（地图制图学与地理信息工程专业论文）旅游景区导游三维gis设计与开发技术.pdf

摘要 摘要 随着社会的发展、科技的进步和生活节奏的加快，旅游业的信息化趋势越来越明显。将三维g i s 技术与旅游信息系统相结合，构建符合特定景i 爱旅游风格和景观特点的导游三维地理信息系统，可 以全方位展示旅游区域内的各种旅游资源和服务设施，并对旅游资源进行分析和决策，其应用前景 十分广阔。 本文在总结现有旅游地理信息系统的三维表达和对空间实体分析不足的基础上，研究了三维建 模的方法，并以春秋淹城遗址风景区为例，根据该景区的旅游特色和文化背景，基于a r c g i se n g i n e 组件库开发了淹城导游三维地理信息系统原型。 本文研究内容主要从以下几个方面进行阐述： 1 ) 阐述了论文的研究背景及意义，分析了旅游地理信息系统和三维g i s 在国内外的研究现状和 应用现状。 2 ) 在比较了不同的三维建模软件的基础上，基于g o o g l e s k e t c h u p 建模软件，对淹城遗址风景 区进行了三维模型重建。 3 ) 研究了三维数据模型及格式转换方法。将通过g o o g l e s k e t c h u p 建立的s k p 格式模型通过3 d 导 出插件转化a r c g i s q a 的三维数据模型m u l t i p a t c h 格式，并根据地物的类型分层存储在g e o d a t a b a s e 中。 4 ) 对景区导游三维g i s 进行了总体设计。根据旅游地理信息系统的特点和旅游行为的特征，对 系统做了需求分析，在此基础上设计了系统的体系结构，并进行了功能模块的划分。 5 ) 设计了空问数据存储结构并建立空间数据库。对原始数据进行了数据分层，并将它们转换为 g e o d a t a b a s e 数据类型，j 恿过a r c c a t a l o g 、a r c m a p 和l a r c s c e n e 对其进行管理和编辑。 6 ) 在v i s u a lc 撑n e t 平台下，基于a r c g i se n g i n e 组件库开发了淹城导游三维地理信息系统。系 统实现了对该景区的图层控制、三维场景浏览、主要景点及地物的属性查询、景区相关旅游服务信 息查询、二三维窗口互切换、旅游线路模拟和多媒体信息查看等功能。 关键词：旅游信息：三维g i s ；三维建模；空间数据；系统开发 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y , s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o g r e s sa n da c c e l e r a t i o no ft h ep a c eo f l i f e ，t h ei n f o n n a t i o n i z a t i o no ft o u r i s mi n d u s t r yh a sa l r e a d yb e c o m ea ni n e v i t a b l et r e n d c o m b i n i n go f3 d g i st e c h n o l o g ya n dt r a v e li n f o r m a t i o ns y s t e m , a3 dt o u r i s mg i so fs c e n i cs p o t s ，i nl i n e 谢也t h et o u r i s m s t y l ea n df e a t u r e so ft h el a n d s c a p e ，c a nd i s p l a yav a r i e t yo ft o u r i s mr e s o u r c e sa n df a c i l i t i e sa n ds e r v i c e si n t h er e g i o n i ta l s oc a nd os o m et o u r i s mr e s o u r c e sa n a l y s i sa n dd e c i s i o n - m a k i n g i t sab r o a da p p l i