doi:10．3969/j．issn．1001－358X．2017．04．015基于SuperMap的校园三维地理信息系统设计与实现柯佳宏，吴安东，李勇(四川省天府容大信息科技有限公司，四川成都610213)摘要:“数字校园”的研究和系统实现成为社会各界关注的焦点，校园3DGIS(三维地理信息系统)弥补了传统校园GIS的不足，解决了可视化、空间分析等问题。文中结合VR(虚拟现实技术)、地理信息技术和多点触控技术，基于SuperMap三维设计平台，以C#语言为编程语言，开发了校园三维地理信息系统，实现了地上地下的三维可视化、二三维多种方式查询、场景漫游、场景控制、建筑物三维信息标注、各类天空盒子查看、二三维地图联动、爆管分析、火灾演练等功能。该系统的设计与开发不仅是校园三维地理信息系统理论和技术的积极探索，而且提高了校园的数字化和现代化管理水平，是数字校园建设的革命性突破。关键词:三维建模;3dsMax;SuperMap;3DGIS中图分类号:TD672文献标识码:A文章编号:1001－358X(2017)04－0057－05DesignandrealizationofCampus3DGISbasedonSuperMapKeJiahong，WuAndong，LiYong(SichuanTianfuRongdaInformationTechnologyCO.，LTD，Chengdu610213，China)Abstract:Researchandthesystemimplementationof"DigitalCampus"hadbecomethefocusofthesocietyfromallwalksoflife.Campus3DGIS(three－dimensionalgeographicinformationsystem)madeupthedeficiencyofthetra-ditionalCampusGISsolvingtheproblemofvisualization，spatialanalysisandsoon.CombiningwithVR(virtualre-ality)，geographicinformationtechnologyandmulti－touchtechnology，Campus3DGISwasdevelopedbasedonSu-perMap3DdesignplatformandtheC#languageprogramminglanguage，anditwasrealizedthat3Dvisualizationoftheundergroundandground，2Dand3Dmultiplewaysqueries，sceneroaming，scenecontrol，building3Dinforma-tiontagging，allkindsofskyboxview，2Dand3Dmaplinkage，tubeanalysis，firedrillfunctionandsoon.Designanddevelopmentofthesystemwasnotonlytheactiveexplorationoftheoryandtechnologyof3DGIScampus，butal-soimprovedthecampusdigitalandmodernmanagementlevel，whichwasarevolutionarybreakthroughtothecon-structionofdigitalcampus.Keywords:3Dmodeling;3dsMax;SuperMap;3DGIS引用格式:柯佳宏，吴安东，李勇．基于SuperMap的校园三维地理信息系统设计与实现［J］．矿山测量，2017，45(4):57－61．随着传统二维GIS行业应用的越来越深入以及信息科学技术的飞速发展，人们对使用三维地理信息系统来表达世界的愿望越来越强烈［1］。3DGIS将GIS的空间查询、分析和决策功能与VR逼真的三维可视化功能有机地结合在一起［2］。与传统的二维GIS相比，3DGIS打破了平面化、符号化、空间关系简单化的状态，增强了系统的可视化效果和三维空间分析能力［3，4］。与此同时，随着“数字校园”的提出和高校扩建步伐的不断加快，高校发展与管理方式也面临一个新的转折点。