0、引言
自從 1998 年1 月31 日美國前副總統戈爾提出數字地球的概念後， 數字地球數字城市成爲近幾年來研討的熱點，而在三維GIS 技術進一步開展的背景下，數字校園開端涌現並逐漸轉變爲理想。所謂數字校園是指數字化的、虛擬的校園，是數字地球的微觀表現方式在校園區域的詳細表現[1].校園三維建模是數字校園的重要組成局部。國外，將校園三維模型上傳到Google Earth(GE)完成實時的閱讀查詢，僅有美國加州大學GIS 系學生有完成，且其上傳的模型較簡單。國內，將校園三維模型上傳G E 正在起步，尚未廢品[2-3].
Google 公司推出的Google Earth(GE)，其影像閱讀速度、搜尋方式、精度都到達了DigitalEarth的概念。本文以福建師範大學旗山校區爲例，應用GE 的三維建模插件Sketch Up 建置局部三維校園建築物併發布到GE,分離虛擬理想技術、三維可視化技術、天文資訊技術，應用計算機在數據處置和數據整理保管方面的優良性能，到達數據緊縮，提供快速的查詢管理，運用戶深居簡出便可俯瞰學校風貌，還能夠自在控制閱讀的道路停止遨遊，爲校園三維建模提供一種新的快捷有效辦法。
1、三維建模軟件綜述
目前常用的三維幾何建模辦法能夠分爲三類：基於圖形的建模辦法、基於圖像的建模辦法、基於圖形和圖像相分離的建模辦法[4].目前我國常用軟件有：IMAGIS 三維可視天文資訊系統;草圖巨匠Sketch Up;AutoCAD;Creator;3DMAX;AutoCAD 等，這些軟件各有優點與缺乏。
1.1 IMAGIS
IMAGIS 三維可視天文資訊系統是武漢適普有限公司自主開發的一套以數字正射影像(DOM)、數字空中高程模型(DEM)、數字線劃圖(DLG)和數字柵格圖(DRG)作爲綜合處置對象的虛擬理想管理GIS 系統[5,6]IS 最大特性是系統提供了多種創立模型的方式，能夠按需求生成三維模型，沒有繁瑣的參數控制。雖然建模操作過程比擬複雜、費時，但只需一些簡單的根本圖元便可生成複雜的三維實體，是目前建模較爲常用的一種軟件。
1.2 Sketch Up
Sketch Up 是一款十分便利的三維建模和設計軟件，與以往的三維建模軟件不同的是它能夠一邊設計，一邊追加細節。Sketch Up 併入Google 大家庭後，用戶能夠把本人制造的三維模型匯入GE 中，因而Sketch Up 應用愈加簡單，也愈加多元化。
1.3 Creator
Multigen Creator 系列軟件以OpenFlight 數據格式爲存儲格式，具有實時應用優化的特性，該軟件具有強大的多邊形建模、矢量建模、大面積地形準確生成的功用，具有多種專業選項及各種插件，能快速、最優化地生成三維數據庫，建造的模型與該系列的虛擬理想仿真軟件Vega 分離起來，在各個實時仿真範疇有着世界搶先的位置。
1.4 AutoCAD
AutoCAD 有着強大的數據建模與編輯功用，在三維空間數據處置方面的應用使得其在圖形處置與真三維建模方面具有共同的技術優勢，但是建模大多觸及手工操作，工作量大，本錢高[4].
