交互式三维模型数据属性数据管理-毕业论文

南阳师范学院20XX届毕业生毕业论文（设计） 题 目：交互式三维模型数据属性数据管理 完 成 人： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 目 录摘要(3)0引言(3)1数字三维校园属性数据(3)2 GIS在三维数字属性数据中的管理(4) 3.1 GIS发展概况(4) 3.2 GIS概述(4) 3.2.1 地理信息系统概念3.2.2地理信息系统功能(4)3属性数据库选择(8)4.1图形数据库(8)4.2属性数据库(8)4.3符号数据库(10)4属性数据采集(10)5.1采集原始数据(11)5.2数据实地核对验证(11)5属性数据管理 (11)5.1对象的属性(11)5.2属性数据管理(12)6总结(14)参考文献(15)Abstract(15)交互式三维模型数据属性数据管理 摘要：目前常见的三维数字校园虽然实现了虚拟校园的三维场景漫游, 但由于建立的校园三维模型没有属性数据, 因此没有复杂的查询功能。本论文面向南阳师范学院数字三维校园, 研究校园三维模型属性数据的采集与建库, 并通过网页的形式实现了属性数据和三维模型数据的紧密结合三维数字校园, 属性数据采集,数据库, 并通过网页的形式实现了属性数据和三维模型数据的紧密结合。关键字：三维数字校园；属性数据管理；数据库1 数字三维校园的属性数据“数字校园”是指信息化的校园, 或者说校园的虚拟对照体1,2,3。数字校园概念深化于虚拟校园, 简单说来包括数字与校园, 进而延伸出几方面的内容, 就近年来的研究成果而言主要包括虚拟校园再现、数字信息与信息管理。本论文基于虚拟仿真的数字校园化层面。虚拟仿真的数字校园4,5, 它除了可以提供三维可视化界面和虚拟现实场景界面的校园景观漫游, 还必须提供校园信息的浏览与查询, 并可上载到计算机网络, 提供远程用户访问的一个新的校园空间。此外, 其中很重要的数字概念包括属性数据与空间信息, 两者结合才构成完整的概念模式。因此, 在数字三维校园的建设工作中, 必须突破属性数据与空间数据形式上的分离,属性数据个体之间的分散, 在空间数据的引导与当前技术层面,以最优的效果实现属性数据的采集与建库工作, 加强整个校园系统在属性方面的完整与时效性, 通过用户的主动与被动需求,带给他们最大的视觉效果与便捷服务。2 GIS在三维数字属性数据中的管理2.1 GIS发展概况随着社会的发展，21世纪人类已进人信息化社会，数字地球、数字中国、数字城市、数字校园等概念已逐渐被人们所认识，现在已感受到信息社会给人们的生活和社会的管理带来的方便、快捷。在地理信息技术方面，以“3S”(GPS:全球卫星定位系统;GIS:地理信息系统;RS:遥感技术)为代表的现代测绘技术已基本取代传统的测绘方法，测绘行业已成为现代地理信息产业，并服务于整个社会各个方面，特别是地理信息系统(GIS)在城市规划、建设管理方面起着十分重要的作用。高等学校作为城市的一个重要的组成部分，其校园总体规划与有效的管理越来越引起社会和学校领导的高度重视。随着高等教育改革，学校合并组建了许多规模较大的新的大学;从校园的建设与绿化、学生规模、师资力量、专业设置、教学方法、招生人数、学生管理等方面做出了不同时期的安排。以上情况均给学院的规划与管理工作提出了较高的要求，传统的手工规划与管理模式已远远不能满足高等学校的发展需要。GIS作为一种能科学地管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，能提供对规划、管理、决策和研究所需信息的综合性技术系统，是有效地解决城市规划与管理问题的先进工具。因此，将GIS技术用于高校的校园规划与管理，建立一个集图、文、表、管一体化的，能科学地、动态地管理学院信息的办公白动化系统，是解决学院规划与动态管理的有效的技术工具。