【摘 要】文章以西安某高校为例，运用SketchUP软件建立三维几何模型，通过南方CASS、Photoshop及ArcGIS等软件的协同处理，建立三维数字校园模型，实现校园规划三维电子化显示、信息查询及动态演示，以期为高校建设规划电子化进度及大学生生活学习载体多元化发展提供理论依据，并对以后三维数字校园系统的开发提供基础。

【关键词】数字校园 三维建模 GIS SketchUP

传统的校园二维规划图虽然信息表达方面较全面，但是不能形象直观地显示校园的整体规划。笔者基于图形处理南方CASS、SketchUP、Photoshop及ArcGIS等软件的协同使用，建立西安某高校三维数字校园模型，并对三维数字校园相关技术进行研究，以期为三维数字校园系统的开发提供理论基础。

三维数字校园设计

以西安某学校为例建立三维数字校园的三维场景，其基本流程为：①使用南方CASS图形处理软件处理规划平面图，提取高程矢量数据建立不规则三角网DEM，并导入Arcsence中，生成三维地貌模型即TIN模型；②使用三维建模软件SketchUP建立三维地物模型；③使用ArcCatalog建立个人数据库，预设属性字段；④将TIN模型和三维地物模型分层导入Arcsence中，进行匹配集成生成三维数字校园。

三维数字校园的构建

1.三维地貌模型

数字地形模型DTM是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。即用三维坐标X，Y，Z表示区域内的地形地貌，X，Y为平面坐标系的平面坐标，当Z表示高程并当作地形属性时，即为数字高程模型DEM[1]。DEM用函数的形式描述为(式1)：

vi=（xi,yi,zi） （i=1,2,3…n） 式1

其中(Xi，Yi)是平面坐标，Zi是对应的高程。当该序列中各平面矢量的平面位置呈规则格网排列时，其平面坐标可省略，此时DEM就简化为一维矢量序列｛Zi,i=1,2,3,…n｝。

本文采用西安某高校的规划平面图作为原始数据，对数据进行处理后生成TIN（Triangulated Irregular Network）模型，具体步骤是：⑴用图形处理软件南方CASS打开规划平面图，清理图层，只保留地物的图形数据和高程数据；⑵使用南方CASS软件中提取高程矢量数据功能，提取处理后图形的高程矢量数据，生成.dat的无编码数据；⑶将.dat的文编码数据加载到南方CASS中生成不规则三角网DEM，并对三角网进行修剪，然后另存为Arcsence的默认矢量文件；⑷将另存后的默认矢量文件加载到Arcsence中生成TIN模型。

2.三维地物模型

三维数字校园的地物模型主要包括：建筑物、道路、植被、水系及公共设施。建立三维地物模型步骤有：⑴将规划平面图导入ArcMap中，添加统一的坐标系，为了后期在Google SketchUp中建模时具有统一的空间参考，方便地形与地物的匹配集成；⑵将其在导入到Google SketchUp中，并建立建筑物、道路、植被、水系和公共设施等图层，达到可以分层显示三维模型的目的；⑶在对应的图层中建立相应的三维模型；⑷使用图像处理Adobe Photoshop 软件对采集的纹理数据进行剪裁、拉伸、变换等处理，贴在三维模型上，使三维模型的显示效果更接近实体。

3.个人数据库

三维数字校园使用ArcCatalog建立个人数据库，在数据库中添加元素，并对元素的属性字段进行预设[2-4]。三维数字校园的数据库建立中，元素的添加数量与Google SketchUp中的模型层数一致，即应添加建筑物、道路、植被、水系及公共设施等的元素，然后分别预设这些元素的属性字段。然后将Google SketchUp中建立的三维模型一一对应的分层导入到数据库中。

4.三维地貌地物的匹配集成

在构建三维数字校园时如果将地物和地形不进行匹配集成，就会出现地物悬于地形上方飘浮在空中、地物钻入地下的各种异常现象。当地物悬于地形上方飘浮在空中时，一般采用修改地物模型的方法来实现地物与地形的匹配。在地物钻于地下或者大范围水平基准面相同的情况下，可以通过修改地形模型的局部改造来实现地形与地物的匹配。当地物密度较大地形较为复杂时，地物模型与地形模型之间可能会出现大面积的不匹配现象，地形模型与地物模型匹配的工作量会相应增加，所以我们一般情况下是对地形模型进行分块处理，将每块地形内的地物与地形进行匹配，最后再将各块地形进行整体合并，这样就可以实现一个完整的地形与地物匹配模型。

三维数字校园的实现

将三维地形和地物进行匹配后，三维数字校园的模型建立完成，将数据库中的各项元素加载至ArcScene中，以ArcScene为平台进行三维数字校园的三维显示，在ArcScene中，实现三维数字校园的平移、缩放以及漫游等功能，直观地表达校园的整体三维效果，也可以设置飞行路径浏览校园内的风景，对校园内的地物进行属性信息的查询。

建立三维数字校园以期为高校建设规划电子化进度及大学生生活学习载体多元化发展提供理论依据，并对以后三维数字校园系统的开发提供理论基础。

参考文献:

[1]杨昕,汤国安,刘学军等.数字地形分析的理论、方法与应用[J].地理学报,2009,64（9）:1058-1070.

[2]郭庆山,于楷,殷鹏莲.Google SketchUP在GIS三维可视化中的研究[J].城市勘测,2010,53（6）：51-53.

[3]孙伟韬．基于ArcGIS与SketchUP等景观规划快速表现技术[J].华东森林经理,2011,25（2）:86-88.

[4]黄铭,肖明虹．基于SketchUP和ArcGIS的三维场景构建技术研究[J].计算机与现代化,2011,194（10）:51-53.