c a t i o n p r o s p e c t s t h i sp a p e rs u m su pt h el a c ko ft h ee x i s t i n gt o u r i s mi n f o r m a t i o ns y s t e m si nt h et h r e e d i m e n s i o n a l e x p r e s s i o no fs p a c ea n dp h y s i c a la n a l y s i s ，a n dr e s e a r c ho n3 dm o d e l i n ga p p r o a c hh a sb e e nd o n e a c c o r d i n gt ot h es c e n i ca t t r a c t i o na n di t sc u l t u r a lb a c k g r o u n d ，t h e3 dt o u r i s mg i sp r o t o t y p eo ft h e f l o o d e dc i t yh a sb e e nd e v e l o p e db a s e do na r c g i se n g i n ec o m p o n e n tl i b r a r y t h i sr e s e a r c hc o n t a i n ss i xe m p h a s e s ： 1 ) t h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eh a sb e e ni n t r o d u c e d , a n dt h e nw ea n a l y z et h er e s e a r c h a n da p p l i c a t i o ns t a t u so ft h et g i sa n d3 dg i sa th o m ea n da b r o a d 2 ) i nc o m p a r i n gd i f f e r e n t3 dm o d e l i n gs o f t w a r e ，3 dm o d e l so ft h ef l o o d e dc i t yh a v eb e e n r e c o n s t r u c t e db a s e do ng o o g l e s k e t c h u p 3 ) r e s e a r c ho n3 dm o d e ld a t aa n df o r m a tc o n v e r s i o nm e t h o d sh a sb e e nd o n e t h e 。s k pf o r m a t3 d m o d e lc a l lb ee x p o r t e di n t om u l t i p a t c hf e a t u r ec l a s st h r o u g ht h ee s r im u l t i p a t c he x p o s e rp l u g - i n ，a n db e t i e r e ds t o r e di nt h eg e o d a t a b a s e 4 ) o v e r a l ld e s i g nf o rt h es y s t e mh a sb e e nm a d e a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft g i sa n dt h e t r a v e l e r s b e h a v i o r ，a na n a l y s i sa b o u ts y s t e mr e q u i r e m e n th a sb e e nm a d ef i r s t ，a n dt h e ni st h ed e s i g no f t h e s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h ed i v i s i o no ff u n c t i o nm o d u l e