花園校區(qū)環(huán)境,更好的進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài), 也為加快校園信息化步伐，提高工作效率，強(qiáng)化學(xué)校管理，因而建立一個(gè)結(jié)合地理空間位置和信息管理于一體的數(shù)字校園系統(tǒng)對(duì)提高華北水利水電學(xué)的信息化水平起到非常積極的促進(jìn)作用。1.3 數(shù)字校園的研究意義高校作為研究、開(kāi)發(fā)利用和推廣高新技術(shù)的前沿，理應(yīng)成為信息化研究、開(kāi)發(fā)和利用的重要承擔(dān)者，首要任務(wù)就是建立數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)。現(xiàn)代化的大學(xué)需要現(xiàn)代化的管理，建立校園GIS的目的就是要改變傳統(tǒng)校園管理無(wú)序、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、數(shù)據(jù)更新慢的半自動(dòng)化管理狀態(tài);解決傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)無(wú)法處理空間數(shù)據(jù)的問(wèn)題;為校園管理、規(guī)劃、決策等快速、準(zhǔn)確地提供各種所需的圖片、圖像、文字并茂的現(xiàn)勢(shì)性信息，使校園信息的分析更為全面。通過(guò)數(shù)字化校園管理信息系統(tǒng)的建立，可以有效地提高學(xué)校管理的現(xiàn)代化水平，提高基層管理工作效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化的科學(xué)管理，有利于多種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和共享，可以為學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)基層管理部門及時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)、可靠地掌握有關(guān)校園內(nèi)各種教學(xué)、行政和管理的地理空間資源信息和數(shù)據(jù)提供有力的技術(shù)保障3。建立校園地理信息系統(tǒng)的意義歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面4:(1)可以較全面地反映校園地理信息的現(xiàn)狀;包括各類建筑物、道路的空間位置、分布及其關(guān)聯(lián)。由于數(shù)字校園的空間信息和屬性信息都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以為用戶提供所需的各種信息，同時(shí)可按各種條件生成和輸出各種圖表和報(bào)表。(2)可以對(duì)校園各種建筑物進(jìn)行有效管理;可快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行各類建筑物的查詢和定位，為校園的管理、規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確而詳細(xì)的數(shù)據(jù)，而且既可以根據(jù)圖形數(shù)據(jù)查屬性，又可以根據(jù)屬性數(shù)據(jù)顯示相應(yīng)的圖形，實(shí)現(xiàn)了圖數(shù)查詢。(3)可對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行有序化管理;將學(xué)生檔案信息與地理信息相結(jié)合，可快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行學(xué)生信息的查詢和定位。(4)可以使校園資源的得到高效利用; 將校園的地理位置信息與學(xué)生的選課信息相結(jié)合，可以進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析和空間分析，實(shí)現(xiàn)了教室資源的優(yōu)化配置。(5)有利于提高管理水平和工作效率; 有利于建筑物的維護(hù)、動(dòng)態(tài)修測(cè)和更新，從而提高管理水平和工作效率。(6)實(shí)現(xiàn)資源的共享.1.4 數(shù)字校園開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)1.4.1 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(Geography Information system，GIS)是一種為了獲取、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(1998年，美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心定義)。這里空間數(shù)據(jù)是指使用采用不同方式的遙感與非遙感手段所獲得的數(shù)據(jù)，它有多種數(shù)據(jù)類型，包括地圖、遙感、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，它們的共同特點(diǎn)是都有確定的空間位置。地理信息系統(tǒng)不僅能將空間信息和非空間信息集成在統(tǒng)一的信息平臺(tái)上進(jìn)行管理和分析。而且, 以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 以地理信息系統(tǒng)中的空間分析方法為基礎(chǔ)還可以開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用模塊, 為校園發(fā)展規(guī)劃、資源優(yōu)化配置、突發(fā)事件的處理等提供決策分析方面的支持。目前, 許多高校都已經(jīng)將GIS應(yīng)用到校園里, 不僅方便了對(duì)校園各種信息的管理, 同時(shí)為校園的發(fā)展預(yù)測(cè)、規(guī)劃決策等方面都提供了可靠的依據(jù)5。1.4.2 組件式GIS組件式GIS是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件技術(shù)在GIS軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。組件式GIS控件與其他軟件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)跨程序、跨計(jì)算機(jī)、跨網(wǎng)絡(luò)的分布式操作。同傳統(tǒng)的GIS相比較，它具有多方面的特點(diǎn)，包括:無(wú)縫集成、跨語(yǔ)言使用、易于推廣、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)捷、使用方便、成本低、可視化界面設(shè)計(jì)以及Internet應(yīng)用等。組件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能。各個(gè)GIS控件之間，以及GIS控件與其它非GIS控件之間，可以方便地通過(guò)可視化的軟件開(kāi)發(fā)工具集成起來(lái)，形成最終的GIS應(yīng)用6?？丶缤欢迅魇礁鳂拥姆e木，他們分別實(shí)現(xiàn)不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根據(jù)需要把實(shí)現(xiàn)各種功能的 “積木”搭建起來(lái)，就構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。