不少高等学校都已经建立了自己的校园虚拟系统，但是这些系统大都是在二维环境中建立，仅限于三维场景的可视化，并不是真正意义上的三维地理信息系统［5］。因此，把三维GIS技术应用到数字校园中，建设新一代的校园三维地理信息系统将是大势所趋。本文利用3dsMax建模，基于SuperMapiObjects.NET和Visualstudio2010的二次开发技术，设计和实现了四川农业大学三维地理信息系统。该系统是75第45卷第4期2017年8月矿山测量MINESURVEYINGVol．45No.4Aug.2017中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

集地上地下一体化的三维地理信息平台，兼备二维GIS的基础功能和3DGIS的三维空间分析功能，有助于加强校园的宣传推广、扩大校园的影响范围，是促进数字校园建设与发展的重要举措。1研究平台和研究思路1.1研究平台采用的软件平台包括:3dsMax2012、Visualstu-dio2010、SuperMapiObjects.NET7C(2015)v7.1.0，SuperMapiDesktop7C(2015)、AutoCAD2010、Photo-ShopCS5。SuperMapiObjects.NET作为二次开发平台，是实现此系统的核心软件之一。SuperMapiDesktop主要用于数据的投影配准和模型的存储、编辑、空间分析。3dsMax是基于PC系统的全功能的三维计算机图形软件，主要用于三维场景建模。Au-toCAD用于修改校园规划图。PhotoShop主要用于模型纹理贴图的处理，如裁剪、变形、色阶调整等。1.2研究思路SuperMap和3dsMax结合设计和实现四川农业大学三维地理信息系统是研究的核心内容。首先将数据收集完整;然后将校园规划CAD图在AutoCAD进行处理和修改后导入到SuperMapiDesktop进行投影配准、处理、编辑、格式转换并建立拓扑关系。采集的图片在PhotoShop进行裁剪、明暗度、对比度等的处理;在3dsMax中实现三维场景建模，并对模型进行纹理贴图;将建模结果应用超图插件导入到Su-perMapiDesktop进行浏览、编辑，建立三维地理信息数据库;最后根据需求进行功能设计，基于Visualstudio2010和SuperMapiObjects.NET实现校园三维地理信息系统。系统设计流程如图1所示。2基于3dsMax和SuperMapiDesktop的三维建模和可视化2.1建模数据的获取和处理维建模前应做好数据的准备工作，模型的逼真程度取决于数据的质量。收集的数据包括:空间数据、纹理图片、属性数据。2.1.1空间数据的获取与处理空间数据指与地理空间分布相关的数据，用来表达空间实体的形状、大小、位置等关系的数据［6］。需要收集的空间数据应包括:遥感影像、校园规划CAD图、校园最新的地物图纸、地下管线的分布图。图1系统设计流程图在AutoCAD对CAD规划图编辑，根据最新的地物图纸完善相应的地物和要素，检查各地物空间位置关系是否正确。然后将其导入到SuperMapiDesktop进行格式转换、定义投影、配准、拓扑处理以及图形和属性编辑。2.1.2纹理图片数据的获取与处理质量好的贴图将会大大提高场景的逼真度，纹理图片主要是利用数码相机进行实地拍摄获得。在拍摄时要注意两点，一是在天晴的时候进行拍摄，二要注意拍摄的角度，尽量正面拍摄。图片收集好后还需要利用PhotoShop进行处理。处理时要注意四点，一是调整贴图的格式大小，应为2n×2n;二是控制贴图的大小，尽量不能超过1024×1024;三是对贴图的格式进行转化，全部存为.JPG格式;四是对植被的贴图设置Alpha通道，去除背景后存为.TGA格式。2.1.3属性数据的获取以及处理完整的属性数据是进行空间分析的前提条件，需要收集的属性数据包括建筑物的名称、高度、层数，地下管线的埋深、类型、以及各类地物的面积、高度、数量等。这些数据都可以通过学校相关部门或者实地调查获得。根据收集到的数据在Super-MapiDesktop编辑物体的属性并完善三维地理信息数据库。2.2三维模型的构建三维模型的构建主要在于分别独立构建地物模85第4期矿山测量2017年8月中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