2、校園谷歌的完成
2.1 軟件、技術引見
2.1.1 Google Earth
維基百科全書將Google Earth ( GE) 定義爲一款由Google 公司開發的虛擬地球儀軟件，它把衛星照片、航空照相和GIS 佈置在一個地球的三維模型上[7,8],採用先進的寬帶流技術，將本地搜尋功用與衛星圖片分離起來，讓用戶能夠縱情閱讀地球上每個角落的高明晰地圖和平面三維圖像。能夠說GE 處理了數字地球最需求處理的問題：大數據量的散佈存儲和讀取、網絡傳輸、天文對象的逐層加載顯現，但是早期GE 只能顯現建築物的屋頂，沒有正面和側面的資訊，即火柴盒式閱讀，三維效果並不明顯。在GE 最新的Release4 版本中，參加的Sketch Up 插件使得用戶能夠直接在GE 中參加自訂3D 模型，爲三維模型的直接應用提供了一個快捷便當的途徑。
2.1.2 Sketch Up
Sketch Up 是一款應用於建築範疇的全新三維設計軟件，它有很多共同之處，樹立三維模型就好像運用鉛筆在圖紙上作圖普通，Sketch Up 自身能自動辨認這些線條，加以自動捕捉。它的建模流程簡單明瞭，就是畫線成面，然後擠壓成型，這也是建築建模最常用的辦法，沒有根底的用戶也能做出不錯的模型。隨着併入Google 大家庭，SketchUp 將成爲今後三維軟件開展的一種趨向之一。
2.1.3 KML,KMZ 概述
KML 即Keyhole Markup Language,是用來描繪和保管天文資訊並顯現在Google Earth客戶端的檔案，是基於標籤的語法格式來描繪天文資訊。它由XML 語法和檔案格式所架構，是Google Earth 輸出檔案格式的一種。
KMZ 是經過ZIP 格式緊縮過的KML 檔案，此檔案的優點是本身能夠包含圖片而不需求援用網絡上的圖片，是Google Earth 默許的輸出檔案格式。
2.2校園谷歌技術過程
2.3 校園谷歌 三維模型設計與查詢的完成
2.3.1 定位座標，處置底圖
用 GPS 定位福建師範大學新校區範圍座標，取得座標值。在Google Earth 中搜尋fuzhouchina,依據座標值和1M 航空遙感影像，找特徵地物，在GE 中找到福建師範大學新校區位置後匯入經過幾何精校正的1M 遙感影像圖(JPG 格式)，使其位於正確的位置，選擇研討區範圍，將其作爲底圖。這樣，當我們將三維模型上傳到GE 時，模型便能自動處於正確的座標。
2.3.2 應用Sketch Up 對研討區建模
Sketch Up 構建的模型，一切的面都是由線構成的，在CAD 底圖上依據建築物輪廓描出閉合線段，使它生成面，用推拉工具(Push快速鍵爲P)拉至所要高度，建出該建築物的大致輪廓。爲了到達準確的效果，在理論中，我們用激光測距儀對教學區停止丈量，肯定長寬高的尺寸，並依照底圖比例建模。建模時遵照先整體後部分的準繩，常常是先樹立大致的整體模型，後細化到部分。
2.3.3 紋理的添加及處置
用高像素數碼相機在相同的光照、像素等條件下對建築停止整體和部分的拍攝，獲取所需求的紋理圖片。爲了儘可能完善，用PhotoShop 對照片停止裁剪、扭曲、色彩等細節處置後對模型停止貼圖。就本研討而言，自己覺得拍攝紋理時要留意整體性，控制好攝像機和建築物間隔，不能忽近忽遠，由於太近了，就不能拍到全景，即便能夠拍到全景，因仰角太大，紋理睬發作較大變形，處置效果不好;假如拍攝時間隔太遠，則圖像不明晰;忽遠忽近則會招致模型紋理不分歧，從而失真。
2.3.4 不規則物體的模仿
不規則的物體，如欄杆、花草樹木、路燈、橋樑等，假如可以很好的模仿出它們，能夠更好地進步模仿逼真度。Google 3D Warehouse 曾經分享了很多通用的模型，大多數不規則的物體直接下載運用，這又大大降低了三維景觀模仿的難度和複雜度。
2.3.5 上傳模型至GE
在Sketch Up 選單欄中Google →Get Current View 即可將模型定位於Google Earth 中，最後將其存爲KMZ 檔案，匯入GE,系統會自動將模型保管在GE 的Temporary Places檔案夾下，必需將其保管到My Place.上傳到GE 的效果如圖5 所示，形象逼真，運用者可以在虛擬環境中設身處地感受其宏偉壯觀。
2.3.6 數據庫的樹立
基於 GE 的校園三維景觀查詢，除了校園的三維景觀，還有這些景觀的根本屬性資訊，這樣用戶能獲取更多的資訊，頭腦中構成愈加直觀的印象。本研討的數據由地圖數據庫和屬性數據庫來管理，最後集成到HTML,最後連結到GE.