2.2 GIS地理信息系统概述（1）、概念 信息、地理信息和地理信息系统信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，信息向人们提供关于现实世界新的事实的知识，信息为生产(工作)，管理、经营、分析和决策的依据。信息具有客观性、实用性、可传输性和共享性等特征。信息来自数据，数据是未加工的原始资料。数字、文字、符号、图形等都是数据。数据是客观地对象的表示，信息则是数据内涵的意义，是数据的内容的解释。地理信息是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，它具有区域性。同时，地理信息具有多维结构的特征，即在同一坐标XY位置上具有多个专题和属性的信息结构。而且地理信息有明显的时序特征，即动态变化的特征，这就要求及时采集和更新它们，并根据多时相的数据和信息来寻找时间的分布规律，进而对未来做出预测或预报。地理信息系统(Geographic Information system, GIS)是近几十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感技术(RS)、全球卫星定位技术(GPS)、网络技术(Internet )、多媒体技术及虚拟现实(VR)技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、加工、管理、分析和表达地理图形及其属性数据。根据需要将这些信息图文并茂地翰送给用户，便于分析及决策使用。 （2）地理信息系统的功能 按照GIS对数据进行采集、加工、管理、分析和表达，可将GIS软件系统中与用户有关的软件分为五大子系统，即:数据输人与转换、图形与文本编辑、数据存储与管理、空间查询与空间分析和数据的输出与表达。(图21)数据输入与转换地理数据库图形与文本编辑空间查询与空间分析显示输出图2-1 GIS的五大子系统（1)数据输人与转换:数据输入子系统包括将现有的地形图，外业观侧成果、航片、遥感数据、文本资料等转换成汁算机兼容的数字形式的各种处理转换软件。(图2-2)航片现有地形图遥感数据野外测量数据文本数据航测仪数字化仪磁带机扫描仪交换终端软件地理数据库图 2-2 数据输入与转换系统 (2)图形与文本编辑:现有的地理信息系统都具有很强的图形编辑功能。如ARCGIS，除负责数字化仪的数据输人外，主要功能是用于图形编辑。 (3)数据的存储与管理:数据存储和数据库管理，涉及地理元素(地物的点、线、面)位置，空间关系以及属性数据如何结构和组织，使其便于计算机处理和系统用户理解等。目前最流行的是商用关系数据库管理系统，一个有发展前景的模型可能面向对象关系数据模型，它既可以表达图形数据又可以有效地表达属性数据。在属性数据管理方面，GIS软件提供了数据库的定义、建立和维护、操作等基本功能。(4)空间查询和空间分析:虽然数据库管理系统一般提供了数据库查询语言，如语言标准化结构查询SQL（Standard Structured Query Language)。但对于GIS而言，需要对通用数据库的查询语言进行补充或重新设计，使之支持空间查询，如一条公路穿过哪些城镇等，这些查询都是GIS所特有的。而空间分析相比空间查询来讲，是GIS在各行业更深层次的应用，内容更加广泛，包括地形分析、网络分析、叠置分析和决策分析等等。位置查询属性查询缓冲区查询空间查询地形分析网络分析叠置分析决策分析缓冲区分析空间分析图2-3 空间查询与空间分析功能(5)数据输出与表达:数据输出和表达是关于数据显示和向用户报告分析结果的方法问题，结果数据可能以地图、表格、图表、文字、多媒体等多种形式表达，输出范围也很广，如输出到文件、磁介质、终端等等.