GIS組件的代表作應(yīng)首推ArcGIS Engine,它是由全球最大的GIS廠商ESRI(美國(guó)環(huán)境研究所)最新GIS軟件ArcGIS9.0下新增的基于ArcObject的一個(gè)面向開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品基于ArcObject構(gòu)建,并提供跨平臺(tái)的組件技術(shù)框架用于構(gòu)建ArcGIS。通過(guò)ArcGIS Engine,用戶可以自由地搭建及配置ArcGIS解決方案,而不需要在同一機(jī)器上安裝ArcGIS的桌面應(yīng)用環(huán)境。 1.4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)(Access) Access 是微軟公司推出的基于Windows的桌面關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS），是Office系列應(yīng)用軟件之一。它提供了表、查詢、窗體、報(bào)表、頁(yè)、宏、模塊7種用來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的對(duì)象；提供了多種向?qū)А⑸善鳌⒛０?，把?shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、界面設(shè)計(jì)、報(bào)表生成等操作規(guī)范化；為建立功能完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供了方便，也使得普通用戶不必編寫(xiě)代碼，就可以完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)管理的任務(wù)。 Access是一個(gè)面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)工具，利用面向?qū)ο蟮姆绞綄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的各種功能對(duì)象化，將數(shù)據(jù)庫(kù)管理的各種功能封裝在各類對(duì)象中。它將一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)作是由一系列對(duì)象組成的，對(duì)每個(gè)對(duì)象它都定義一組方法和屬性，以定義該對(duì)象的行為和外國(guó)，用戶還可以按需要給對(duì)象擴(kuò)展方法和屬性。通過(guò)對(duì)象的方法、屬性完成數(shù)據(jù)庫(kù)的操作和管理，極大地簡(jiǎn)化了用戶的開(kāi)發(fā)工作。同時(shí)，這種基于面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方式，使得開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序更為簡(jiǎn)便。 1.5 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要解決的問(wèn)題本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決的問(wèn)題有以下幾個(gè)方面:（1）初步建立校園圖形庫(kù)，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的統(tǒng)一綜合管理；（2）實(shí)現(xiàn)圖像、文本與地圖的動(dòng)態(tài)連接以及圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)互查功能；（3）實(shí)現(xiàn)空間分析，最短路徑的查詢；（4）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表和統(tǒng)計(jì)專題圖的顯示和輸出功能;（5）對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。1.6 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要路線GIS是融計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，儲(chǔ)存和處理空間信息的信息系統(tǒng)。它把地理位置和相關(guān)屬性數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的相互查詢和可視化輸出，從而滿足城市建設(shè)、規(guī)劃、施工管理等對(duì)空間信息需求的要求。本系統(tǒng)就是本著GIS這一特點(diǎn)，以華北水利水電學(xué)院花園校區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)用外業(yè)采集獲取的校園規(guī)劃平面圖以及建筑物紋理和屬性數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件按照專題進(jìn)行分層組織以及對(duì)建筑物模型構(gòu)建。在VisualBasic6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下通過(guò)ADO(ActiveX Data objects)與Access表相連，用SOL語(yǔ)句訪問(wèn)表中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園屬性數(shù)據(jù)的管理。利用ArcGIS Engine組件提供的各種屬性、方法和工具，方便靈活地實(shí)現(xiàn)GIS大部分功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)校園信息的管理。1.7 論文主要研究?jī)?nèi)容本文針對(duì)華北水利水電學(xué)院的實(shí)際情況 ,在GIS技術(shù)的支持下 ,提出了數(shù)字校園建設(shè)的具體思路。本論文研究的主要內(nèi)容有四個(gè)方面:(l）敘述研究背景及數(shù)字校園研究的意義及其用到的相關(guān)技術(shù);（3）對(duì)系統(tǒng)中三維建筑物模型構(gòu)建的整個(gè)流程進(jìn)行深入分析和研究；（4）對(duì)數(shù)字校園系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探討；（5）簡(jiǎn)單介紹初步建成的華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)。本論文的目的就是利用組件GIS的優(yōu)勢(shì)建立一個(gè)可視化“數(shù)字校園信息系統(tǒng)”，真正實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接。并實(shí)現(xiàn)“基于ArcGIS Engine技術(shù)的華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園”， 為用戶提供各種校園信息的查詢、檢索和必要的空間分析、統(tǒng)計(jì)操作以及按不同用戶要求輸出相應(yīng)的專題要素, 為校園的發(fā)展預(yù)測(cè)、規(guī)劃決策以及科學(xué)管理提供可靠依據(jù)。2 數(shù)字校園三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的基本流程 數(shù)字校園三維場(chǎng)景是應(yīng)用三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù),以直觀的三維地形地物代替了傳統(tǒng)的抽象的二維地圖符號(hào),使校園地理空間信息在電腦中立體化顯示,用戶可以隨時(shí)獲得所需的信息,可以圖文并茂地進(jìn)行校園信息的查詢. 