【摘 要】文章以西安某高校為例，運用SketchUP軟件建立三維幾何模型，通過南方CASS、Photoshop及ArcGIS等軟件的協同處理，建立三維數字校園模型，實現校園規劃三維電子化顯示、信息查詢及動態演示，以期為高校建設規劃電子化進度及大學生生活學習載體多元化發展提供理論依據，并對以后三維數字校園系統的開發提供基礎。

【關鍵詞】數字校園 三維建模 GIS SketchUP

傳統的校園二維規劃圖雖然信息表達方面較全面，但是不能形象直觀地顯示校園的整體規劃。筆者基于圖形處理南方CASS、SketchUP、Photoshop及ArcGIS等軟件的協同使用，建立西安某高校三維數字校園模型，并對三維數字校園相關技術進行研究，以期為三維數字校園系統的開發提供理論基礎。

三維數字校園設計

以西安某學校為例建立三維數字校園的三維場景，其基本流程為：①使用南方CASS圖形處理軟件處理規劃平面圖，提取高程矢量數據建立不規則三角網DEM，并導入Arcsence中，生成三維地貌模型即TIN模型；②使用三維建模軟件SketchUP建立三維地物模型；③使用ArcCatalog建立個人數據庫，預設屬性字段；④將TIN模型和三維地物模型分層導入Arcsence中，進行匹配集成生成三維數字校園。

三維數字校園的構建

1.三維地貌模型

數字地形模型DTM是地形表面形態屬性信息的數字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數字描述。即用三維坐標X，Y，Z表示區域內的地形地貌，X，Y為平面坐標系的平面坐標，當Z表示高程并當作地形屬性時，即為數字高程模型DEM[1]。DEM用函數的形式描述為(式1)：

vi=（xi,yi,zi） （i=1,2,3…n） 式1

其中(Xi，Yi)是平面坐標，Zi是對應的高程。當該序列中各平面矢量的平面位置呈規則格網排列時，其平面坐標可省略，此時DEM就簡化為一維矢量序列｛Zi,i=1,2,3,…n｝。

本文采用西安某高校的規劃平面圖作為原始數據，對數據進行處理后生成TIN（Triangulated Irregular Network）模型，具體步驟是：⑴用圖形處理軟件南方CASS打開規劃平面圖，清理圖層，只保留地物的圖形數據和高程數據；⑵使用南方CASS軟件中提取高程矢量數據功能，提取處理后圖形的高程矢量數據，生成.dat的無編碼數據；⑶將.dat的文編碼數據加載到南方CASS中生成不規則三角網DEM，并對三角網進行修剪，然后另存為Arcsence的默認矢量文件；⑷將另存后的默認矢量文件加載到Arcsence中生成TIN模型。

2.三維地物模型

三維數字校園的地物模型主要包括：建筑物、道路、植被、水系及公共設施。建立三維地物模型步驟有：⑴將規劃平面圖導入ArcMap中，添加統一的坐標系，為了后期在Google SketchUp中建模時具有統一的空間參考，方便地形與地物的匹配集成；⑵將其在導入到Google SketchUp中，并建立建筑物、道路、植被、水系和公共設施等圖層，達到可以分層顯示三維模型的目的；⑶在對應的圖層中建立相應的三維模型；⑷使用圖像處理Adobe Photoshop 軟件對采集的紋理數據進行剪裁、拉伸、變換等處理，貼在三維模型上，使三維模型的顯示效果更接近實體。

3.個人數據庫

三維數字校園使用ArcCatalog建立個人數據庫，在數據庫中添加元素，并對元素的屬性字段進行預設[2-4]。三維數字校園的數據庫建立中，元素的添加數量與Google SketchUp中的模型層數一致，即應添加建筑物、道路、植被、水系及公共設施等的元素，然后分別預設這些元素的屬性字段。然后將Google SketchUp中建立的三維模型一一對應的分層導入到數據庫中。

4.三維地貌地物的匹配集成

在構建三維數字校園時如果將地物和地形不進行匹配集成，就會出現地物懸于地形上方飄浮在空中、地物鉆入地下的各種異常現象。當地物懸于地形上方飄浮在空中時，一般采用修改地物模型的方法來實現地物與地形的匹配。在地物鉆于地下或者大范圍水平基準面相同的情況下，可以通過修改地形模型的局部改造來實現地形與地物的匹配。當地物密度較大地形較為復雜時，地物模型與地形模型之間可能會出現大面積的不匹配現象，地形模型與地物模型匹配的工作量會相應增加，所以我們一般情況下是對地形模型進行分塊處理，將每塊地形內的地物與地形進行匹配，最后再將各塊地形進行整體合并，這樣就可以實現一個完整的地形與地物匹配模型。

三維數字校園的實現

將三維地形和地物進行匹配后，三維數字校園的模型建立完成，將數據庫中的各項元素加載至ArcScene中，以ArcScene為平臺進行三維數字校園的三維顯示，在ArcScene中，實現三維數字校園的平移、縮放以及漫游等功能，直觀地表達校園的整體三維效果，也可以設置飛行路徑瀏覽校園內的風景，對校園內的地物進行屬性信息的查詢。

建立三維數字校園以期為高校建設規劃電子化進度及大學生生活學習載體多元化發展提供理論依據，并對以后三維數字校園系統的開發提供理論基礎。

參考文獻:

[1]楊昕,湯國安,劉學軍等.數字地形分析的理論、方法與應用[J].地理學報,2009,64（9）:1058-1070.

[2]郭慶山,于楷,殷鵬蓮.Google SketchUP在GIS三維可視化中的研究[J].城市勘測,2010,53（6）：51-53.

[3]孫偉韜．基于ArcGIS與SketchUP等景觀規劃快速表現技術[J].華東森林經理,2011,25（2）:86-88.

[4]黃銘,肖明虹．基于SketchUP和ArcGIS的三維場景構建技術研究[J].計算機與現代化,2011,194（10）:51-53.