基于Skyline校园三维可视化的技术发展

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0 引言
三维数字校园是运用Sketchup、WebGIS等三维技术构建校园三维虚拟场景。

传统的校园宣传工作主要是依赖于照片，文字介绍等，满足不了全方位展现校园特色的需求。

以数字化、网络化为特征的信息科学技术成为推动社会可持续发展的强大动力。

在这种背景下，数字校园系统将成为校园新的信息源，任何与校园有关的信息都将给予定位并与空间数据联系起来[1]。

三维虚拟校园系统逐步兴起，逐渐成为各大高校宣传校园文化，展示校园风貌的平台。

并且三维校园的建立使得我们对校园的观察方式有了很大的改变。

逼真的模型和校园场景可以让我们从各个角度欣赏校园的景色。

三维数字校园系统还可为参观者提供便利的条件，且对于学校自身的管理和办公效率也有很大的帮助。

目前，我国多所大学均已完成数字化校园信息系统建设，使得校园信息化服务水平空前提高。

本文以太原师范学院校园为例，探讨采用
Sketchup建模软件以及Skyline可视化软件实现校园的三维可视化，为后续的三维数字校园做准备。

1 Skyline 简介
Skyline是由美国Skyline公司推出的一套优秀的三维数字地球平台软件。

主要包含TerraBuilder、TerraExplorer、TerraGate三个子系统。

其中Terraexplore 是一个桌面应用程序，使得用户可以浏览、分析空间数据，并对其进行编辑，添加二维或者是三维的物体、路径、场所以及地理信息文件。

Terraexplore与TerraBuilder所创建的地形库相连接，并且可以在网络上直接加入GIS层。

在三维GIS与虚拟现实等方面，Skyline系列软件可为用户提供各种解决三维空间应用的决策方案[2]。

2 数据获取
地形图数据的获取建模时需要高精度的地形图作为底图，如DWG格式的地形图数据作为模型构建的基础，如只在影像上画出建筑物的二维平面图，精度不是很高，对于建模精度要求较高的建筑物建模需要地形图作为底图，导入到SketchUp下进行三维建模。

建筑物高度信息获取高度信息是三维模型的一个重要参数，当前主要通过以下几种方式获得建筑物
的高度[3]：
①通过矢量二维空间数据其建筑物层数的属性乘以楼层高（如3m）来提取其高度，这种方法获取的建筑物高度只是一个估算值；
②运用机载激光扫描仪与遥感影像相结合来提取建筑物高度，该方法获取速度快，但后续处理工作量大，费用昂贵；
③通过算法从遥感影像的阴影来直接提取建筑物高度以及其他信息在一般的非精细三维建模中，通常可利用遥感影像的阴影来提取建筑物的高度，与二维GIS的层数数据以及现场量测的一些特殊高度的建筑物数据相结合来推算建筑物的实际高度。

本研究采用的是第1种方法来获取建筑物的高度。

地物纹理信息获取纹理信息主要包括实地拍摄的建筑物的相片和影像中的建筑物顶部信息，在采集建筑物侧面纹理的过程中要尽量采集非倾斜明亮的照片，如果某些地方不易获取，则通过获取局部，再通过图像处理软件（如Photoshop等）进行拼接，所采集的图像需要经过处理，如纠正、亮度调整、数据量压缩等，目的在于得到端正、美观、数据量小的纹理材质，对于屋顶纹理则可从正射影像或高分辨率航片中获取[4]。

3 三维建模关键技术
校园三维模型的构建包括建筑物的建模、道路、树木、路灯、操场等的建模。

建筑物模型的构建主要采用SketchUp软件进行建模，其他模型的构建主要采用Skyline软件进行建模。

建筑物的建模利用SketchUp进行建模的过程主要包括导入CAD底图、建立模型、纹理处理与贴图等。

校园建筑物模型的构建采用1：500比例尺地形图作为数据源，把CAD 软件下dwg格式数据进行数据预处理，去掉多余的要素，保留建筑物数据，属性数据中去掉高程属性，否则，导入到SketchUp软件中会出现要素不在一个平面上。