通過(guò)該系統(tǒng)可以更加真實(shí)的反映校園的面貌,使用戶具有身臨其境的感覺(jué)7。數(shù)字校園三維場(chǎng)景建立的基本流程是：先通過(guò)將外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)利用ArcMap軟件通過(guò)配準(zhǔn)并矢量化分層后，確定好各建筑物的相對(duì)位置，利用AutoCAD軟件以及獲取的學(xué)校規(guī)劃平面圖，按比例繪制出建筑物的平面底圖，再利用3dmax軟件逐個(gè)對(duì)建筑物構(gòu)建模型，然后將通過(guò)photoshop軟件處理好的紋理對(duì)建立好的模型進(jìn)行貼圖，使其與真實(shí)景物相符，接著將建立好的每個(gè)模型導(dǎo)出為3ds格式，再建立好自己的符號(hào)庫(kù)，最后將建筑物導(dǎo)入場(chǎng)景中，加載Arcscene自帶的樹(shù)木花草模型，最終形成整個(gè)校園的三維景觀模型。如下圖2-1：AutoCAD平面底圖繪制3dmax建立模型外業(yè)數(shù)據(jù)采集（相機(jī)拍攝）Phtoshop處理紋理模型導(dǎo)出為.3ds格式建立自己的符號(hào)庫(kù)加載建筑物以及花草樹(shù)木模型三維場(chǎng)景展示 圖2-1 建筑物三維場(chǎng)景制作流程2.1 數(shù)據(jù)的采集 華北水利水電學(xué)院電子地圖的設(shè)計(jì)與編繪是以校園規(guī)劃平面圖為基礎(chǔ),以ArcGIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)建立的,其數(shù)據(jù)源是多方面的,主要包括以下幾個(gè)方面:（1）華北水利水電學(xué)院校園規(guī)劃平面設(shè)計(jì)圖（2）紋理資料, 由數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)各個(gè)學(xué)院、宿舍的外觀及校區(qū)內(nèi)標(biāo)志性建筑進(jìn)行拍照得到。（3）3D模型數(shù)據(jù),通過(guò)實(shí)地采集獲取每個(gè)建筑物的形狀和大致高度,再利用3dmax軟件制作模型，用來(lái)逼真的表示建筑物的精細(xì)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征.（4）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)各院系信息的收集。2.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理 數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作主要包括配準(zhǔn);地形圖的矢量化等; 具體處理工作如下1:(1)在ArcMap導(dǎo)入校園規(guī)劃平圖作為底圖數(shù)據(jù)(2)影像配準(zhǔn):主要工作在ArcMap中完成,利用Georeferencing(影像配準(zhǔn)) 工具條上的“add controlpoint”(增加控制點(diǎn)) 工具采集底圖上所有方里網(wǎng)交點(diǎn)和4 個(gè)角點(diǎn). （如圖2-2）然后,選擇該工具條上下拉菜單中的 “rectify”命令,生成一個(gè)經(jīng)配準(zhǔn)了的新影像數(shù)據(jù)，如圖2-3：控制點(diǎn)4控制點(diǎn)3控制點(diǎn)1控制點(diǎn)2 圖2-2：校園規(guī)劃平面圖 圖2-3：控制點(diǎn)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)（3）在Arccatalog內(nèi)新建圖層，并在ArcMap軟件里分圖層進(jìn)行矢量化，并添加對(duì)應(yīng)屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。2.3 校園建筑物三維模型的建立校園的建筑物(主要是樓房)在二維電子地圖中表現(xiàn)為面狀對(duì)象，只能反映樓房底面分布的平面坐標(biāo)信息，并沒(méi)有建筑物高度和其外結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)，因此，要對(duì)這些數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地物進(jìn)行建模非常困難。2.3.1 Autocad底圖的生成三維模型的建立就好像建筑工地施工一樣，必須有原始的資料,在校園里的數(shù)據(jù)主要是地形和地物的數(shù)據(jù)8。由于華北水院校園地形的數(shù)據(jù)不太復(fù)雜，我們采用過(guò)去的學(xué)校平面規(guī)劃設(shè)計(jì)圖。由于無(wú)法獲取每棟建筑物的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，不能與地理坐標(biāo)關(guān)聯(lián)。這時(shí)我們可以通過(guò)相對(duì)坐標(biāo)創(chuàng)建點(diǎn)的方式進(jìn)行建模，展現(xiàn)三維場(chǎng)景中的相對(duì)位置關(guān)系，而不考慮實(shí)際地理坐標(biāo)。通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，將矢量化好分好層的圖層導(dǎo)入到CAD軟件中，利用ArcGIS自帶的Arctoolbox工具箱里的conversion toolstoCADExport to CAD，將shape文件轉(zhuǎn)化成CAD文件（如圖2-4），為下一步的3dmax建模作準(zhǔn)備。圖2-4：shape文件轉(zhuǎn)換成CAD文件后圖2.3.2 3dmax三維模型的創(chuàng)建創(chuàng)建三維景觀模型是三維虛擬GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)組建的最關(guān)鍵的一步，模型創(chuàng)建的好壞直接影響到三維數(shù)字校園的整體效果9，模型的創(chuàng)建過(guò)程采用3dmax建模軟件完成（如圖2-5所示）。對(duì)于建筑物，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，花園校區(qū)區(qū)內(nèi)建筑物將近60幢，如果對(duì)所有建筑物都采用3dmax建模的話，不僅時(shí)間成本太高，系統(tǒng)在渲染模型上的開(kāi)銷也相當(dāng)大。因此，將建筑物分為重點(diǎn)建模的建筑物和非重點(diǎn)建模的建筑物:需要重點(diǎn)建模的建筑物指比較有標(biāo)志性且造型較為特殊的建筑物，如綜合實(shí)驗(yàn)樓、圖書(shū)館、講堂群、文體活動(dòng)中心等，如下圖2-6；對(duì)于這些采用3dmax軟件詳細(xì)建模:其他形狀較為規(guī)則的建筑物則直接通過(guò)在3dmax軟件里將導(dǎo)入的CAD二維平面數(shù)據(jù)拉伸貼圖創(chuàng)建而成。圖2-5：建立的部分建筑物3dmax模型 圖2-6 ：文體活動(dòng)中心3dmax模型2.3.3 photoshop紋理處理建立模型之后的工作就是給模型賦予材質(zhì)和貼圖。通過(guò)紋理貼圖可以增加模型的質(zhì)感,完善模型的造型,使創(chuàng)建的三維場(chǎng)景更接近現(xiàn)實(shí)。