s 5 ) w i t hd e s i g no ft h es t r u c t u r eo fd a t as t o r a g es p a c e ，as p a t i a ld a t a b a s eh a sb e e nb u i l t t h er a wd a t a a r ec l a s s i f i e da n db ec o n v e r t e di n t og e o d a t a b a s ed a t at y p e s t h ed a t aa r em a n a g e da n de d i t e di n a r c c a t a l o g ，a r c m a pa n da r c s c e n e 6 ) i nv i s u a lc 撑n e tp l a t f o r m , b a s e do na r c g i se n g i n ec o m p o n e n tl i b r a r y t h e3 dt o u r i s mg i so f t h ef l o o d e dc i t yh a sb e e nd e v e l o p e d t h i ss y s t e mc o n t a i n st h ef o l l o w i n gf u n c t i o n s ：l a y e rc o n t r o l 、3 d b r o w s e r 、a t t r i b u t e sq u e r yo fm a i ns c e n i cs p o t s 、t o u r i s m r e l a t e di n f o r m a t i o ns e r v i c e sq u e r y 、2 da n d3 d w i n d o ws w i t c h 、t o u r i s mc i r c u i ts i m u l a t i o na n dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nv i e w e r ，e t c k e yw o r d s ：t o u r i s mi n f o r m a t i o n ； 3 dg i s ；3 dm o d e l i n g ； s p a t i a ld a t a ；s y s t e md e v e l o p m e n t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 日期： 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 研究生签名：么盔远导师签名日期：础i 1 第一章绪论 1 1 立题背景及意义 第一章绪论 1 1 1 旅游信息表达与旅游地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m , g i s ) 是为地理研究和地理决策服务而建立起来的 数据处理系统。随着计算机技术的迅速发展，g i s 技术日趋成熟，应用领域也不断扩大和深入，凡使 用到地图和需要处理空间数据的领域，都可以借助g i s 技术，迅速、及时、准确地处理大量空间信息， 并进行多要素综合分析和决策。 旅游业是一个信息密集型产业，这一特点决定了信息化是旅游业发展的强大动力和可靠的科技 保障。旅游通常认为包括“吃、住、行、游、购、娱”这六大要素，这六大要素都包含着十分丰富的 信息。近年来旅游业的信息化趋势越来越明显，旅游信息起着沟通目的地旅游产品、服务与旅游者 的作用。旅游者依靠能被获得及使用的信息来了解与选择目的地旅游服务、产品。 随着社会的发展、科技的进步和生活节奏的加快，旅行者希望得到更全面、真实和及时的旅游 信息。早期依赖于纸质地图或是通过查阅互联网上平面电子地图来获得旅游景区的信息已经越来越 不能满足多层次旅游者的需要。信息技术在旅游业中的广泛应用将使旅游管理的手段、思维和方式 都产生革命性的变化，现在世界上许多旅游发达国家都广泛应用旅游信息系统这一高新技术【i 】。地 理信息系统作为一种基于空间定位的计算机处理软件，在旅游信息的管理、地理空间信息的处理等 方面有着得天独厚的优势。