在ArcSence中建立虚拟三维海岛

周爱华

摘要：本文介绍了在ArcSence中，利用虚拟三维技术与地理信息技术建立三维海岛的一种方法。

关键词：三维海岛、数据建模、数据预处理

Abstract: The method of applying virtual three-dimensional technology and geographic information technologies to establish a three-dimensional island in ArcSence is introduced in the paper.

Key words: three-dimensional island; data modeling; data preprocessing

中图分类号： C37文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

一、引言

为了更好的规范我国海岛礁的管理，我国开展了海岛礁调查工作，进一步确定我国海岛礁的数量、名称以及海岛的利用规划情况。为了更好的对海岛进行宏观统筹和规划，以更形象生动的方式表现海岛的建筑、设施、环境等要素，我们利用了三维虚拟景观方式来建立三维海岛。三维海岛是指利用计算机虚拟现实技术建立的为用户提供一种模拟海岛的操作环境，使用户有一种仿佛置身于现实海岛一样的临境感，形成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉的感官世界。通过对各种要素的细腻的建模与真实环境的模拟，让人们更亲切的直面海岛的现状，能够轻松地从整体到局部对海岛有一个很深的了解。并且，为管理部门提供土地利用、建筑区规划、旅游资源开发、水产品养殖等方面的基础数据。

二、软件平台

ArcSence软件

ArcSence是Esri公司的一款三维场景驱动软件，我们将其作为三维海岛的基础平台。

Photoshop图形处理软件

Photoshop是Adobe公司的一款图形图像处理软件，它有很强的图像处理能力。

AutoCad矢量编辑软件

AutoCad对矢量的处理功能非常强大，应用领域也很广。我们主要用来处理基础数据。

Google Skechup6软件

Google Skechup6是一款三维建模软件，它简单易用。与其他建模软件相比较，没有过多的复杂功能，但却可以建立很好的模型。

三、技术路线和方法

1、数据准备

建模所需要的数据：等高线、高程点、特征线等三维矢量数据(*.dwg)，房屋、亭、道路等矢量数据(*.dwg)，正射影像数据以及相应的地理信息，地物的纹理照片。

2、数据预处理

2.1、在AutoCad下，对给定的数字线划图进行处理，保证三维要素（等高线、高程点、其它三维要素）的高程以及相互关系正确，并且作好分层。此类要素用来建立地貌模型。

2.2、将可以用同一种模型表示的地物单独分层，并且按照要素重心转换成点要素。比如说别墅群，它们在样式、颜色、方向等方面都基本上一致，所以在建模时，可以使用同一个模型。不同大小、不同形状、不同方向的要素均要单独分层。

2.3、由于在Arcsence中，不能很好的实现对模型的贴图，所以对于不需要精细建模的要素，在AutoCad下可以不必转换成点要素，以多边形形式导入到Arcsence中，此类地物要素可以不进行贴图处理。

2.4、对需要精细建模的单个建筑或者其它重要的单个地物要素，转换成点要素形式单独分层，并且单独存储。同时保留原来的多边形，也单独保存。这些多边形将导入到Google Skechup6中，按照其范围进行地物建模。

2.5、将每一层需要建模的地物要素作为单独的dwg格式文件进行保存。

2.6、检查正射影像图的颜色、分辨率、坐标信息文件（.tfw）是否满足规定要求。如果影像效果不佳（主要是色调），在Photoshop下进行相应的调整，直至达到标准为止。

以上过程，要素的分层要严格。几乎每一种要素的表现形式(方位，形状)都不一样。对于精细建模的要素，一定要单独分层，一个要素对应一个图层，便于后期的模型建立。

3、数据格式转换

由于在Arcsence中建立的模型需要录入相应的属性信息，所以还需要将以上要素从AutoCad（*.dwg）的数据格式转换成Shapefile(*.shp)格式。

4、属性录入

完成上述工作后，在ArcMap中将地物要素的基本属性录入到数据库中，譬如说，房屋的权属、性质、用途等。此类信息可以很方便的在图中查询，为以后分析、统计以及管理和决策提供有力的数据支持。

5、数据建模

数据建模是利用三维建模技术,将采集到的数据在虚拟现实系统中建立地形、建筑物等地理实体的数据模型。

5.1、在Arcsence下，利用已经整理好的三维要素文件，生成三角网。找到“3D分析”工具条—>“创建/修改TIN(M)—>从要素创建TIN(C)” ，打开对话框，创建三角网(TIN)数据文件tin，完成地貌表面模型的建立。

5.2、为了增强三维地形的真实感，将已经处理好的正射影像作为纹理迭加到地形模型上。打开影像文件的属性对话框，在“基准高程”选项卡页面中，将高程获取方式调整为“从表面获得高程”，将前面构建的TIN数据作为基准高程。这样，影像就可以严格地叠加到TIN上。

5.3、由于Arcsence不能完成对三维地物(房屋等)的贴图处理，所以对于不需要精细建模的的房屋等，可以多边形形式导入到Arcsence中。通过对其相应属性的设置，将多边形拉伸、定位基准高程，达到如下图的三维效果。

5.4、对于需要精细建模的地物要素模型，我们在Google Skechup6三维模型制作软件中完成。以房屋模型建立为例，首先点击“文件”菜单—>“导入”，将*.dwg格式的房屋要素文件导入到程序中。

按照要素的宽度、高度，通过软件提供的功能建立地物模型，然后利用拍摄的实地房屋照片，对模型进行贴图，最后以*.skp格式保存。完成的模型如下：

在Arcsence中导入处理好的点状要素(与上面模型同一位置)，打开要素的属性选择器对话框，再对通过符号属性编辑器对话框导入建立好的模型(*.skp)，并且对符号的大小、位置、角度进行编辑，将模型作为符号与点要素连接。这样，我们建立的模型就加载到场景中了。

另外，ArcSence本身符号库中也有很多模型，这些常用的三维模型主要包括树、灯、草皮、常见房屋、车等等，可以应用到我们的三维景观中。

最后，将需要的要素加入到ArcSence中，在其中叠加需要的矢量要素，便于对照和查询。最后完成所需要的三维海岛景观。如下图：

6、动态浏览

在Arcsence中，可以制定好飞行路线，沿线自动飞行。也可以手动操作进行三维动态浏览。

四、总结

以上介绍的是三维海岛建立的一种方法，通过这种方法重建和还原海岛地形、地貌及地物，真实再现海岛景观以及规划现状，并且很有力的提供了海岛各个方面的信息，便于查询和统计。同时为政府相关部门的宏观决策以及长远规划提供了有利支持。

参考文献：

[1] 段学军，陈铭，王晓斌. 虚拟城市场景建模方法与技术研究. 系统仿真学报 2003年

[2] 路兴昌，薄立群. 信息城市中虚拟可视化的研究. 地球信息科学. 2001年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。