紋理，即在三維可視化中對(duì)地物進(jìn)行貼圖處理時(shí)用到的地物表面數(shù)據(jù)，主要包括建筑物的側(cè)面、頂面、草地、操場(chǎng)、圍墻、樹(shù)木、路燈以及雕塑等紋理2。在校園三維地物建模過(guò)程中,紋理是建模中的重要環(huán)節(jié)之一,它將直接關(guān)系到所建模型的視覺(jué)效果和逼真程度。校園內(nèi)建筑物的側(cè)面紋理是用數(shù)碼相機(jī)到實(shí)地拍攝而獲得的，所拍攝到的原始圖像并不能完全符合要求，比如圖像傾斜、被其它的景物如樹(shù)木遮擋等，同時(shí)，考慮到在ArcScence中顯示三維場(chǎng)景時(shí)，亮度通常低于實(shí)際照片亮度，因此，需要將紋理圖片的亮度調(diào)高。這樣就需要運(yùn)用photoshop軟件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸、修補(bǔ)等處理，使得紋理圖像符合要求。如下圖2-7和2-8： 圖2-7 ：圖片處理前 圖2-8 ： 圖片處理后紋理處理的好壞可以說(shuō)與最后的三維效果息息相關(guān)，因?yàn)楝F(xiàn)有模型的建筑都是灰色的，毫無(wú)真實(shí)感可言。紋理應(yīng)用于三維空間對(duì)象建模，可以大大提高三維可視化的逼真度，增加用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游時(shí)的真實(shí)感和沉浸感（如圖2-9和2-10）。 圖2-9 ：未貼圖的圖書(shū)館 圖2-10：貼圖后的圖書(shū)館2.3.4 3D符號(hào)庫(kù)的建立在3Dmax中將建立好的模型導(dǎo)出為.3ds格式，再在arcscene中用點(diǎn)狀符號(hào)表示，但由于arcscene軟件的原因，對(duì)曲面的支持并不是很好，而且當(dāng)一個(gè)mesh細(xì)節(jié)越高時(shí)運(yùn)行速度會(huì)越慢，所以建模的細(xì)節(jié)度不能太高，這些部分需要貼圖來(lái)彌補(bǔ)。在建模當(dāng)中遇到的問(wèn)題是一開(kāi)始建模時(shí)細(xì)節(jié)度太高，面比較多，以至于在導(dǎo)出3ds模型后顯示速度太慢。比較起整個(gè)校園的漫游速度來(lái)說(shuō)，放棄一部分的細(xì)節(jié)度是值得的。于是通過(guò)將導(dǎo)出好的模型，在style manage中制作自己的符號(hào)庫(kù)，制作時(shí)可以直接調(diào)用里面的符號(hào)，發(fā)現(xiàn)效果還是比較理想的，最重要的是場(chǎng)景加載速度有了一定的提高。 3ds符號(hào)庫(kù)建立的步驟：對(duì)于某建筑物圖層更改其符號(hào)屬性（Symbol Selector），然后再點(diǎn)擊屬性;在彈出對(duì)話框中選擇3D Marker Symbol，并選擇前面已經(jīng)建好的*.3ds格式文件;按照實(shí)際需要修改模型的大小以及模型的朝向;將建立好的模型保存為.style格式,并定義Category名稱為dsz.點(diǎn)擊More Symbols在彈出的下級(jí)菜單中，選擇Add，將dsz.style加載到符號(hào)庫(kù)中，最終結(jié)果顯示如下圖2-11：圖2-11: 建立好的名稱為dsz的符號(hào)庫(kù)由于三維符號(hào)具有易讀性和直觀性，對(duì)于拓展地圖的應(yīng)用領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)意義。三維地理信息的符號(hào)化是對(duì)空間地理現(xiàn)象的表示,是三維空間地理要素可視化的一種實(shí)現(xiàn)方法10。在三維地理信息系統(tǒng)中，所有的地理現(xiàn)象以及空間實(shí)體都需要有相應(yīng)的三維符號(hào)模型來(lái)表示,不僅可以解決數(shù)據(jù)量龐大問(wèn)題，而且可以真實(shí)的反映校園的面貌,給人以逼真感。2.4 校園三維場(chǎng)景的生成本系統(tǒng)通過(guò)使用ArcGIS Desktop 系列軟件與 3DSMAX建立三維場(chǎng)景 ,建立好自己的符號(hào)庫(kù)后,需要將通過(guò)校園規(guī)劃圖確定好的建筑物相對(duì)地理位置，在建筑物中心繪制二維點(diǎn),用對(duì)應(yīng)的三維模型符號(hào)代替.由于 ArcScene增加了使用三維符號(hào)的支持 ,允許用 3D 符號(hào)來(lái)代表 GIS 要素 ,使得我們可以從標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)選擇對(duì)話框中選擇各種各樣的類型 ,從而使我們數(shù)字校園系統(tǒng)顯得更加容易操作.在本次系統(tǒng)制作中,建筑物模型建立好后,制作成自己的符號(hào)庫(kù)，當(dāng)使用到該建筑物時(shí)，直接調(diào)用.style符號(hào)，由于ArcScene提供了各種各樣的燈、樹(shù)、亭模型，所以在建立這些要素的模型時(shí)，只需分要素類型建立點(diǎn)狀要素層（如樹(shù)木層、電話亭層等），再在合適的位置“栽”上從樣式庫(kù)中選擇的合適的模型。也就是可以直接使用ArcScene自帶的三維符號(hào)，不用花時(shí)間建立模型。由于考慮到數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)將學(xué)校分多個(gè)場(chǎng)景顯示，如圖2-12和圖2-13所示： 圖2-12 :校園教學(xué)樓區(qū)三維場(chǎng)景圖 圖2-13 :學(xué)校大門三維場(chǎng)景圖2.5 本章小結(jié)本章通過(guò)三維模型建立流程的深入研究和分析,提出了三維模型的最終實(shí)現(xiàn)，要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟，數(shù)據(jù)的采集、3D 模型的構(gòu)建、模型的符號(hào)化等。我們對(duì)三維模型建立每一個(gè)步驟的技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了討論，找到具有較高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的方法，把本章所討論的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際建筑物中，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。在后面，我們將結(jié)合華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，應(yīng)用本文所討論的建模方法進(jìn)行實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。3 基于ArcGIS Engine數(shù)字校園系統(tǒng)的建立前面我們討論了建設(shè)數(shù)字校園的一些方法和三維場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，這些基本內(nèi)容清楚以后，就要考數(shù)字校園的具體實(shí)現(xiàn)。只有將建設(shè)數(shù)字校園的規(guī)劃有目的、有計(jì)劃、有步驟地付諸實(shí)施，才能真正實(shí)現(xiàn)校園信息化建設(shè)。在本章中，我們對(duì)數(shù)字校園實(shí)施過(guò)程中的一些具體問(wèn)題進(jìn)行探討。任何一個(gè)系統(tǒng)，都有其實(shí)現(xiàn)的步驟。