因此，人们开始来将g i s 技术运用到旅游信息系统中，建立旅游地理信息 系统( t h et o u r i s mg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m , t g i s ) ，一方面可以取代管理者日常推销工作中 重复繁琐的实务处理工作，另一方面又具有查询、统计、咨询功能，还能为旅游者提供模拟决策过 程，并提供选择方案的决策支持环境【2 j 。 旅游地理信息系统主要应用在如下几个方面p j ： 1 ) 地理导游系统。相当于旅游电子地图形式，侧重于地图信息的显示，在系统中，用户可以在 一幅地图上看到所有的名胜古迹、自然风光的所在地，当用户放大某个局部或点击某个地点时( 通过 鼠标操作) ，可以显示当地的风光图片及文字介绍，进而可以查询当地的市区地图、饭店宾馆的房价、 服务及路线等旅游设施情况。 2 ) 城市旅游信息管理。提供给城市游客、景点、旅行社、大饭店或有关部门使用的一个主要为 游客服务的旅游信息系统。用户利用这个系统可以很容易地查询或装入自己所关心的城市的各种实 用旅游资料和信息( 如地图、照片及文字记载等) ，形成一个实用的旅游信息系统，方便查询。 3 ) 旅游资源的规划管理。以全国各级旅游资源作为管理规划对象，结合g i s 技术，对国家级的 旅游资源进行规划管理。利用其空间分析功能为旅游决策部门的规划、开发提供更科学、更准确的 支持。 特定区域的景区导游地理信息系统是以上三种应用的有效结合和优化。景区导游地理信息系统 是一种相对于传统的导游与游客之间面对面的导游方式，是旅游地理信息系统的一种形式。它根据 不同景区的现实要求，制定出符合其旅游风格和景观特点的信息系统，它是面向大众、以全面展示 旅游区域内的各种旅游资源和服务设施，实现区域内无障碍旅游为目的的计算机系统【4 j 。 1 1 2 三维技术与旅游地理信息系统 随着计算机技术和数据获取技术的迅速发展，具有处理真三维数据能力的三维g i s 的发展受到 了极大的关注。显然，对现实世界中三维对象的逼真表示需要三维的方法。三维g i s 使用三维数据 描述地理对象，即所有的对象都通过三维立体坐标( x ，y ，z 或经纬度与高程) 进行表示。三维 1 东南大学硕士学位论文 g i s 在日益增长的三维空间信息需求的牵引和蓬勃发展的现代新兴技术的驱动下得到了稳步的发 展。首先，诸如城市、海洋、大气、地下工程和军事等重大领域问题的完整解决和空间信息的社会 化应用服务迫切需要三维g i s 的支持；其次，三维空间数据获取技术的发展极大地方便了各种规模 不同细节程度三维空间数据的可得性；再有，信息与通信技术的进步为更有效地处理和利用海量三 维空间数据提供了强有力的支撑。三维g i s ，虽然空间维数只增加了一维，但基于此既可以包容几 乎所有丰富的空间信息，也可以突破常规二维表示对形式的束缚，为更好地洞察和理解现实世界提 供了多种多样的选择。但其由此也面临大量更加复杂的问题，如数据量急剧增加、空间关系错综复 杂、真实感实时可视化等。在空间上从二维表示到三维表示日益成为g i s 的主要发展方向之一，并 趋向于对现实世界的增强表示与延伸“虚拟地理环境”p j 。 三维地理信息系统主要应用于两方面：一是空间信息的可视化，即力求真实直观地表现客观世 界，满足人们视觉感官的需要；二是空间信息的分析，如空间距离量算、最短路径计算、缓冲区分 析等。 已有的导游地理信息系统，大多基于二维环境，即将现实中的地形和地物用抽象的线条和符号 来代替。这虽然有利于进行与g i s 相关的编辑、查询、分析等功能，但却大大降低了地形和环境的可 视化程度【6 】。显然，随着三维地理信息系统在社会生活的各个方面被广泛运用，旅游信息的三维可 视化也将成为旅游领域研究的热点。如何将旅游景i ) = 的地物以真实的面貌展现出来，在三维的环境 下供人们浏览、查询并进行相关的分析，实现人机交互，是值得深入研究的。 将三维g i s 技术与旅游地理信息系统结合产生旅游景区导游三维g i s ，突出其在三维展示和分 析方面的功能，可以进一步优化t g i s 。旅游景区导游三维g i s 能真实地显示旅游区的三维景象和信 息，给旅游者带来身临其境的感觉；能提供旅游信息的查询、分析功能，引导旅游者制定合理的出 行计划和路线；同时，还能对景区的信息进行及时的更新和追踪，方便景区管理人员进行管理和决 策。