摘 要
本文从数字城市的发展与应用谈起，论述了高等院校校园信息化建设的实际意义和技术可行性，系统阐述了ArcGIs技术在建设数字校园中的重要作用和具体应用。文章通过剖析校园信息的特点，对数字校园的体系结构及其组成和整体框架进行了探讨。
其中ArcGIS的应用是数字校园的核心，在本文中，以数字校园为例进行三维可视化建模是重点。ArcGIS技术在建设数字校园中发挥着重要作用,应用ArcGIS技术，能更高效、直观、综合地管理空间和属性信息。它比单纯的基于属性数据库的管理信息系统具有更直观、信息容量更大的优点。本文重点研究ArcGIS技术在校园三维可视化中的应用及其所能解决的问题。
最后结合本校的具体情况，利用ArcGIS组件完成了**大学主要建筑的三维可视化实现。
关键词 ArcGIs 数字校园 可视化 纹理 三维建模
Abstract
In this thesis, we discuss the importance and practicability of campus Informatization, and expatiate on the importance and the application of ArcGIS in the course of building digital campus. We elaborate on the contents and constructure of digital campus by analyzing the structure of components-based Geographic Information System.
The Arcgis is the core of digital campus. In this thesis,the three-dimensional visualization is the central content.The Arcgis technlogy is very important for digital campusc onstructing.The system can manage the space and attibute information more efficiently intuitionistic and synthetically because of the application ofGIS technology. The merit of the integrated system is that it is more intuitionistic than the simplex system of attribute and has bigger capacity. In this thesis,the Arcgis technology in campus integrated management information syste isthekeystone.
At last, author develops a integrated campus system for ** Universityof Technology management information With Arcgis.
Keywords Arcgis; digital campus; Visualization;; Texture; Three-dimensional modeling
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目 录
摘 要 ................................................................................................................................................ I 1. 绪论.............................................................................................................................................. 1
1.1 数字校园与可视化技术的联系 ........................................................................................ 1 1.2 世界各国校园信息化建设发展现状 ................................................................................ 2 1.3 本文研究内容 .................................................................................................................... 2 2 ArcGIS在数字校园建立中的应用 ............................................................................................... 3
2.1 ArcGIS涉及内容 ............................................................................................................... 3 2.2 ArcGIS的优越性 ............................................................................................................... 4 2.3 ArcGIS 桌面应用程序概述 ........................................................................................... 4
2.3.1 ArcMap ................................................................................................................. 4 2.3.2 ArcCatalog ............................................................................................................ 5 2.3.3 ArcGlobe .................................................................................................................. 5 2.4 ArcScene .......................................................................................................................... 5 2.5 ArcScene和ArcGlobe的功能比较 ................................................................................ 6 2.6 ArcGIS Engine ................................................................................................................. 6 3 三维景观建模方法 ....................................................................................................................... 8
