2024年4月4日发(作者：)

第

35

卷第

1

期

2021

年

1

月

北京测绘

BeijingSurveyingand

Mapping

Vol35

No1

January2021

引文格式

：

刘永轩

•

基于

SuperMap

的三维虚拟校园设计与实现北京测绘

，

2021,35(1):2023

.

DOI

：

10.

19580/j.

cnki.

1007-3000.

2021.

01.

005

基于

SuperMap

的三维虚拟校园设计与实现

刘永轩

12

(1.

北京市测绘设计研究院

，

北京

100038

；

2.

城市空间信息工程北京市重点实验室

，

北京

100038

)

［

摘

要

］

本文基于

SuperMap

软件

，

以山西师范大学校区为例

，通过虚拟地表的生成

、

三维建模

、

纹理

贴图等方法

，

打破了时空的限制

，

直观地展现了交互式三维校园场景

，

实现了校园三维虚拟场景的缩放

、

旋

转

、

漫游操作等功能

，

达到了模拟现实的效果

，

并可作为数字化校园的基础平台

，

拓展现实校园的时间和空间

维度

，

提升传统数字校园的运行效率

，

扩展传统数字校园的业务功能

，

最终实现教育过程的全面信息化

，

从

而达到提高校园管理水平和效率的目的

。

［

关键词

］

SuperMap

；

三维虚拟现实

；

数字校园

［

中图分类号

］

P208

［

文献标识码

］

A

［

文章编号

］

1007-3000

(

2021

)

01-0020-04

现在其垂直方向上的信息往往十分丰富

，

如建筑

物的高度

、

形状以及主体风格等

。

而传统的平面

地图会损失许多垂直方向上的信息

，

如坡度等;

0

引言

扩展人类空间认知手段和范围是三维地图的

本质目的

，

作为三维虚拟现实的基础

，

三维虚拟场

另外

，

一些结构复杂的建筑以及其中的通道在平

景建模与仿真技术受到越来越多的重视

，

并得到了

面图无法很好地表示

，

而三维可视化可以动态

广泛的应用

。

目前数字地图技术在国内外得到了

广泛的应用，

美国

、

日本、

欧洲的许多大中城市均实

现了地图的数字化

，

国内各大城市地图也基本实现

地

、

形象地

、

多视角地

、

多层次地描绘地景的客观

现象

［

3

］

。

因此

，

建立三维虚拟校园

，

无论是对于

新生导航

、

校园规划以及应急处理等问题的解决

了数字化

,

而且国内很多高校都建立了自己的三维

校园模型

，

如武汉大学

、

北京大学

、

山东科技大学

、

福建师范大学等

。

数字地图技术日渐成熟,并得到

都很有必要

。

本文基于超图桌面软件完成了三

维校园的建模

，

对从事地理信息系统专业的人员

而言

，

相比

SketchUp

、

3D

max

等建模方法

，

使用

了快速发展

。

但早期的数字化地图

，

仅体现为文本

地图的数字化

，

本质上还是一个二维平面地图

，

而

且数字化的方法也较为简单

。

而新兴的数字三维

超图桌面软件进行建模

，

具有操作简单

、

建模周

期短

、

体量小

、

兼容性高等特点

。

地图技术

，

将以直观的三维形式展现地图

，

可以生

动地展现真实的校园景观

，

实现了三维地形和三维

1

研究方法

基于

Super

Map

内置的三维可视化引擎内

景观的有机叠合

，

使真实感大为增强

，

给用户带来

核

(

三维透视效果

、

纹理映射

、

飞行模拟

、

三维显

示效果的渲染与控制等)结合传统地理信息系统

强烈的视觉冲击,获得身临其境的体验

，

从而成为

校园内新的信息源

［

1

］

。

(Geographic

Information

System,

GIS

、

建模方

法⑷

，

设计实现了三维虚拟校园的建立

。

山西师范大学位于临汾市尧都区

，

地处汾河

谷地

，

地形起伏大

，

不仅表现在宏观的地形上

，

而

且即使在校园内部

，

地形起伏表现也十分明显

。

2

三维虚拟校园的实现过程

山西师范大学三维虚拟校园的实现技术路

校园建筑物种类繁多

，

建筑物结构特殊

、

复杂

，

表

［

收稿日期

］

2020-05-02

,

)

［

作者简介

］

刘永轩

(

1987

—

),

男

，

山西大同人

，

硕士

，

工程师,从事地图制图与地理信息工程工作

。

［

基金项目

］

国家重点研发计划

(2016YFF0201305

2016YFF02201301

E-mail

：

liuyongxuanl23

@

126.

com

第

35

卷

第

1

期

刘永轩

.