三维g i s 在旅游行业中的优势主要体现在以下方面： 1 ) 旅游虚拟体验 展示主要旅游景点的三维场景，除了在三维场景上标注信息点名之外，还可以加入特色景点的 三维模型，景点的视频录像，实现基于虚拟三维场景的飞行、漫游，给人一种身临其境的感觉。 2 ) 旅游景点信息 对景点加注电话、联系地址，甚至是链接图片、声音、录像剪辑、动态链接的网页，以及主要 景点的开放时间、门票价格、联系电话、乘车指南等。 3 ) 旅游相关服务 旅游资源不仅仅是一地的风景展示，而且还应包括餐饮、服务等内容。系统可以提供住宿、美 食、游玩、娱乐、购物等五方面的信息，包括星级宾馆、餐饮、商店市场、医疗急救、大厦、旅行 交通的查询等内容，可以提供酒店的全景环视等，方便游客直观地了解相关服务信息。 4 ) 旅游路线的展示 可以根据游客的兴趣爱好，设计旅游线路，在三维场景里飞行浏览，并对旅游线路自动进行全 程演示，方便游客做出日程安排。 1 2 国内外研究现状 近年来，国内外对旅游地理信息系统的研究应用，己经积累了较多的成果，主要内存包括：基于 w e b g i s 的网络旅游地理信息系统、旅游多媒体信息咨询系统、旅游地理咨询专家系统、应用三维技 术的旅游地理信息系统、虚拟旅游地理信息系统、嵌入式旅游地理信息系统等2 1 。 1 2 1 国外研究概况 2 0 世纪8 0 年代，旅游业管理人士开始探索新的旅游信息获取和传输方式。这一过程是在信息 系统技术日益发展的基础上进行的。正是信息系统和各种相关技术的逐步成熟，为旅游信息系统的 2 第一章绪论 建立提供了思路和技术保证。此后，旅游目的地信息系统在许多旅游景区相继出现，并在许多公共 场所安装了信息系统终端设备。此时期的旅游信息系统具有一个共同的特点，即信息系统都是由景 区的旅游资源、旅游设施、地理环境等方面详细的信息数据库组成，各个信息系统在数据的组织结 构、数据编码、信息内容、信息来源以及技术水平等方面存在差异。如奥地利蒂罗尔信息系统、瑞 士阿彭策尔信息系统、丹麦国家旅游局设计的旅游目的地信息系统以及荷兰建立的地区性网络旅游 信息系统【7 1 。 现代旅游业的快速发展，对旅游信息技术提出了更高的要求，旅游地理信息系统也从欧洲扩展 到了世界各地。目前，世界上许多国家已经建立了基于不同信息技术、面向不同层次用户的旅游信 息系统，这些系统包括：基于w e b o i s 的网络旅游地理信息系统、旅游多媒体信息咨询系统、旅游地 理咨询专家系统、应用三维技术的旅游地理信息系统、虚拟旅游地理信息系统、嵌入式旅游地理信 息系统等。 1 2 2 国内研究概况 我国的旅游业起步比较晚，而旅游信息系统的研究工作也是直到改革开放后的8 0 年代初期才开 始进行的。旅游信息系统作为现代化旅游业的研究手段最早是由中科院遥感所开始的。在国家“六 五”计划期间，中科院承担了科研攻关项目专题“建立遥感地理信息系统”实验研究和计算机 技术研究，初步建立了一套“微机国家旅游资源信息系统”。该系统对全国旅游资源进行了系统的 分类，采用了系统分析的方法，建立了由地理信息基础库、旅游资源库、服务设施库、游客统计库、 资料库组成的旅游资源信息系统，为旅游资源信息管理的计算机化、数据共享和交流提供了基础。 近年来，许多城市也纷纷建立了体现各地旅游特色的区域旅游地理信息系统。如西湖景区导游 系统，该系统实现了地图浏览、交通出行、专题地图、宾馆饭店、购物广场、旅游景点等功能，并 利用w e b g i s 技术发布到互联网上，实现了杭州西湖景区的导游和智能化管理【8 】。何华春和石军南 在m a p i n f o 软件支持下，以v b 、m a p b a s i c 和m a p x 控件相结合，开发了武功山风景区旅游地理信 息系统，可对武功山风景区旅游资源进行查询、统计、分析，并提供各景点之间最短路径计算及相 应的图文资料【9 】。江友群等建立了福建省旅游导游系统，应用最新的g i s 、r s 、虚拟三维、大型数 据库等技术方法，建立福建省旅游景点数据库，建立重点景区三维实景模型数据库，实现旅游资源 的查询、定位、三维浏览等功能，一方面可以作为用户出游前的导游资料，同时，也可以作为景点 规划、新景点开发、旅游线路设计等的辅助工具【l 们。 