型然后对模型进行整合，独立模型主要包括建筑模型、地形模型、基础设施模型、地下管线模型。建筑物模型首先是在3dsMax中导入处理好的CAD规划图，将其坐标设置为(0，0，0)，单位设置为米。运用样条线工具根据CAD底图确定建筑物的轮廓，转换为可编辑多边形，然后将面挤出一定的高度，进行纹理贴图，对于复杂的建筑物还应先对其UVW进行展开设置。地形模型主要包括:道路模型、草坪草地模型、地砖模型、植被模型、花带模型、建筑物附属物模型。道路模型、地砖模型、草坪草地模型均以面状的形态表示，根据CAD底图确定其轮廓并将其转换为可编辑多边形即可建立。建筑物附属物模型如花坛、围墙等的建模方式一般都为多边形建模的方法。基础设施模型主要包括:路灯、椅子、垃圾桶、篮球架、乒乓台、路牌等，这些独立的模型构建方法与建筑物构建方法大同小异。地下模型主要包括规划通讯线、燃气通讯线、规划雨水管道、规划给水线。不同类别的管线通过管底高程来区分，并使用不同的颜色来表示［7］。管线建模在SuperMapiDesktop可以实现。将地下管线的分布图导入SuperMapiDesktop，通过网络分析工具可将其转换为三维，然后通过专题制图的符号化显示可以实现地下管线的三维场景。2.3基于SuperMapiDesktop的三维场景整合和可视化当三维场景融合匹配后，在3dsMax中通过超图插件生成数据集可将模型导入到SuperMapiDesktop中。在导入模型时，系统会根据输入的经纬度坐标将模型放置在正确的地理坐标上。在SuperMapiDesktop中调整轨迹、可见等场景参数可使整个三维场景更加真实。图2是三维场景可视化的结果。图2三维场景可视化3基于Visualstudio2010和SuperMapiObjects.NET的三维校园地理信息系统构建在三维模型构建好的基础上，利用Visualstudio2010和SuperMapiObjects.NET进行校园三维地理信息系统的设计与实现。系统是以C#语言为编程语言，主要的功能模块包括:场景控制、全景校园、二三维查询、空间分析。系统结构功能如图3所示。图3系统结构功能图3.1系统主界面系统界面设计面向用户，设计简洁明了。菜单UI偏向扁平化，方便触屏操作。系统界面由三部分组成:菜单栏、信息栏、二三维展示窗口。界面最左端为菜单栏，菜单栏包括返回场景、标注、天空盒子、场景漫游、场景控制、二维地图、地下、火灾演练、遥感影像、退出系统十大模块。界面最下端为位置坐标和相机高度信息栏，二三维展示窗口则占据整个界面的大部分。启动时的界面和启动后的界面如图4所示。3.2场景控制模块该功能模块主要是为了触摸设备而设计的，主要实现场景的旋转、放大缩小、平移、修改俯仰角等。其功能使用如图5所示。3.3查询功能模块该模块实现了校园三维场景的3D可视化，在展示过程中通过鼠标键盘与三维场景中的模型进行互动，将学校的建筑物、景点以3D的形式生动、逼真地展示。系统的全景校园功能主要包括场景漫游、建筑物三维标注、天空盒子，如图6所示。漫游是按照固定的路径和视角进行场景浏览，该系统的场景漫游又包括飞行视角漫游和小车视角巡航漫游，多个视角更有利于对整个三维场景的浏览，达到沉浸式虚拟漫游的效果，提供给用户良好的交互性［8］。同时设置建筑物的三维标注信息，可以直观的知道当前的位置和周围的环境。天空盒子功能实现通过设置不同的天空天气背景，和离子特效配合，完美展现各种天气环境下真实的校园场景。95第4期柯佳宏等:基于SuperMap的校园三维地理信息系统设计与实现2017年8月中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