通過(guò)分析，我們建立的數(shù)字校園流程見(jiàn)圖3-1：確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng)硬件、軟件的選擇數(shù)據(jù)資料的采集：校園平面規(guī)劃圖 校園建筑物CAD底圖 建筑物紋理相片等平面圖的配準(zhǔn)及分圖層矢量化建筑物三維模型構(gòu)建及貼圖，制作3ds符號(hào)庫(kù)建立地理圖形庫(kù)以及實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的處理及分析，ArcGIS Egine進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng) 圖3-1 ：華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)制作流程3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)合GIS工具軟件與當(dāng)今可視化開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的集成二次開(kāi)發(fā)方式是現(xiàn)在GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)的主流。它的優(yōu)點(diǎn)是既可以充分利用GIS工具軟件對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、分析功能，又可以利用其它可視化開(kāi)發(fā)語(yǔ)言具有的高效、方便等優(yōu)點(diǎn)，集二者之所長(zhǎng)，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，而且使用可視化軟件開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)出來(lái)的應(yīng)用程序具有更好的外觀效果，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護(hù)11。系 統(tǒng) 開(kāi) 發(fā) 平 臺(tái) 設(shè) 計(jì)在選擇平臺(tái)時(shí)本著:簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則。選擇廣大開(kāi)發(fā)人員熟悉的開(kāi)發(fā)工具，縮短開(kāi)發(fā)周期、減少開(kāi)發(fā)成本;選擇功能完備、價(jià)格便宜的GIS平臺(tái)，減少軟件投資。本系統(tǒng)采用開(kāi)發(fā)平臺(tái)如下圖3-2所示： 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 Microsoft Visual basic 6.0 GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái) ArcGIS Engine 9.2 操作系統(tǒng)Windows 2000及IE5.0以上版本 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) Microsoft Access 2000 圖3-2 :華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)3.1.1 地理信息系統(tǒng)平臺(tái)為了能高效開(kāi)發(fā)出華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)，本系統(tǒng)GIS平臺(tái)使用ArcGIS Engine。此套組件是由ESRI公司開(kāi)發(fā)研制的新一代大型組件式地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，我們采用ArcGIS Engine組件技術(shù)，可以使用任何支持COM的編程語(yǔ)言對(duì)ArcGIS平臺(tái)的基本控件AO(Arcobjects)基礎(chǔ)函數(shù)進(jìn)行集成和二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠脫離ArcGIS而獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序。ArcGIS Engine可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)地圖的漫游和縮放;地圖要素的查詢和標(biāo)注以及專題圖制作和統(tǒng)計(jì)分析等最基本的地圖操作功能,用戶可以不用代碼直接調(diào)用其自帶的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能.3.1.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇高效的VB6.0，它完全支持ActiveX控件的應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持也非常完備，提供完全可視化的、面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境，有利于提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)度;另外，用它能夠開(kāi)發(fā)出一流的用戶界面，使系統(tǒng)易于使用。在VB6.0環(huán)境下結(jié)合ArcGIS Engine對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以很方便的將地圖處理功能嵌入到應(yīng)用程序中，并可以編譯成exe文件，脫離ArcGIS的軟件平臺(tái)運(yùn)行。同時(shí)，ArcGIS Engine能夠簡(jiǎn)單快速的在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中嵌入地圖化功能，增強(qiáng)系統(tǒng)的空間查詢和空間分析能力。3.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái) 由于本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)量不是太多，為實(shí)現(xiàn)各院系的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的查詢,將這些與空間數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Access表中，在VB6.0環(huán)境下通過(guò)ADO與Access表相連，用SQL語(yǔ)句等方式直接訪問(wèn)表中的數(shù)據(jù)來(lái)管理各種屬性信息。3.1.4 系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)本系統(tǒng)軟件運(yùn)行平臺(tái)為Windows 2000及以上操作系統(tǒng)，推薦使用Windows 2000或Windows XP。由于三維操作對(duì)硬件的要求比較高，硬件最低平臺(tái)要求為CY 2G CPU，512M內(nèi)存，S3顯卡，推薦使用酷瑞2雙核,獨(dú)立顯卡GM8400或更高配置。3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì) 在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分層、圖層管理、屬性編碼和空間索引設(shè)計(jì)，建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，然后進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，最后建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的連接關(guān)系。 