华东师范大学的李超勤、王铮、邱报等研究了中国国家级旅游风景区的市场域、旅游域基本模 型，利用m a p l n f o 和v i s u a l b a s i c ，基于g i s 开发了国家级旅游风景区分析决策系统，通过该系统可 对我国1 1 9 个国家级旅游风景区进行查询、统计以及进行各城市之间的旅游市场分析i l l j 。 上海师范大学的朱元嫣、陈能等研究了以3 d si t i a x 为基础平台的旅游场景三维可视化方案，在 现有二维g i s 数据支持下，结合v r 技术实现了上海旅游高等专科学校校园三维场景可视化，并详 细讨论了数字城市中建筑物立面、纹理等信息的现场获取方法和建模的关键技术【1 2 1 。 吉玮、薛丽芳、黄莺等利用1 ：2 5 0 0 0 地形图在a r c v i e wg i s 中建立d e m ，采用e r d a si m a g i n e 的三维显示功能，在自定义的投影坐标系统下，通过d e m 和遥感正射影像的叠加，生成了连云港 连岛海滨旅游度假i ) ( 的三维地形景观副1 3 】。 朝夕科技最新推出了互联网三维地理信息系统发布平台d r a w s e ee a r t h 。在旅游信息领域中 d r a w s e ee a r t h 三维平台搭建的“数字中国山川美景三维发布系统”向全球展示了一个全方位、立体 的中国大陆自然风貌、历史文化景观、旅游景点信息的公共服务平台。直观快捷地提供各种旅游信 息服务。海量三维数据高速浏览地形数据三维场景3 6 0 。浏览旅游路线规划、制定、保存景区信息 查询、定位、真实再现、事先预览；手持g p s 路线规划；通过i ) l a w s e ge a r t h 三维平台，旅行者能 坐在家里或者办公室就能够获知目的地的详细信息，并且浏览旅游地的景观，而不用再通过图片或 者粗略的地图浪费时间了。 ( h t t p ：l l w w w d r a w s e e c o r n d r a w s e e p r o p r 0 3 h t m l # ) 综上所述，目前的旅游地理信息系统侧重于对旅游资源的数字化以及在此基础上进行的统计、 3 东南人学硕士学位论文 分析和管理，且多以文字、表格或图片的形式来表达旅游资源，g i s 的空间分析功能实现得不多， 而一些结合了g i s 功能的旅游信息系统，也主要是基于在二维电子地图上对旅游数据进行分析和查 询，现实中的景物被抽象成平面的点、线、面，景区环境的可视化程度不高。从目前三维g i s 和旅 游地理信息系统的应用趋势来看，虚拟旅游系统有着广泛的应用前景。结合g i s 数据管理功能和空 间分析功能，对地形、地物和环境进行三维重建的导游三维g i s ，一方面要既能提供景区的三维虚 拟环境，让游客从多角度欣赏到景区的面貌，可以按照自己的旅行日期计划安排旅游日程，并对所 经过的旅游线路自动进行全程虚拟演示；另一方面也可以根据消费档次、个人兴趣爱好智能推荐旅 游景点、交通线路、下榻宾馆饭店等，虚拟仿真显示出最佳旅游线路、景点，这样设计出的导游三 维地理信息系统应用后才能达到吸引人气、刺激旅游消费欲望的目的。 1 3 研究目标及研究内容 1 3 1 研究目标 本文研究的目标是将三维g i s 技术应用到旅游地理信息系统中，建立三维虚拟场景，开发旅游景 区导游三维g i s ，实现景区三维场景的显示、漫游及旅游信息的查询，为旅行者推荐合理的游览线路， 并在三维场景下模拟线路行驶。 1 3 2 研究内容 本文以常州市武进春秋淹城遗址风景区为例，进行三维g i s 的研究。主要研究内容包括： 1 ) 三维建模的方法 三维建模分为空间几何建模与纹理建模，不同来源的数据有不同的软取方法，在开始建模前要 制定合理的数据获取方案。研究基于g o o g l e s k e t c h u p 三维建模方法，在保留其建筑物形状特征的基 础上尽可能地减少数据量。对重点地物和非重点地物采取不同精度的建模，突出重点建筑物和重要 景观设施，弱化非重点地物和辅助景观。 2 ) 三维数据模型及格式转换方法 将通过三维建模软件创建的s k p ( 幸s k p ) 格式的模型转化为a r c g i s 中的三维数据模型m u l t i p a t c h 格式，并将不同类型的模型分层存储在空间数据库中。