版本的SketchUp软件可以直接导入dwg格式数据。

建筑物建模时利用画线工具勾勒出建筑物的底面形状，使得线状要素转换成面状要素，并利用拉伸工具，把建筑物拉伸到合适的高度，高度的控制是在数值控制框中输入准确的值进行控制。

再建立窗户的模型，利用填充工具选择不同的材质进行贴纹理，可以选用系统自带的纹理，也可采用自制的纹理进行填充。

为了加快建模的速度，利用移动/复制工具，在不同的位置复制出多个窗户。

屋顶的建模根据不同的
屋顶形状，若是尖顶状屋顶，可先画出侧面的的三角形形状，通过拉伸工具，画出屋顶，再对外表面进行纹理填充。

平顶的房子只需进行纹理填充。

纹理数据的获取与处理采用数码相机获取建筑物的纹理图片，用PhotoShop软件对采集的图片进行处理，为建模时贴图做准备。

把需要的纹理图片导入到PhotoShop中，运用剪切工具去掉周围不需要的部分，运用扭曲工具调整照片的倾斜度，使的图片成正射状，并调整图片的亮度。

保存到统一的文件夹下，便于纹理贴图时使用。

在Sketchup的贴图工具上加载已经处理好的图片，调整照片的大小和位置，使达到最真实的纹理效果[5]。

图1为Sketchup软件下的三维建筑物模型。

4 三维场景的集成
Sketchup软件建立的模型需导入到Skyline软件下与影像以及其他地物模型进行集成，Skyline 以上的版本可以直接加载.dae格式的数据，把建立好的单个模型导出成.dae格式的数据，为模型的加载做准备。

影像数据采用Google earth上的影像，采用GetScreen软件下载校园的影像图，该软件下载的影像具有投影信息，坐标系为WGS84。

在Skyline软件的Terrabuilder模块下，加载校园
影像图，创建影像金字塔，生成MPT格式的文件。

该文件可在Terraexplore pro模块下与模型进行集成。

三维建筑物模型的加载把sketchup软件建立的三维模型加载到Terraexplore pro模块下，需把建立的模型导出成dae格式的数据。

在Terraexplore pro模块下，在MPT格式的影像文件上加载建筑物模型，选择添加三维模型菜单，添加dae文件，单击鼠标将模型放在指定位置，进行以下操作：
①移动位置，与影像进行精确的匹配；
②修改偏航角，当模型发生水平方向的倾斜式，点击航偏角将模型进行旋转；
③旋转，当部分模型隐藏于地表之下时，点击旋转将模型旋转至地表之上。

逐个导入模型，并进行处理。

其他地物的建模其他地物的建模是在Skyline 软件下的Terraexplore pro模块下完成，制作道路、绿地、树木等地物模型。

在工具栏2D objects，选择多边形按钮，根据影像上道路形状、位置等，用鼠标画出道路，选中所画道路，在属性中可设置道路的纹理。

道路的纹理可采用系统自带的纹理，也可采用网上下载的道路纹理，通过旋转，偏航角等属性进行调试。

采用同样的方法，进行绿地、广场等面状地物的建模。

树木的创建是通过选择数据素材库，选择理想的树木素材，在图中单击鼠标左键放置树木，在属性中，可移动树木的位置。

在Skyline软件下，三维景观的集成可以让使用者从正视、侧视、俯视等多个角度观察校园，更加全方位生动形象地展现出校园的三维景观。

图2为Skyline 软件下的校园局部三维可视化图形。

5 结语
本文研究了Skyline的三维校园理论与方法，采用Sketchup软件对校园建筑物进行建模，并在Skyline 软件下进行三维可视化，以太原师范学院为例，实现了校园的三维可视化。

为后期的三维数字校园系统的研究做好准备。

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