(1)圖形庫
圖形庫需求：校園遙感影像圖表示校園整體狀況及其天文位置，能夠明晰看到校園四周的主要街道，建築物頂部;校園建築物散佈平面圖;各建築物總體圖。
(2)屬性庫
建築物資訊庫，包括：樓房編號、樓房性質、樓層數、佔空中積、運用面積等。
2.3.7 查詢系統
本系統是經過 GE 接口，把GE 嵌入VB 介面，製造查詢下拉框添加製造查詢塊，選擇所要查詢的建築物，系統自動在GE 介面導航到所要查詢的樓建築，同時顯現出文字引見，點擊查詢按鈕，彈出HTML 網頁，以細緻地引見三維模型的圖片屬性和文字屬性。
2.4校園谷歌網上完成的其他方式
飛速開展的' Internet 技術，產生了網絡GIS ,它可以在Web 上發佈空間數據供用戶查詢和運用，從而擴展了數據的效勞範圍，大大進步了GIS 的應用率。但是不論怎樣，不同類型的三維模型想要發佈到Google Earth 目前只要一種辦法，就是導成KMZ/KML 格式，導成該格式併發布到網上有多種辦法。校園谷歌網上完成的其他方式還有Arc2Earth、FME、ArcExplore、ArcGlobe、ArcIMS.
3、Google Earth 三維化與其他軟件的比擬
3.1 GEGIS
GEGIS 是一套基於Google Earth 的GIS 管理平臺，分離了Google Earth 和GIS 的功用。
GEGIS 的本地網絡架構爲標準的C/S(Client/Server)構造。在GEGIS 系統中，每個資訊都帶有屬性頁，屬性內容可由用戶自在定義。經過GEGIS 客戶端，可對Kml、Excel、數據庫等各品種型數據停止匯入匯出、格式轉換的操作，而這在Google Earth 根本不可以完成，或者完成過程十分冗雜。GEGIS 還發揮了GIS 的一個強大功用--支援大量數據的含糊查詢。因而，以GEGIS 爲平臺樹立數字校園，效果會更好也更煩瑣。
3.2 E 都市
E 都市提供了一種直觀的視覺影像。傳統的一維、二維地圖都無法提供應用戶設身處地的覺得，但E 都市是基於WebGIS 和虛擬理想技術，並運用3D 全景影象等技術，經過三維實景模仿的表現方式，將理想城市中的各種自然資訊資源社會資訊資源整合應用到互聯網這座仿真的城市中[9].與Google Earth 不同的是，E 都市發佈的三維圖其實只是二維的，視覺上給人三維的覺得，而且E 都市的設計暫時只針對目前中國比擬興旺的都市，而不像GoogleEarth 是整個地球。但是E 都市提供的細緻資訊卻遠遠大於Google Earth,它集成了三維電子黃頁，電子政務，生活資訊，行程道路等，內容更爲豐厚。
4、總結與瞻望
4.1 特徵與創新之處
基於 GE 提供的平臺功用，本研討不只能夠初步完成三維建築模仿，同時能夠停止一些空間資訊查詢，閱讀建築內部圖片等，同二維GIS 相比，三維GIS 和能夠協助人們愈加精確真實地反映客觀世界。其進步表現在：
(1)圖像分辨率高(1M)的校區影像交換GE 上30M 分辯率的校區影像，經過網絡閱讀器能夠十分明晰地閱讀學校全景;
(2)應用GE 導航，並與校園三維景觀模型銜接;
(3)將三維模型和二維影像疊加在一同，更具視覺效果;(4)影像緊縮與效勞器技術還能在提供整體查詢的根底上提供細節查詢，閱讀建築內部圖象等。
4.2 建模的總結
4.2.1 工作地圖處置的優化計劃
(1)學校座標是經過GPS 大致定位，然後在GE 上找地物特徵點來停止定位，匯入遙感圖的時分要用JPG 的格式的底圖(由於TIFF 格式影像太大，受軟件、網絡等條件限制，無法加載，只能將其轉成JPG 格式)，否則會由於數據量太大而出錯。
(2)遙感影像圖最好是經過校正且高分辨率，保證建模的精確度，截取定位好的影像圖作爲工作底圖。(3)由於影像圖匯入Sketch Up 後精度降落，因而，必需匯入經過精簡的高質量的CAD 底圖(依據實踐狀況刪除不需求的線條，圖層)，兩幅圖像疊加在一同，能夠補償這一缺陷，進步建築物天文座標的精度。