在数据转换的过程中，纹理丢失是一个很普遍 的问题，需要研究如何保留纹理贴图，使得其真实地表现地物的本来面貌。 3 ) 空间数据模型和数据库 三维g i s 系统涉及的数据包括空间数据和属性数据两大类，其中空间数据由基础底图和专题图构 成，专题图在基础底图的基础上生成，包含了地理对象的空间位置和形状信息。属性数据大部分是 公共数据库中的数据，同时包括一些专题数据库。系统采用e s r i 的空间数据模犁g e o d a t a b a s e 来存储 空间数据。研究g e o d a t a b a s e 的存储结构以及对系统的空间数据进行分层，设计合理的数据存储结构， 有效地管理三维和二维地理空间数据，以提高系统处理和访问数据的效率。 4 ) 系统开发 在v i s u a lc 撑n e t 平台下，基于a r c g i se n g i n e 组件库进行集成次开发设计。集成二次开发既可 以充分利用可视化软件开发工具的高效方便的编程功能，又可以充分利用g i s 丁具软件完备的空间数 据可视化分析处理功能，集二者之所长，能大大提高应用系统的开发效率，并使系统具有外观美观、 功能完善、可靠性好、便于维护等优点。a r c g i se n g i n e 提供了大量高级开发控件，使开发人员可 以建立或扩展g i s 应用程序和创建高质量的地图用户界面，实现系统的数据可视化显示、图形变换、 空问查询等功能。 论文共分为六章，各章内容简要如下： 第一章介绍论文的研究背景及意义，分析旅游地理信息系统和三维g i s 在国内外的研究和应用现 状，阐述本论文的研究目标和研究内容。 4 第一章绪论 第二章阐述相关技术的研究，主要包括三维建模软件的比较与选择、g i s z 次开发平台及技术介 绍、空间数据库的研究等。 第三章介绍三维建模和模型转换的方法。首先介绍获取系统三维空间数据的途径和方法，然后 利用g o o g l e s k e t c h u p 软件，进行旅游景区场景的三维模型重建。 第四章对淹城导游三维g i s 进行总体设计。首先介绍旅游景区的背景情况，进行系统的需求分析， 接着划分出系统的体系结构和功能模块，然后设计出系统的空间数据存储结构，最后对系统的开发 平台做了详细的分析。 第五章详细介绍系统的开发和实现过程，阐述图层控制模块、三维浏览模块、二三维窗口互切 换模块、空间查询模块、旅游服务信息查询模块、旅游线路模拟模块、多媒体信息查看模块的设计 和实现过程。 第六章为结语部分，包括研究工作的总结及今后的展望。 5 东南大学硕士学位论文 第二章导游三维g i s 的相关技术研究 导游三维g i s 涉及到的相关技术主要有三维建模软件的选择、三维g i s 系统的开发方式和开发 平台、空间数据的组织与管理等。本章就这几个方面阐述目前导游三维g i s 领域的关键技术。 2 1 三维建模软件和三维g i s 开发软件 2 1 1 三维建模软件 三维建模，计算机图形技术的快速发展带动了三维造型技术的快步发展，三维可视化与图形渲 染工具越来越多。每种三维图形工具都有其特定的三维数据格式，或者支持了某一种通用的数据格 式，冈此，在选择三维建模软件的时候需要考虑该软件所建立的三维模型能否最终可以转换为通用 的数据格式。能够支持三维显示的数据模型种类很多，如a u t o d e s k 公司的3 d s 格式、d x f d w g 格 式三维数据模型，m u l t i g e n 公司的o p e n f l i g h t 格式三维模型，g o o g l e 公司的s k p 格式三维模型，以 及通过v r m l 语言创建的v r l 格式三维模型【l4 1 ，如表2 1 比较了它们的特点及通用性，以此来选 择一种适合系统开发需要的数据格式。 表2 1主要三维数据格式及对应软件系统 文件格式主要特点软件系统通用性 d x f ，d w g几何形体+ 颜色 a u t o c a d 好 3 d s 几何形体+ 颜色+ 纹理+ 光照+ 相机+ 动画 3 ds t u d i om a x很好 o p e n f l i g h t 几何形体+ 颜色+ 纹理+ 光照+ 相机+ 动画m u l t i g e n 较好 s k p几何形体+ 颜色+ 纹理+ 光照+ 相机+ 动l 田j g o o g l e s k e t c h u p 较好 v 订几何形体+ 材质+ 纹理 躁 贬 较好 d x f d w g 是将平面图形进行拉伸而获得的块状三维模型，不具备很高的几何细节，且没有拓 扑信息，在三维g i s 中应用有限。