華北水利水電學(xué)院花園校區(qū)數(shù)據(jù)的獲取主要是通過(guò)校內(nèi)管理部門收集的現(xiàn)狀及規(guī)劃數(shù)據(jù)以及對(duì)現(xiàn)狀資料調(diào)查的相關(guān)信息而得，按數(shù)據(jù)的類型:主要分為空間數(shù)據(jù)(主要指圖形信息、圖像信息)和非空間數(shù)據(jù)(包括統(tǒng)計(jì)表信息、文本信息等)。數(shù)據(jù)的來(lái)源比較廣泛，數(shù)據(jù)的獲取方式也多種多樣。再加上圖形矢量數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、圖片和影像資料等的存儲(chǔ)格式各異。所以為增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的靈活性，采用空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別存放，每個(gè)空間實(shí)體都是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一?？臻g數(shù)據(jù)使用GIS軟件來(lái)管理，屬性數(shù)據(jù)使用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件來(lái)管理，通過(guò)空間實(shí)體的唯一標(biāo)識(shí)(ID號(hào))實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)12（如圖3-3所示）。華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng) 統(tǒng)計(jì)表數(shù)據(jù)文字信息教學(xué)樓層辦公樓層學(xué)生宿舍層實(shí)驗(yàn)樓層 關(guān)鍵字 空間數(shù)據(jù)(shapefile文件) 屬性數(shù)據(jù) (Mis Access) ArcGIS engine9.2ADO 圖3-3 : 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2.1 空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)按照專題進(jìn)行分層組織，以適應(yīng)各種專題管理、分析和應(yīng)用的需要。其分層遵循以下原則:便于不同部門需求信息的提取和使用;便于數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的建立;便于數(shù)字化及數(shù)字化的后續(xù)處理工作。本系統(tǒng)所利用的資料為華北水利水電學(xué)院校園規(guī)劃圖。根據(jù)校園信息的特點(diǎn), 按照ArcGIS的數(shù)據(jù)分層組織方法, 將校園信息分為教學(xué)樓、辦公樓、學(xué)生宿舍、家屬樓、食堂、道路、綠地、其他等八層（如圖3-4）。為了使校園圖利用方便及校園各功能要素直觀明顯, 每一層設(shè)計(jì)使用不同的顏色顯示輸出。每一層實(shí)體都包括幾何特征和屬性特征。幾何特征包括矢量點(diǎn)、線、面類，面由線閉合而成，線由其兩個(gè)端點(diǎn)描述，點(diǎn)則由其幾何坐標(biāo)定位，每一個(gè)實(shí)體都有區(qū)別于其它實(shí)體的屬性特征。這樣，一個(gè)校園的信息就可以非常完整地表達(dá)出來(lái)。 圖3-4：矢量化后的花園校區(qū)平面圖本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括兩類，即圖形數(shù)據(jù)庫(kù)與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。其中圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中包括矢量地理底圖庫(kù)，涉及點(diǎn)、線、面等多種類型的文件。圖像數(shù)據(jù)主要指柵格類型的數(shù)據(jù)，數(shù)碼相機(jī)采集的圖片，其中圖片主要包括了校園中各種建筑物及景觀等的照片集，它們均由數(shù)碼相機(jī)采集，由于數(shù)碼相機(jī)采集的圖片數(shù)據(jù)量大，將采集的相片統(tǒng)一在圖像處理軟件photoshop中大小進(jìn)行統(tǒng)一,并放置在同一圖片目錄下存放,為以后的空間查詢作準(zhǔn)備.3.2.2 屬性數(shù)據(jù)由于GIS的地物類型復(fù)雜，屬性特征多種多樣，描述它們的屬性項(xiàng)及值域也不相同，因此屬性數(shù)據(jù)錄入有兩種方法，其一是用戶需自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后利用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件建立起屬性數(shù)據(jù)。其二是在圖形編輯環(huán)境下輸入屬性數(shù)據(jù)，這種方法直觀，可以隨時(shí)對(duì)所關(guān)心圖元的屬性結(jié)構(gòu)和屬性進(jìn)行修改.并且查找方便13。本系統(tǒng)在建立過(guò)程中采用的是基本屬性數(shù)據(jù)信息同步輸入:首先對(duì)各要素圖層考慮其各自的屬性特征，在ArcInfo中建立其屬性數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(如教學(xué)樓圖層，其屬性數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)可以包含有ID號(hào)、名稱、教學(xué)樓層數(shù)、圖片和文本信息等字段)，其次在完成好拓?fù)潢P(guān)系的圖層中分別對(duì)每個(gè)圖形單元(如每一個(gè)單獨(dú)地物、每一段道路等進(jìn)行屬性賦值。本系統(tǒng)中屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括兩類屬性表。一類為可地圖化的屬性表,即對(duì)應(yīng)于地圖實(shí)體,用于存放這些地圖實(shí)體的屬性;另一類是不可地圖化的屬性表,它不包含地理信息,同常規(guī)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件基本一致,主要為各院系統(tǒng)計(jì)信息。本系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括:教學(xué)樓屬性庫(kù)、學(xué)生宿舍屬性庫(kù)、家屬樓屬性庫(kù)、辦公樓屬性庫(kù)等。下面以建筑物為例闡述其屬性庫(kù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，其他基本相似，在此不再一一描述。字段字段長(zhǎng)度數(shù)據(jù)類型說(shuō) 明shape16文本空間實(shí)體特征ID8數(shù)字建筑物編號(hào)名稱50文本建筑物名稱高度8數(shù)字建筑物高度圖片信息16文本建筑物圖片名稱,實(shí)現(xiàn)查詢文本信息16文本建筑物文本介紹名稱，實(shí)現(xiàn)查詢 表3-1：建筑物屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表另外屬性庫(kù)還包括統(tǒng)計(jì)表信息、人文統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，如:統(tǒng)計(jì)表信息:以表格或圖形的形式表達(dá)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息，如各學(xué)院學(xué)生人數(shù)、教職工人數(shù)、本科專業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等. 