4.2.2 模型簡化的幾種方法
模型簡化就是去掉模型中一些不重要的細節，包括細節簡化和紋理簡化，以減少計算機系統的資源佔有，進步運轉速度。其前提是儲存地物的顯著特徵，保證模型逼真性。
(1)建模時，不需求分層建模，這點與IMAGIS 相反，由於Sketch Up 樹立的模型最後要羣組後匯入GE,假如分層建模反而增加其內部的資源佔有。
(2)建模時一樣的地物只需建一個，保管爲一個組，需求的時分直接調用即可，不只節約時間，也減少了數據量。
(3)建模完成後，停止選擇性刪除，將與構成三維場景無關的數據刪除並躲藏線條。比方冗餘面，但線條不能刪除，由於線條是組成面的根底，線條沒了，相應的面也就消逝了。
4.2.3 紋理處置需求留意的問題
(1)Sketch Up 粘貼紋理過程中最好運用*.JPG 格式，否則可能形成模型上傳後紋理的喪失。
(2)模型中，紋理圖片的數據量最大，緊縮彈性也最大。因而在可以明晰看到建築物的同時，要儘量減少紋理圖片的大小，如大數據量的紋理圖片可在圖片處置軟件中另存爲分辨率小的圖片。
(3)爲了保證模型的逼真，拍攝同一棟樓的紋理時應儘量在同一光照條件下，不分歧的明暗效果響視覺效果。
4.2.4 Sketch Up 模型上傳後紋理喪失問題
由於 Sketch up 佔用內存很大，不能把一切模型一次性上傳到，必需依據模型的大小分批，然後重啓GE,否則上傳的模型會呈現紋理喪失或者線、面喪失的狀況。Sketch Up 資源佔用率很高，面模型過多將招致速度減慢，而處理的方法目前只能是進步機器配置與降低模型精密度兩種途徑。
(1) 倡議對SketchUp 三維模型停止處置，不貼真實相片紋理，而是用系統的顏色庫停止填充，這樣具有一定的逼真性，也大大減少的數據量。然後上傳到Google Earth 上點擊三維模型時再顯現真實地物的相片。依據自己屢次的實驗，普通說來每棟樓的* 格式的數據不大於10M 左右爲最佳;
(2)Sketch Up 版本應該爲6.4 及以上，過低的版本不能把自帶的紋理完整上傳到GE;(3)模型上傳後要保管爲KMZ,再重啓下GE 軟件;
(4)上傳模型時還受網速影響，網速不可過慢，同時進步計算機硬件設備也是一個有效的方法。
4.2.5 Sketch Up 樹立模型常見的問題
(1)沒有刪除物體，幾何體卻突然喪失。翻開一切層的顯現屬性，勾選顯現躲藏物體選項。
(2)不能構成面。主要是線節點沒有正確捕捉，或者面沒有在一個平面上。
(3)拉伸工具不能拉伸面。可能是由於面上有東西抑止它，也有可能是面上疊加了另一個面，或者推入的方向反了。
4.3 缺乏之處
經過此次研討，自己對Sketch Up 的三維建模有了較爲明晰的認識，但是由於才能和時間有限，存在許多缺乏之處。在製造模型時，由於數據缺乏，參加了一些人爲臆造的數據，所以在準確性方面有很大的提升空間。
同時在查詢方面研討不夠深化，製造比擬粗淺。不能直接點擊Google Earth 上的三維建築物查詢，這種查詢觸及到GE 中屏幕座標的獲取，轉換到經緯度，由於VB 裏全局hook不起作用，VB 自身的設計初衷決議了其不能捕捉到鼠標的點擊，因而無法調用GE 來判別屏幕座標。這點有待以後進一步深化研討以期處理。
4.4 瞻望
軟硬件的不時完善，三維景觀將具有十分寬廣的前景。在運用Google earth 完成校園的三維可視化的同時，經過網頁的方式，應用Google Earth 支援HTML 言語這一優勢編寫超連結，在連結的網頁上顯現二維地圖的遨遊，屬性查詢等。由於多種條件的限制，暫時只能完成簡單的空間和屬性的雙向查詢，真正完成GIS 剖析功用還要一定時間的開展。但我們置信，隨着三維GIS 理論與技術的日益成熟，三維景觀圖，特別是計算機三維動態視景系統必將取得快速的開展[10].
參考文獻
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