3.1 三维景观建模的背景 ....................................................................................................... 8 3.2 研究的目的和意义 ........................................................................................................... 8 3.3 纹理法建模 ....................................................................................................................... 9 3.4 SketchUp模型制作3D符号 ........................................................................................ 12 3.5 Visual Studio .NET开发环境下编程实现 .................................................................... 15 3.6三种制图的比较 ............................................................................................................... 16 4 结束语与展望 ............................................................................................................................. 17 致 谢 .............................................................................................................................................. 19 参考文献......................................................................................................................................... 20 附录 ................................................................................................................................................ 21
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1. 绪论
1.1 数字校园与可视化技术的联系
随着二十一世纪的到来，各种新技术也应运而生，特别在IT行业发展更是迅速，许多新的概念也在信息技术的变革中产生。1998年1月美国副总统戈尔在“数字地球----认识21世纪我们这颗星球”的报告中提出了“数字地球”的概念，此后“数字中国”、“数字省”、“数字城市”、“数字校园”等与“数字地球”相关的概念层出不穷，成了当前最热门的话题之一。
国内外关于数字校园的文献较多，但数字校园至今仍没有一个确切的、完整 的定义，关于数字校园的体系结构及其组成内容也是没有系统论述。概述的说，数字校园就是利用计算机为工具，以各种可视化软件为基础，运用三维建模技术和虚拟现实技术最终实现对地图、交通、建筑等多方面的可视化模型。[1]数字校园是计算机科学、地理信息系统、教育科学、管理科学、系统科学的有机结合，通过中国教育和科研计算机网(CERNET)和中国科技网(CSTNET)的建设及数字校园工程的实施，将全国的高等院校及一些中小学、大型图书馆、科研单位和教育科研管理部门、高等院校的科研处、学科办公室等联系起来， 实现信息的高度共享和科学管理。[2]
3D可视化技术在建设三维数字校园中占着举足轻重的地位。可视化（Visualization）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。[3]技术最早运用于计算科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支——科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。科学计算可视化自1987年提出以来，在各工程和计算领域得到了广泛的应用和发展。
最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息，这种技术就是可视化（Visualization）技术。可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极大地提高人们的工作效率。可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维。
而虚拟现实技术，它能使人们进入一个三维的、多媒体的虚拟世界，人们不仅可以看到真实的三维建筑，而且建筑的内部构造及其细节都可以清楚可见。[4] 这些都依赖于计算机图形学、计算机可视化技术的发展。人们对计算机可视化技术的研究已经历了一个很长的历程，而且形成了许多可视化工具，其中ArcGIS三维图形库表现突出并且易于使用、功能强大，这些三维应用软件已涉及建筑、
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产品设计、医学、地球科学、流体力学等领域。本文在后面的研究中将主要运用ArcGIS技术实现建筑的可视化。
可视化是人机交互的基础。为用户设计自己的生活环境提供了窗口和工具。在虚拟现实的基础下，展现在人们面前的是栩栩如生的三维模型，克服了设计专家和用户之间文化的差异，并为人们欣赏景观，了解实体提供了身临其境的感觉。特别是纹理技术更给自然景观以更加真实的感觉，本文在后续的讨论中也将对纹理进行简单探讨。
1.2 世界各国校园信息化建设发展现状
自从1993年美国政府制定国家信息基础设施(National Information Inf- rastructure简称NII)行动纲领以来，大大推动了Internet在美国尤其是大学校园的应用与发展。近年来，Internet逐渐改变着美国大学校园的传统工作、学习、管理和生活方式，成为大学教师、研究生、本科生和行政管理人员在教学、科研、学习、管理和日常生活中必不可少的工具，并开始成为衡量一所大学教学、科研与管理水平高低的重要标志之一。在高等教育方面，信息技术的应用已渗透到大学教学、科研和管理的各个方面。到1996年底，参加InternetⅡ建设的大学己经达到98所，绝大部分为美国著名大学。目的是构造一个全新概念的新一代计算机互连网络，为美国的教育和科研提供世界最先进的信息基础设施，并保持美国在高速计算机网络及其应用领域的技术优势，从而保证21世纪美国在科学和经济领域的领先地位。目前，美国大学校园的信息化建设己经涉及图书馆网络、学校管理工作、教学活动、科研活动、学生日常生活的各个方面，并已取得举世瞩目的成绩。在ArcGIS的应用方面更是已经相当成熟，美国的许多城市、社区、学校等建筑群都已经制作出了相当完善的可视化模型，为人们的研究管理和工作带来了许多方面，也节省了许多的人力、物力。1999年10月，瑞士联邦两院也正式通过了《瑞士大学2000一一2003年发展计划》。在200-20003年期间，瑞士联邦政府以特别财政补贴方式为州立大学拨款3000万瑞郎，以鼓励在高等教育领域进行信息化建设，建立“瑞士虚拟校园”。瑞士的两所联邦高工和7所高等职业学院也将参加实施“瑞士虚拟校园计划”。[5]
1.3 本文研究内容
本文选择虚拟校园部分即校园的三维可视化进行研究。其中主要的研究内容包含以下几个方面：
1.ArcGIS各部分组件在构建三维数字交互平台时所发挥的重要作用； 2．采用Sketchup进行三维建模及其显示，其中模型在导出并加载到ArcGIS平台后的研究；
3．利用ArcGIS在三维场景中的重要作用实现其不同细节程度的数据及其结合，以取得不同的视觉效果；
4．为了能将模型效果更加真实的显示出来，采用纹理技术进行细节的真实实现，但本文只对纹理进行了探索，并没有在制图过程中具体使用；
5．在以C#编程的基础上完成三维建模的程序可视化实现。
6．对以上三种方法显示的三维效果进行比较，分析最优设计方案。
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2 ArcGIS在数字校园建立中的应用
2.1 ArcGIS涉及内容
ArcGIS主要涉及了三大方面：
首先在质量，可靠性，易运行和文档等方面取得了巨大的进展。其次，增强了功能，改进了绘图方法，改进了GIS的心脏部分——建模与空间分析，改进了可视化工具。同时对数据管理和共享等方面也做了改进。在与其他IT技术，如数据器和Web Services等的结合方面也进行了增强。最后，ArcGIS提供了一个强大的基于服务器的全功能平台，可以在其上构建完整的GIS业务逻辑。这意味着实现了基于Web的地图编辑和运行与服务器的地理处理，并且用户可以使用轻量级的终端，比如免费的浏览器或移动用户端来访问。这样，过去在个人电脑上进行地图创建和分析的单机环境，以及只是进行数据共享的简单工作组环境就可以发展为真正能够为整个企业和Web用户提供GIS知识的服务环境。
GIS 技术通过提高信息交换和协同处理的水平，在众多的领域如辅助决策、资源及资产管理行业，在强化工作流程等方面极大地体现出其价值。目前，为了将空间信息和空间功能扩展到企业的整个组织中去，传统的面向桌面的GIS 需要向面向服务的GIS 转化。从这层意义上看，GIS 专家除了应用桌面软件管理空间数据资源，创建各种地图，组织面向不同需求的分析模型之外，还需要将这样的 GIS 信息和成果发布出去，使组织内各个层次，各个部门的人员，甚至通过互联网访问的普通大众能够分享到空间信息和空间服务带来的益处。[6]GIS正是以此为目标，为用户提供一套可伸缩而完整的GIS 平台。下图是ArcGIS的基本框架
图 2-1 ArcGIS框架图
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