如下圖3-4，用Acess數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。文字信息:以描述性文字介紹學(xué)校及各系、部的情況，同時(shí)也表達(dá)了設(shè)計(jì)意向、思想等相關(guān)的說(shuō)明信息。 圖3-4：Acess數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)表圖3.3 系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)來(lái)計(jì)劃系統(tǒng)的規(guī)模，確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并說(shuō)明各個(gè)組成部分在整個(gè)系統(tǒng)中的作用與相互關(guān)系。由于數(shù)字校園包含的內(nèi)容較多，工作量很大，建設(shè)過(guò)程中需要許多部門相互配合，所以不可能在短時(shí)間內(nèi)全部完成。數(shù)字校園系統(tǒng)用于校園信息的可視化管理。系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)校園信息進(jìn)行添加、刪除、修改；對(duì)校園信息可以進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)并報(bào)表輸出；系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)圖文互訪，即從地圖到屬性的查詢、瀏覽和從屬性到地圖的查詢定位14。通過(guò)結(jié)合自己專業(yè)的特點(diǎn)，以及華北水利水電學(xué)院花園校區(qū)實(shí)際情況，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)大致為8個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，有地圖操作、地圖排版、數(shù)據(jù)查詢、路徑查詢、專題圖制作、統(tǒng)計(jì)分析、三維模型展示、數(shù)據(jù)更新等幾個(gè)部分，如圖3-4所示： 圖3-4：華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖3.4 本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是基于ArcGIS Engine數(shù)字校園系統(tǒng)的建立，在分析合理選用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、開(kāi)發(fā)方式、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，以華北水利水電學(xué)院的數(shù)字校園建設(shè)為例，探討了基于AE的數(shù)字校園數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立:空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并給出了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)組織結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本功能.4 華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園系統(tǒng)研究4.1 系統(tǒng)概述本課題以華北水利水電學(xué)院花園校區(qū)為研究對(duì)象，利用已有的花園校區(qū)校園規(guī)劃平面圖，結(jié)合地物屬性數(shù)據(jù)、實(shí)地拍攝采集的紋理數(shù)據(jù)等，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于ArcGIS Engine的數(shù)字校園信息系統(tǒng)。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用VB6.0作為可視化編程工具，結(jié)合ArcGIS Engine進(jìn)行開(kāi)發(fā)。VB具有界面友好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，而且容易實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)接。在VB環(huán)境下通過(guò)ADO(ActiveX Data objects)與Access表相連，用SOL語(yǔ)句訪問(wèn)表中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園屬性數(shù)據(jù)的管理。利用ArcGIS Engine組件提供的各種屬性、方法和工具，能夠進(jìn)行空間數(shù)據(jù)獲取、圖形編輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)分析、地理排版、制作專題地圖、三維模型展示等操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)校園信息的管理。4.2 用戶界面用戶是圖形軟件系統(tǒng)的最終使用者，作為人機(jī)交互的界面環(huán)境，需要考慮人們的操作習(xí)慣和接受能力，使應(yīng)用程序在視覺(jué)感受、概念語(yǔ)義上易于理解，易于操作，無(wú)二義性。本系統(tǒng)以暖色調(diào)為主，顏色搭配合理，給人以親和力，主界面與子窗體相輔相成，使得整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一和諧。系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)人性化，在每個(gè)功能模塊運(yùn)行窗體中，都設(shè)計(jì)有簡(jiǎn)單的操作提示文本，更方便用戶使用。如下圖4-1所示：圖4-1:系統(tǒng)登陸界面本系統(tǒng)對(duì)軟件的接口界面進(jìn)行了比較詳細(xì)的設(shè)計(jì)，華北水利水電學(xué)院花園校區(qū)數(shù)字校園信息系統(tǒng)主界面如圖4-2所示。系統(tǒng)主要由主菜單欄區(qū)、電子地圖主顯示區(qū)、鷹眼地圖顯示區(qū)、圖層控制區(qū)、工具欄區(qū)、狀態(tài)欄區(qū)六部分組成。主菜單欄工具欄狀態(tài)欄工具欄圖層控制區(qū)電子地圖主顯示區(qū)鷹眼地圖 圖4-2 ：華北水利水電學(xué)院數(shù)字校園主界面4.3 主要功能模塊介紹4.3.1 地圖操作功能模塊ArcGIS Engine 是一組完備的并且打包的嵌入式GIS 組件庫(kù)和工具庫(kù), 開(kāi)發(fā)人員可用來(lái)創(chuàng)建新的或擴(kuò)展已有的桌面應(yīng)用程序?；贏rcGIS Engine 可以快速建立起一個(gè)基本的GIS 應(yīng)用系統(tǒng)15。在這個(gè)模塊中，主要采用VB+AE二者集成的方法，利用ArcGIS Engine自帶的工具庫(kù)（如圖4-3），實(shí)現(xiàn)校園中地理空間實(shí)體(如建筑物、道路等)的圖形顯示、縮放、查找等電子地圖的一般功能。 