3.4二三维查询模块查询功能是地理信息系统必不可少的基础功能之一，系统也设置了二三维查询模块，主要实现的功能包括快速查询、点击查询、二三维地图联动，如图7所示。快速查询是根据智能提示来实现相关地物的快速搜索查询，而点击查询是指在三维漫游时，点击建筑物会弹出气泡，显示建筑物图片和文本信息，同时还可以360°环视建筑物。二三维地图联动功能也叫鹰眼功能，使用该功能时，需要打开二维地图窗口和三维场景窗口，两个窗口互相联动控制，实现了二三维场景互动，增强了浏览时的方向感和用户体验［9］。3.5空间分析模块校园是人口高度密集的区域，校园安全历来受到社会各界的关注［10］。该模块主要包括火灾演练和爆管分析两大功能，如图8所示。该系统不仅模拟了地面的真实环境，而且对地下管网也进行了构建，实现对地下管网的查询分析。同时，通过爆管的位置可以分析出开挖的地表范围，为维修工作减少了困难和工作量。火灾演练功能模拟了校园楼房发生火灾，消防车救火的过程，此过程主要是最短路径分析的一个过程。这将对学校的安全管理提供很大的帮助。图4系统主界面图5场景控制功能图6全景校园功能图7二三维查询功能06第4期矿山测量2017年8月中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

图8空间分析功能4结语研究采用3dsMax和SuperMap相结合的方式设计与实现了四川农业大学校园三维地理信息系统。3dsMax的建模速度快、功能强大，而SuperMap产品齐全、三维空间分析功能强，将两则结合可以方便且快速的实现校园三维地理信息系统。该系统不仅实现了校园的可视化管理，而且在此基础上实现了场景漫游、信息查询、空间分析、粒子特效、二三维地图联动等功能，克服了三维空间分析管理难实现的困难。该系统的实现也为校园的数字化管理和建设提供了新的思路和平台，有利于校园的宣传和动态规划，实现了资源信息共享和各类资源的数字化，同时也为其他领域的可视化研究提供了参考［11－14］。但是随着数字校园的发展以及人们对高效率的追求，对于模型的逼真度、优化、可用性以及系统的流畅性、稳定性还应做深入的研究。参考文献:［1］刘海飞.基于SuperMap的二、三维一体化校园GIS系统构建［D］.陕西:西北农林科技大学，2013.［2］袁兆锋，魏傲雪，郑佳，等.基于3DGIS技术的三维数字校园的设计与实现［J］.电脑知识与技术，2014(20):4831－4833.［3］兰玉芳，付金霞，徐霞，等.基于SketchUp与ArcGIS的校园3DGIS的设计与实现［J］.遥感技术与应用，2013，28(2):346－352.［4］李京忠，郭云，张海亮，等.基于SuperMap.6R的校园3DGIS设计与实现［J］.许昌学院学报，2015，34(5):74－80.［5］赵坤松，宋明泽，李长通，等.基于ArcEngine的校园信息可视化平台设计与开发［J］.价值工程，2017(03):88－92.［6］刘翔禹.基于SuperMap平台的数字校园三维可视化研究［D］.江西:东华理工大学，2015.［7］李健，朱新宇，刘善伟，等.三维校园建模方法及系统实现———以中国石油大学(华东)为例［J］.测绘与空间地理信息，2015(10):76－78.［8］苏融，李胜乐，厉彦玲.基于三维全景视图的虚拟校园漫游导航系统［J］.山东农业大学学报(自然科学版)，2014(01):103－109.［9］包振虎，刘涛，张志华.基于ArcGISEngine的三维数字校园的设计与实现［J］.地理信息世界，2013(06):66－71.［10］赵秀娟，徐伟，马运佳，等.基于ArcEngine的三维校园疏散系统研究———以北京师范大学校园为例［J］.地理信息世界，2015(02):59－64.［11］朱安峰，王海鹰，高金顶.基于CityEngine的三维数字校园系统［J］.计算机系统应用，2015(02):112－115.［12］史先琳，杨武年，谭骏祥.基于GoogleEarth的交互式三维虚拟校园研究［J］.地理信息世界，2014(03):80－83.［13］王金鑫，程帅，张成才.基于GoogleEarth技术的三维虚拟校园系统［J］.地理空间信息，2013(04):55－57.［14］卢凌雯，梁栋栋.基于WebGIS三维数字校园设计与实现———以安徽师范大学为例［J］.电脑知识与技术，2016(13):238－239.作者简介:柯佳宏(1985－)，男，汉族，四川崇州人，测绘中级工程师，主要从事整理、土地挂钩、土地利用总体规划等工作和研究。(收稿日期:2017－04－06)16第4期柯佳宏等:基于SuperMap的校园三维地理信息系统设计与实现2017年8月中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net