输出绘图仪打印机显示终端磁带磁盘组合图像表格地图图2-4数据的输出 3 三维数字校园属性数据选择及建库数据是GIS的“血液”，数据库的建立是实现GIS系统的关键所在。GIS数据库包括空间数据为(图形数据库)和属性数据库。根据各高校及我院规划管理的实际情况，数据库结构设计如下:3.1 图形数据库 (1)校园1: 500,1: 1000，地形图。表示学院整个地形情况，包括学院现有的各类建筑物、道路、体育运动场、水域、绿地、测量控制点、高程、注记等。 (2)院各类建筑物分布平面图，包括院长办公楼、行政办公楼、教学楼、实验楼、图书馆、后勤服务中心楼、食堂、学生宿舍、职工住宅楼等。 (3)校园综合管线图现状图，主要包括给水管网、排水管(沟)网、污水管、天然气管道、电力线、通讯线、有线电视线、校园网(Internet)等管线图。(4)所政办公楼平面分布图，主要包括院领导办公室、院办公室、宣传部、人事处、财务处、学工处、教务处、科研处、总务处、保卫处等综合管理部门位置。 (5)系部办公楼及下属教研室、科研机构的位置、教室、实验室、网络教室、多媒体教室等位置。 (6)图书馆平面分布图，包括书库、借书处、查询处、学生阅览室、教师阅览室、电子阅览室等分布位置。 (7)校园内各公共服务部门，如医院、商场、食堂、宾馆位置。除上述图形库外，还可以根据需要建立一些更详细的图形库。以上图形数据库主要通过学院已有的地形图、规划图、管线图、建筑图进行数字化，还可直接利用全站仪通过实地采集，利用CASS5. 0地形地籍成图软件通过计算机编辑绘图获得。3.2 属性数据数据库建立系所编号建筑名称楼层数系所名称联系电话系所主页坐落校区建筑结构建筑简介系所占地面积综合造价建筑用途nn位于隶属建筑编号校园建筑位于学院11位于n1单位名称学校编号n行政单位单位编号学院名称学院主页联系电话数据库设计概念模型（ER图）属性库主要包括人事档案数据、各种统计数据、建筑物属性数据等。(1)教职员工信息库，包括编号、姓名、籍贯、出生年月、专业、学历(学位)、职务、职称、所在部门、工资、家庭住址、电话。 (2)学生信息库，包括编号、学号、姓名、籍贯、出生年月、专业、班级、交费情况、入校时间、离校时间、宿舍住址。 (3)建筑物资料库，包括楼房编号、楼房性质、建筑结构、楼层数、占地面积、总建筑面积、建成日期、设计单位、施工单位、造价。 (4)各种办公及教学实验管理库，包括设备编号、设备名称、型号规格、所属部门，购买日期、价格、使用情况、保管人员等。 (5)年度教学日历、课程安排表，学期教学、考试、活动安排、课程编号、课程名称、授课时间、授课地点、授课教师。 (6)学生成绩档案，包括学号、姓名、课程名称、成绩。 (7)各种教学文件，特别是教学人纲、教学计划、学期授课计划、实训计划等。 (8)科研资料库，包括科研项目编号、项目题目、项目来源、项目负责人、参与人、经费、审批日期、结题日期、项目鉴定情况、获奖情况等。 (9)院统计数据库，包括校园占地总面积、建筑物占地面积、总建筑面积、各类建筑的面积、各类资产总额、教职工人数、学生人数等等。3.3 符号数据库各种地理要素以数字形式存入空间数据或这种存储形式是对地理要素的一种抽象，为了GIS物出结果的清晰明了，必须将图形图表符号化，建立符号库。符号库一般包括点状符号、线状符号和面状符号。符号库的建立，可以通过已绘好的符号数字化人库或用扫描仪扫描人库，也可用AutoCAD绘图软件在计算机中设计所需的符号入库，符号库的建立为以后的空间数据的查询显示输出提供有力的工具。以上图形库、属性库及符号库虽然以不同的形式存储在数据库中，但这三种数据库不是孤立的，彼此之间有一定的联系，每一幅基本图形都对应着一个属性数据文件，图形库中每一个基本元素对应着属性数据文件的一个记录，它们之间通过用户标识符或ID代码建立彼此之间的联系。