基于

SuperMap

的三维虚拟校园设计与实现

21

线图见图

1

。

主要经过如下一系列步骤

：数据收

2.4

建筑物贴图处理

为了真实地显示建筑物

，

需要用

Photoshop

集

，

底图数字化

，

校园

DEM

的建立

，

建筑物属性

录入

，

建筑物贴图处理

，

建筑物三维模型的建立

,

道路

、

绿地以及

DEM

挖湖的建立

。

」

数字化|

__

』

编辑属性数据一|

将各个面依比例连接在一起构成一张贴图

，按逆

时针方向绕建筑物一周显示

，

并可以通过图像处

理软件将图形质量降低

，

以提高三维显示速度

。

最后通过给

texture

和

headtexture

字段赋予纹

理贴图

，

实现建筑物的折射

、

凹凸

、

镂空等多种

效果心

。

2.5

建筑物三维模型的建立

为了实现对真实建筑物的模拟

，

建模房屋的

长宽尺度要严格地进行实地勘察

，

模型的建立主

要体现建筑的主体轮廓

，

各个面都采用建筑物的

图

1

三维校园技术线路图

实物贴图

，

以增强整体感觉的真实性⑻

。

由于数

据量较大,可以用

Photoshop

将建筑物贴图的图片

进行处理

，

将图形质量降低、

粗糙建模

、细化贴图的

方式进行

。

最后

，

设置三维贴图图库路径将建筑物

三维模型与贴图联系起来

，

通过

"base"

“

op

”

字段

2.1

数据来源

建立三维虚拟校园的主要数据包括

：

(1)

JPG

格式和

DWG

格式的山西师范大学

校区平面图各一份

。

将其拉伸显示，

建模流程如图

2

所示

。

(2)

建筑物的高程数据(由电子测距仪测得

)

。

(3)

贴图资料(用数码相机对校园各个建筑

物拍摄得到

，

拍摄时应注意镜头尽量垂直于建筑

面

，

这样能使贴图效果更加逼真

，

也有利于后续

的贴图处理

)

。

数据集示例如表

1

所示

。

2.2

底图数字化

将

JPG

格式和

DWG

格式的山西师范大学

校区平面图导入到数据源中

，

并利用

SuperMap

三维贴图

Deskpro

的配准工具完成配准

，

之后根据校园的

地理信息

，

建立要素图层

，

进行数字化处理页

。

图

2

建筑物建模流程图

3

道路

、

绿地

、

建筑物顶部

TIN

以及

DEM

挖湖的建立

道路和绿地

、

校园湖泊等都是地图中的主要

2.3

校园

DEM

的建立

数字高程模型

(

Digial

Elevation

Model

,

DEM)

的建立首先需要将

DWG

格式的

CAD

数

据集转换成简单数据集

，

生成山西师范大学校区

信息

，

相对建筑物的建立

，

道路

、

绿地

、

建筑物顶部

以及

DEM

挖湖的建立与贴图的原理略有不同

。

平面图的线数据集如表

1

所示;然后由线数据集生

成

DEM

数据集

；

最后

，

在各个数据集中添加

base

3.

1

道路

、

绿地三维模型的建立

在实际当中

，

道路往往存在一定的坡度

，

在

构建三维的过程中

，

用

TIN

表述道路特征比较方

和

top

两个字段

，

分别添加建筑物的底面及顶部高

程数据

，

作为建筑物三维显示时的高程依据

。

表

1

数据集(要素图层)示例

名称

数据集类型

属性表增加字段

特别描述

教学楼

道路

公共设施

点

点

面

面

base

,

top,name

高程值

base

top

,

Q

base

,

top

分别为底部和顶部高程

由点数据集建立道路

tin

分别为底部和顶部高程

Tn

(建筑物顶部

)

构建建筑物顶部特殊形状

22

北京测绘

第

35

卷

第

1

期

便

，

选取道路特征点

，

如道路的上坡处与下坡

处

，

输入高程值

，

建立以高程值为依据的

TIN

模

置

，

可以使场景更加具有真实感

。

本次三维虚

拟校园设计实践

，

达到了国内高校建立三维校

型

，

并通过道路贴图便可以使道路得到很好地

表达

。

绿地

、

建筑物顶部

TIN

的三维实现与道

园的基本要求

，

实现了校园三维场景的真实

再现

［

9

-

11

］

。

路相似

。

5

结束语

三维虚拟技术随着三维

GIS

技术的发展而

3.2

DEM

校园挖湖的建立

湖泊是重要的地理要素

，

在三维显示过程中

要把湖泊作为单独的要素显示出来

，

对于湖泊这

飞速发展

，

虚拟校园已经成为高校建立数字校园

种特殊地形

?

