基于arcgis_engine的数字校园系统的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

基于arcgis_engine的数字校园系统的设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

图 23：控制点配准数据 （ 3）在 Arccatalog内新建图层，并在 ArcMap软件里分图层进行矢量化，并添加对应属性数据，实现空间数据和属性数据相关联。 校园建筑物三维模型的建立 校园的建筑物 (主要是楼房 )在二维电子地图中表现为面状对象，只能反映楼房底面分布的平面坐标信息，并没有建筑物高度和其外结构的三维数据，因此，要对这些数量庞大、结构复杂的地物进行建模非 常困难。 Autocad 底图的生成 三维模型的建立就好像建筑工地施工一样，必须有原始的资料 ,在校园里的数据主要是地形和地物的数据 [8]。 由于华北水院校园地形的数据不太复杂，我们采用过去的学校平控制点 2 控制点 4 控制点 1 控制点 3 华北水利水电学院毕业设计 第 8 页 共 46 页 面规划设计图。 由于无法获取每栋建筑物的地理坐标数据，不能与地理坐标关联。 这时我们可以通过相对坐标创建点的方式进行建模，展现三维场景中的相对位置关系，而不考虑实际地理坐标。 通过数据预处理后，将矢量化好分好层的图层导入到 CAD 软件中，利用 ArcGIS 自带的 Arctoolbox 工具箱里的 conversion tools—toCAD—Export to CAD，将 shape 文件转化成CAD 文件（如图 24），为下一步的 3dmax 建模作准备。 图 24： shape 文件转换成 CAD文件后图 3dmax 三维模型的创建 创建三维景观模型是三维虚拟 GIS 空间数据库组建的最关键的一步，模型创建的好坏直接影响到三维数字校园的整体效果 [9]，模型的创建过程采用 3dmax 建模软件完成（如图25 所示）。 对于建筑物，经统计发现，花园校区区内建筑物将近 60 幢，如果对所有建筑物都采用 3dmax 建模的话，不仅时间成本太 高，系统在渲染模型上的开销也相当大。 因此，将建筑物分为重点建模的建筑物和非重点建模的建筑物 :需要重点建模的建筑物指比较有标志性且造型较为特殊的建筑物，如综合实验楼、图书馆、讲堂群、文体活动中心等，如下图26；对于这些采用 3dmax 软件详细建模 :其他形状较为规则的建筑物则直接通过在 3dmax软件里将导入的 CAD 二维平面数据拉伸贴图创建而成。 华北水利水电学院毕业设计 第 9 页 共 46 页 图 25：建立的部分建筑物 3dmax模型 图 26 ：文体活动中心 3dmax模型 photoshop 纹 理处理 建立模型之后的工作就是给模型赋予材质和贴图。 通过纹理贴图可以增加模型的质感 ,完善模型的造型 ,使创建的三维场景更接近现实。 纹理，即在三维可视化中对地物进行贴图处理时用到的地物表面数据，主要包括建筑物的侧面、顶面、草地、操场、围墙、树木、路灯以及雕塑等纹理 [2]。 在校园三维地物建模过程中 ,纹理是建模中的重要环节之一 ,它将直接关系到所建模型的视觉效果和逼真程 华北水利水电学院毕业设计 第 10 页 共 46 页 度。 校园内建筑物的侧面纹理是用数码相机到实地拍摄而获得的，所拍摄到的原始图像并不能完全符合要求，比如图像倾斜、被其它的景物如树木遮挡等，同时，考虑 到在 ArcScence中显示三维场景时，亮度通常低于实际照片亮度，因此，需要将纹理图片的亮度调高。 这样就需要运用 photoshop 软件进行旋转、拉伸、修补等处理，使得纹理图像符合要求。 如下图 27 和 28： 图 27 ：图片处理前 图 28 ： 图片处理后 纹理处理的好坏 可以说与最后的三维效果息息相关，因为现有模型的建筑都是灰色的，毫无真实感可言。 纹理应用于三维空间对象建模，可以大大提高三维可视化的逼真度，增加用户进行实时漫游时的真实感和沉浸 感（如图 29和 210）。 图 29 ：未贴图的图书馆 图 210：贴图后的图书馆 3D 符号库的建立 在 3Dmax中将建立好的模型导出为 .3ds格式，再在 arcscene中用点状符号表示，但由于arcscene软件的原因，对曲面的支持并不是很好，而且当一个 mesh细节越高时运行速度会越慢，所以建模的细节度不能太高，这些部分需要贴图来弥补。 在建模当中遇到的问题是 华北水利水电学院毕业设计 第 11 页 共 46 页 一开始建模时细节度太高，面比较多，以至于在导出 3ds模型后显示速度 太慢。 比较起整个校园的漫游速度来说，放弃一部分的细节度是值得的。 于是通过将导出好的模型，在 style manage中制作自己的符号库，制作时可以直接调用里面的符号，发现效果还是比较理想的，最重要的是场景加载速度有了一定的提高。 3ds符号库建立的步骤： ① 对于某建筑物图层更改其符号属性（ Symbol Selector），然后再点击属性。 ② 在弹出对话框中选择 3D Marker Symbol，并选择前面已经建好的 *.3ds格式文件。 ③ 按照实际需要修改模型的大小以及模型的朝向。 ④ 将建立好的模型保存为 .style格式 ,并定义 Category名称为 dsz. ⑤ 点击 More Symbols在弹出的下级菜单中，选择 Add，将 ，最终结果显示如下图 211： 图 211: 建立好的名称为 dsz的符号库 由于三维符号具有易读性和直观性，对于拓展地图的应用领域具有现实意义。 三维地理信息的符号化是对空间地理现象的表示 ,是三维空间地理要素可视化的一种实现方法 [10]。 在三维地理信息系统中，所有的地理现象以及空间实体都需要有相应的三维符号模型来表示 ,不仅可以解决数据量庞大问题，而且可以 真实的 反映校园的面貌 ,给人以逼真 感。 华北水利水电学院毕业设计 第 12 页 共 46 页 校园三维场景的生成 本系统通过使用 ArcGIS Desktop 系列软件与 3DSMAX 建立三维场景 ,建立好自己的符号库后 ,需要将通过校园规划图确定好的建筑物相对地理位置，在建筑物中心绘制二维点 ,用对应的三维模型符号代替 .由于 ArcScene 增加了使用三维符号的支持 ,允许用 3D 符号来代表 GIS 要素 ,使得我们可以从标准符号选择对话框中选择各种各样的类型 ,从而使我们数字校园系统显得更加容易操作 . 在本次系统制作中 ,建筑物模型建立好后 ,制作成自己的符号库， 当使用到该建筑物时，直接调用 .style 符号，由于 ArcScene 提供了各种各样的灯、树、亭模型，所以在建立这些要素的模型时，只需分要素类型建立点状要素层（如树木层、电话亭层等），再在合适的位置 ―栽 ‖上从样式库中选择的合适的模型。 也就是可以直接使用 ArcScene 自带的三维符号，不用花时间建立模型。 由于考虑到数据量大的问题，本次设计将学校分多个场景显示，如图 212 和图 213 所示： 图 212 :校园教学楼区三维场景图 图 213 :学校大门三维场景图 华北水利水电学院毕业设计 第 13 页 共 46 页 本章小结 本章通过三维模型建立流程的深入研究和分析 ,提出了三维模型的最终实现，要经过三个步骤，数据的采集、 3D 模型的构建、模型的符号化等。 我们对三维模型建立每一个步骤的技术实现进行了讨论，找到具有较高实际应用价值的方法，把本章所讨论的技术应用到实际建筑物中，取得了良好的实验效果。 在后面，我们将结合华北水利水电学院数字校园系统开发项目，应用本文所讨论的建模方法进行实际的项目开发。 华北水利水电学院毕业设计 第 14 页 共 46 页 3 基于 ArcGIS Engine 数字 校园系统的建立 前面我们讨论了建设数字校园的一些方法和三维场景的实现，这些基本内容清楚以后，就要考数字校园的具体实现。 只有将建设数字校园的规划有目的、有计划、有步骤地付诸实施，才能真正实现校园信息化建设。 在本章中，我们对数字校园实施过程中的一些具体问题进行探讨。 任何一个系统，都有其实现的步骤。 通过分析，我们建立的数字校园流程见图 31： 图 31 ：华北水利水电学院数字校园系统制作流程 系统开发平台设计 结合 GIS 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式是现在 GIS 应用开发的主流。 它的优点是既可以充分利用 GIS 工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用确定系统设计目标 系统硬件 、 软件的选择 数据资料的采集： 校园平面规划图 校园建筑物 CAD 底图 建筑物纹理相片等 平面图的配准及分图层矢量化 建筑物三维模型构建及贴图，制作3ds 符号库 建立地理图形库以及实现属性数据的关联 数据的处理及分析， ArcGIS Egine 进行二次开发 华北水利水电学院数字校园系统 华北水利水电学院毕业设计 第 15 页 共 46 页 系统的开发效率，而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护 [11]。 在选择平台时本着 :简单、经济、实用的原则。 选择广大开发人员熟悉的开发工具，缩短开发周期、减少开发成本。 选择功能完备、价格便宜的 GIS 平台，减 少软件投资。 本系统采用开发平台如下图 32 所示： 图 32 :华北水利水电学院数字校园系统开发平台 地理信息系统平台 为了能高效开发出华北水利水电学院数字校园系统，本系统 GIS 平台使用 ArcGIS Engine。 此套组件是由 ESRI 公司开发研制的新一代大型组件式地理信息系统平台，我们采用 ArcGIS Engine 组件技术，可以使用任何支持 COM 的编程语言对 ArcGIS 平台的基本控件 AO(Arcobjects)基础函数进行集成和二次开发，实现一个 能够脱离 ArcGIS 而独立运行的应用程序。 ArcGIS Engine可以帮助用户实现地图的漫游和缩放。 地图要素的查询和标注以及专题图制作和统计分析等最基本的地图操作功能 ,用。