这样通过图形库要以检索、调用属性库，同样也可由属性数据检索、显示图形数据。4 三维校园属性数据采集工作三维属性数据是空间实体的特征数据, 包括地理实体或现象的专题属性( 名称、分类、数量等) 数据和时间数据。它需要通过给予一个公共标识符与空间实体联系起来。属性数据的获得,主要包括相关地区的社会环境数据、自然环境数据、资源与能源数据, 或者更为广泛的细分数据。就三维数字校园的属性数据而言, 其采集工作包括:4.1采集原始数据 收集学校现有属性数据库资料: 通过学校的帮助与提供, 可以获取相当数量的原始资料。一般学校的资料比较陈旧,与当前事实存在些许差距。因此, 必须先检查, 进行预处理, 选择出有意义有时效的信息, 删除无用过时的信息与字段, 整合成新的资料, 以满足当前用户的需求。结合电子地图和摄影测量图建立属性数据和空间数据的对应关系: 属性资料采集的成果是以表格形式呈现的, 因此可以利用具体的图像数据源。最终是利用学校发布的最新版电子地图, 以及摄影测量图共同识别, 其中以电子地图为主, 从图中查到同济本部各建筑物名称、院系分布等总体情况, 以此修补更新原表中的不足与问题, 变化较大时创建新表。结合其他资料进行补充、完善网站资料: 学校网站上的信息源相对而言是最新的, 包括所有的院系布置、行政单位、校庆安排、院系联系电话与网站主页等, 从中可以很清晰地获取到此项目需要的很多属性数据, 主要用于填补具体的介绍与总体情况的数据。4.2实地考察进行数据检核 通过实地考察检核, 对已有数据资料进行有利的补充, 修改原数据的错误, 并添加其可能存在的相应变化。5 属性数据管理目前，在国内市场上应用较广的GIS基础软件较多，如ARC/INFO，Maplnfo，GeoMedia，MapGlS，Geostar等，国产GIS产品大部分是从九十年代才开始研究开发，虽然开发时间晚，但发展中借鉴了国外的GIS软件的功能和技术，随着我国电子技术的高速发展，国内一直占据领先位置之一的就有Geostar软件。5.1 对象的属性点状对象、点群对象、线状对象、面状对象可以有与之相对应的属性数据，属性数据存储于关系表格中，通过ODBC链接。几何对象与属性数据之间的联系通过系统分配的 惟一标识建立。对象标识（OID）是惟一标识一个对象的记号，每个对象都有一个惟一的OID，且不同的对象OID也不同。系统必须提供对象标识的统一分配机制，用户自己不能对OID进行更改。GeoStar系统中用一个32位的整数来表示对象标识，系统分配的OID大于0。OID小于0时用来表示线段的方向，OID等于0无效。OID是几何对象与属性数据之间联系的桥梁 ，与几何对象对应的属性表中都建立一个OID字段，通过OID可以找到相应对象的属性信 息。同样，通过属性值可以得到相应的OID,从而得到几何对象。 线状对象和面状对象的位置信息可以直接用一系列（x,y）坐标表示，也可以引用其 他已定义的线状对象，前者称为直接对象，后者称为间接对象。间接对象的引入可以减 少公共边的重复存储，其位置信息用一系列被引用的线状对象的对象标识OID来表示。由 于OID大于0，所以记录被引用的线状对象时，在OID前加负号来表示坐标序列的顺序。如 果OID前无负号，则表示在间接对象中的坐标顺序与被引用的线状对象的坐标顺序相同； 如果OID前有负号，则表示在间接对象中的坐标顺序与被引用的线状对象的坐标顺序相反 。 5.2 属性数据管理 对象存储管理器主要负责对空间各类对象的存取，建立空间索引，实现对持久对象的存储，以及记录空间操作的事物日志，并且在必要时对空间对象进行恢复。 对象管理器主要负责空间对象的生成，分配对象和工作区的惟一标识，实现对空间 对象的调度，完成各种基本的空间查询，维护空间对象的一致性，实现在网络环境下多用户控制，并实现对地物类、层、工作区、工程等内容的管理。 