Super

Map

Deskpro

中提供了专门

必不可少的内容

，

本文基于

SuperMap

Deskpro

,

的挖湖工具

,

可以通过将湖泊的面数据集与学校

的

DEM

相结合

，

在

DEM

的基础上挖出指定高

程值的湖泊模型

，

从而构造出湖泊的地形要素

,

如图

3

所示

。

图

3

DEM

挖湖效果

4

结果与分析

基于上述基础要素

，

在

Super

Map

Deskpro

中

，

利用系统自带的三维显示功能

，

将建筑物三

维模型

、

道路

、

绿地以及校园湖泊加入三维场景

中实现虚拟场景的建立

。

如图

4

所示

。

图

4

三维校园鸟瞰图

在三维场景中通过

“

三维操作

”

工具条中的

工具可以方便地进行三维浏览以及属性查询等

操作

，

通过海平面和天空贴图

、

背景光及雾化设

论述了三维虚拟校园建立的基本流程

，

构建了

直观的校园三维虚拟场景

。

与传统建模相比,

本次建模尝试克服了传统

SketchUp

、

3D

max

、

建

模时模型体量大

、

用时周期较长

、

模型数据与地

理信息软件兼容性差

，

以及传统虚拟现实软件

难以模拟现实世界中复杂而不规则的景观和建

筑形体的缺点

，

通过三维地图真实展现了校园

环境

。

参考文献

兰长明

，

何智文

，

汪文俊

•

校园三维数字地图研究初探:

J

］

科技广场

,2008(12):230-231.

江辉仙

•

数字校园三维仿真系统设计与应用:

J

］

福建师范大

学学报

,2008,24(4):8690.

蔡畅，

崔铁军

，

孙萍

.

3

维地图及其设计:对地图学理论的贡献

:

J

］

地理信息世界

,2010(1):6164.

［

4

］

伊丕源

，

赵英俊

，

刘德长

，

等

.

基于

Erdas

和

Direct

X

平台的三

维景观建模与应用:

J

］

.

地球信息科学学报

，

2010,12(4

)

：

473-479.

王瑞芳

•

基于

DWG

格式数据的批量三维建模技术的研究

:

J

］

北京测绘

,

2015(1

)

9496

高开强

，

徐泮林

，

赵晓旭

•

单体宿舍楼三维建模的实现:

J

］

北

京测绘

，

2017(3)

：

92-94

,

98.

［

7

］

孙春生

.

三维城市建模中的建筑墙面纹理快速重建研究:

J

］

测绘学报

,2005,34(9

)

：

.

林卉

，

赵长胜

，

孙建文

.

数字校园

3

维建模与仿真的实现与设

计:

J

］

.

测绘通报

,2004(9)

：

43-46.

王卫辰

，

江晓红

.

虚拟校园三维仿真系统的开发及优化:

J

］

徐州师范大学学报(自然科学版

),

2004,22(3

)=

29-32.

［

0

］

张晶

，

张峥嵘

•

城市地理信息工程三维可视化研究:

J

］

系统

仿真学报

,2003,15(2

)

：

17711773,

1777.

［

1

］

张训虎

，

朱辉

，

陈秋伟

•

三维地理信息系统在城市规划领域

应用研究:

J

］

北京测绘

,2012(3)=1-4.

第

35

卷

第

1

期

刘永轩

•

基于

SuperMap

的三维虚拟校园设计与实现

23

Design

and

Implementation

of

3D

Virtual

Campus

Based

on

SuperMap

LIU

Yongxuan

1,2

(1.

Beijing

Inst

让

ute

of

Surveying

and

Mapping

,

Beijing

100038

,

China

；

2

.

Beijing

Key

Laboratory

of

Urban

Spatial

Information

Engineering

,

Beijing

100038

,

China

)

Abstract

:

Based

on

SuperMap

,

3

D

virtual

campus

was

designed

and

achived

,

taking

Shanxi

Normal

University

campus

as

an

exmple.

The

3

D

virtual

campus

broke

the

limitation

of

time

and

space

,

and

showed

the

interactive

3

D

campus

scenestruly

．Itachievedsuch

functionsasscaling

，

rotating

，

roaming

andso

forth

，

by

meansofvirtualsurface

formation

，

3

D

modeling

，

texturemapping

．

Therefore

，

the

3

D

virtualcampuscouldbeusedasabasicdigitalcampus

foundationplatformtoexpandthetimeandspatialdimensionofrealitycampusandpromotedtheoperatingefficiency

of

traditional

digtal

campus.

At

the

same

time

,

it

could

expand

the

busine

ss

functions

of

traditional

digtal

campus

,

finally

learning

to

improve

campus

managing

efficiency

,

which

could

help

to

achieve

the

fu

ll-

scale

information

for

educationproce

s

.

Keywords

:

SuperMap

；

three

dimensional

(3D)

virtual

reality

；

digital

campus

本刊学术和技术支持单位

：

（

排名不分先后

）

北京市测绘设计研究院

北京测绘学会

城市空间信息工程北京市重点实验室

北京城建勘测设计研究院有限责任公司

航天建筑设计研究院有限公司

北京恒华伟业科技股份有限公司

北京洛斯达数字遥感技术有限公司

北京中色测绘院有限公司

北京市勘察设计研究院有限公司

中测新图

（

北京

）

遥感技术有限责任公司