圖4-3：ArcGIS Engine自帶工具條其主要內(nèi)容具體如下:放大: 選中工具可以實(shí)現(xiàn)地圖無(wú)限制的放大，或者用戶可以對(duì)自己感興趣的區(qū)域用框選的方式進(jìn)行放大?？s小:選中工具，然后點(diǎn)擊地圖可以進(jìn)行無(wú)限制的縮小。漫游:選中工具，可以在地圖上進(jìn)行任意的拖動(dòng)顯示。全圖:選中工具，不管用戶把地圖放大了多少倍，漫游到了地圖的任何一個(gè)小角落，點(diǎn)擊一下這個(gè)工具，馬上就可以返回到最原始的地圖狀態(tài)。屬性:選中工具，點(diǎn)擊地圖上感興趣的點(diǎn)，然后會(huì)跳出一個(gè)小窗口，上面顯示這個(gè)點(diǎn)的所有信息。查找:選中工具，在地圖下方會(huì)出現(xiàn)查詢信息的相關(guān)按鈕，只要在復(fù)合框中選擇所要查找的空間實(shí)體信息，則在地圖上就會(huì)以黃顏色顯示出查找的結(jié)果。測(cè)量：選中工具，在地圖上可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度和面積的計(jì)算，結(jié)果將通過(guò)對(duì)話框的形式彈出。4.3.2 地圖排版模塊通過(guò)數(shù)字化已有的花園校區(qū)規(guī)劃圖以及通過(guò)實(shí)地野外數(shù)據(jù)采集, 用戶可以根據(jù)自己的需要，對(duì)矢量化后的圖形排版編輯，如圖例、指北針的添加等（如圖4-4所示）。另外，可以根據(jù)需要制作各種不同類型的地圖，如教學(xué)樓分布圖、學(xué)生宿舍分布圖以及校園規(guī)劃平面圖的制作等，便于以后作規(guī)劃設(shè)計(jì)與分析工作。 圖4-4 ：數(shù)字校園排版圖4.3.3 信息查詢模塊查詢功能主要包括兩種查詢方式,分別為根據(jù)圖形查詢到屬性和根據(jù)屬性條件查詢到相應(yīng)的圖形。前者的查詢方式是通過(guò)鼠標(biāo)在屏幕上拾取幾何對(duì)象來(lái)查詢點(diǎn)、線或特定區(qū)域的二維地物信息。后者的查詢方式是通過(guò)輸入一定的屬性條件，控件利用SQL查詢語(yǔ)言從電子地圖中查詢到符合條件的地物，并在電子地圖上顯示出結(jié)果。并將查詢后的地物名稱顯示在列表框中,當(dāng)雙擊地物名稱后,將彈出關(guān)于此地物的圖片信息和文本信息.（1）圖查屬性：通過(guò)在地圖上單擊地物要素,彈出包含該地物屬性信息的對(duì)話框,此功能可以直觀、靈活、方便地完成各類地圖圖元的查詢。ArcGIS Engine提供了IDentifyDialog對(duì)象,在MapLayer和Table的記錄集之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)16。使查詢結(jié)果包含該地物的所有行屬性信息。運(yùn)行實(shí)例如圖4-5所示： 圖4-5：點(diǎn)擊查詢屬性信息（2）屬性查圖空間查詢可對(duì)校園圖上的各種設(shè)施進(jìn)行屬性查詢，對(duì)與教學(xué)樓、宿舍樓等信息，系統(tǒng)可以把用戶鼠標(biāo)處的定位信息以提示的形式給出，同時(shí)可以以圖片的形式顯示各種設(shè)施的景觀圖。具體實(shí)現(xiàn)思路是:1） 參照屬性表表3-1，設(shè)計(jì)建筑物的屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中圖片和文本信息分別存儲(chǔ)已經(jīng)建立好的.Jpg和.Txt格式的文件名稱;以圖書(shū)館為例（如下表4-1）： FIDShape*ID名稱高度圖片信息文本信息6Polygon7圖書(shū)館16圖書(shū)館.jpg圖書(shū)館.txt 表4-1： 圖書(shū)館屬性信息 圖4-6 ：SQL查詢結(jié)果圖2） 通過(guò)SQL語(yǔ)句獲取查詢到的地物并閃爍3次,并獲取查詢地物的名稱;3） 遍歷建筑物的屬性數(shù)據(jù)表,逐個(gè)判斷其字段名稱是否為圖片信息和文本信息,如果是,將在對(duì)應(yīng)的窗口顯示其圖片和文本介紹.如上圖4-6所示。4.3.4 最短路徑查詢模塊最短路徑問(wèn)題是地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析中最基本、最關(guān)鍵的問(wèn)題，在交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析、交通運(yùn)輸線路的選擇、通訊線路的建造與維護(hù)、運(yùn)輸貨流的最小成本分析、城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃等，都有直接應(yīng)用的價(jià)值17。在數(shù)字校園中根據(jù)學(xué)生宿舍的分布情況,找到建設(shè)食堂的最佳位置(資源分配) ,或由給定一點(diǎn),找到至另一點(diǎn)的最佳路徑等（如下圖4-7）所示。實(shí)現(xiàn)路徑查詢，必須建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（network dataset）：首先在ArcCatalog中建立個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)（Personal GeodataBase）,以方便個(gè)人數(shù)據(jù)的管理，接下來(lái)在個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一個(gè)特征數(shù)據(jù)集即（Feature Dataset）,以方便管理各個(gè)不同的圖層，再將在Arcmap中根據(jù)要求矢量化好的道路和興趣點(diǎn)要素層，導(dǎo)入到要素集中，最后根據(jù)提示新建道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。終點(diǎn)起點(diǎn) 圖4-7 最短路徑查詢示意圖4.3.5 專題地圖制作模塊提供多種數(shù)據(jù)可視化的專題地圖，能將屬性表中的信息進(jìn)行直觀的可視化分析。使用專題渲染在地圖上顯示數(shù)據(jù)時(shí)，可以清楚地看出在數(shù)據(jù)記錄中難以發(fā)現(xiàn)的模式或趨勢(shì)，為用戶的決策提供依據(jù)。專題地圖包括范圍值、點(diǎn)密度、柱狀圖、等級(jí)符號(hào)、餅圖和獨(dú)立值六種形式。用戶可以按照自己的需要選擇制作專題地圖的圖層以及專題圖類型，以教學(xué)樓范圍分段專題圖為例，參照?qǐng)D4-8和4-9，按照提示，分別選擇專題渲染字段，分段數(shù)和顏色等，最終效果圖為下圖4-10。 圖4-8 ： 專題圖制作用戶界面 圖4-9 ：范圍分段專題圖用戶界面專題地圖顯示信息 圖4-10 ：教學(xué)樓范圍分段專題地圖4.3.6 統(tǒng)計(jì)圖制作模塊規(guī)劃管理人員對(duì)校園的建設(shè)發(fā)展與管理需要作一些統(tǒng)計(jì)分析與處理, 如各院系學(xué)生招生人數(shù),教職工人員流動(dòng)情況以及精品課程申請(qǐng)情況等均可利用GIS強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析功能作出統(tǒng)計(jì)分析或輸出報(bào)表, 為學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)作管理規(guī)劃決策以及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供重要的依據(jù)。例如, 統(tǒng)計(jì)目前各院系學(xué)生招生人數(shù)，確定好近幾