GeoStar面向大型空间数据管理，因此，空间数据调度就显得特别重要。通常，GeoStar并不把所有空间数据调到内存，而是在实际用到时，根据需要来决定调入或调出哪些数据。一般情况下，GeoStar以工作区的地物类来进行调度，根据界面的操作信息，系统自行决定何时需要调用哪些地物类，何时淘汰哪些地物类。在用户进行二次开发时， 由于界面的操作信息要由二次开发用户(利用应用程序开发函数(API)开发或开发运行动态扩展模块的用户)来设计，因此，二次开发用户对空间数据调度也应有一定的介入。二次开发用户如果发现某一地物类不在内存，则可以显式调入。 GeoStar根据面向对象的思想来组织空间数据。按照面向对象的方法，客观世界的一切事物、概念等都表示为对象。空间线状对象、面状对象由一系列空间点构成。在空间对象的实现上，线状对象、面状对象可以有两种方法：将线、面内部的点都描述为各个独立的点状对象，对每个点状对象可以方便地实行各种操作；线、面内部的点不描述为独立点状对象，而是作为一个整体，内部信息必须由应用程序去解释。第一种方法更加符合面向对象的思想，更加方便编程。但由于空间数据量一般都很大，一个复杂的线、面可能由成千上万个点构成，如果每个点都表示为对象，在对象的实例化时会过多地使用内存分配的new操作。一方面new操作本身会占用很多时间，另一方面，new操作会带来内存的碎片，两者都会降低系统的效率。因此，GeoStar中线状对象、面状对象的实现使用第二种方法。 各高校包括我院原有办公自动化(OA)技术已较为普及，加上与拟建的GIS系统结合，在学院能真正实现图、文、表、管一体化的综合的高校网络管理信息系统，能够完成复杂的地形图及各种专题地图的显示、查询、开窗、缩放以及各种管理数据的动态更新、统计报表等功能，便于各级领导对校园规划建设与学院统一管理进行直观可视化的管理、分析与决策，同时也便于全院师生查询、检索所需信息。系统数据的维护屏显、打印、拷贝、绘图数据编辑数据采集数据更新调图请求各种数据的输出调图处理图形输出，能用为同比例尺、开窗、移动、缩放、局部缩放数据库工作终端属性数据查询数据统计分析图形和属性数据双向查询统计报表生成查询请求系统功能设计6 总结本文通过对南阳师范学院建立三维数字地图, 分析了南阳师范学院三维数字校园的属性数据, 运用三维数字校园属性数据采集方法对这些数据进行采集,然后计并建立了三维数字校园属性数据库, 并进行优化,结合已有数据及电子地图实现校园的参观，查询等目的，并以此验证三维数据属性数据的管理， 为其他类似项目的实施提供了参考借鉴。在系统设计与实现的整个过程中还存在着某些不足。如在采集中删去了某些目前尚不需要的分类数据, 将来却有可能为用户所需要; 同时, 限于人力、物力等因素的制约, 目前所取得的数据可能存在着某些不确定因素, 仍需作进一步的研究与开发。参 考 资 料1 汪娟娟,康玲.虚拟现实在数字校园中的应用.计算机仿真,2003,6:79-81.2 黄健柏,邹峥嵘,朱学红.虚拟校园及其在校园规划管理中的应用.教育信息化,2002,6:7- 8.3 刘列辉.数字校园与大学校园集成信息系统的建构研究硕士学位论文.广州:华南理工大学.2005.4 张明鑫, 米文宝, 魏海平.数字校园的构建及其关键技术研究.资源环境与发展,2007,4:45- 48.5 曲巨宝. 数字校园建设方案设计与研究J. 牡丹江大学学报, 2007,10:71- 73.6 冯玉才.数据库系统基础(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1993 7 朱欣焰，许云涛，张银洲，等.面向对象的语义数据模型及其在空间数据库中的应用.武汉测绘科技大学学报，1993，18(4)：7681 8 龚健雅，朱欣焰，李爱勤，等.地理信息系统基础软件吉奥之星NT版的总体设计思