3 d s 、o p e n f l i g h t 、s k p 格式的三维模型则直接利用三维数据创建 和编辑，具有很高的细节程度，能逼真地表达现状与规划设计意图，并且多为实体模型，具有一定 的拓扑信息，无论对于三维可视化还是空间分析都具有很大的价值，冈此这一类模型在三维g i s 中 应用较为广泛。在g o o g l e s k e t c h u p 软件中，提供了将s k p 格式模型转换为a r c g i s 支持的三维数据 格式m u l t i p a t c h 的接口，因此本文选择g o o g l e s k e t c h u p 作为三维建模的软件工具。 g o o g l e s k e t c h u p 是一款应用于建筑领域的全新三维设计软件，利用它能自由地创建三维场景和 物体，其s k e t c h u p 6e s r i 插件可以很好地与a r c g i s 实现交互，制作出逼真的视觉效果。s k e t c h u p 模型具有延展性和灵活性，关键在于线( 也称为边线) 与表面这两个基本作图组件的几何学拓扑中。 s k e t c h u p 的所有模型中，线是几何体的基本，线在三维空间中互相连接组合成面的架构，而表面是 由这些线同合1 仃成的。被局限在平面上的面基本上就是“填满”同一平面上线与线之间的空间形体。 g o o g l e s k e t c h u p 与其他简单的c a d 系统相比具有非常高的智能，同时也比参数设计系统更为 灵活。而且利用此智能，以相当简单的接口，就能提供推拉等功能与自动折叠功能等高级技术，使 得设计者可以更好地关注模型本身而不是一系列复杂的操作命令，从而大大简化了建模的步骤，提 高了建模的效果i l 川。 2 1 2 三维g i s 开发软件 目前，几乎所有的g i s 软件都在增加三维可视化功能，使得原有的2 dg i s 能够表现现实世界 中的三维对象，如a r c v i e w 3 da n a l y s i s ，m g e 等软件系统。还有一些三维可视化软件用于虚拟漫游 6 第二章导游三维g i s 的相关技术研究 等场合，如v e g a 系统，v n ( 等【m 】。下面介绍一些具有代表性的三维开发软件系统。 1 a r c g i s3 da n a l y s t a r c g i sd e s k t o p 中3 d 分析扩展模块中可用于三维场景展示的程序为a r c g l o b e 和a r c s c e n e ，可 以在3 d 空间中显示分析2 d 或3 d 数据。a r c s c e n e 是一个适合于展示小数据量小场景精细三维透 视场景的平台，可以在三维场景中漫游并与三维矢量与栅格数据进行交互。a r c s c e n e 是基于o p e n g l 的，支持t i n 数据显示。显示场景时，a r c s c e n e 会将所有数据加载到场景中，矢量数据以矢量形式 显示，栅格数据默认会降低分辨率来显示以提高效率。a r c g l o b e 是a r c g i s 9 0 之后出现的新产品， 设计用于展示大数据量的场景，支持对栅格和矢量数据无缝的显示。a r c g l o b e 基于全球视野，所有 数据均投影到全球立方投影( w o r l dc u b ep r o j i e c t i o n ) 下，并对数据进行分级分块显示。为提高显示效 率，a r c g l o b e 按需将数据缓存到本地，矢量数据可以进行栅格化【1 7 】。 2 i m a g i s 适普公司的i m a g i s 能够进行三维模型的建立、可视化，具备一定的分析功能。i m a g i s 分为 两大部分：三维地理信息系统和平面图形编辑系统。该系统在数据的管理上采用了矢量数据和栅格 数据混合管理的数据结构，二者可以相互独立存在，同时，栅格数据也可以作为矢量数据的属性， 以适应不同情况下的要求。i m a g i s 主要应用于水利、城市规划、环保等领域【l 引。 3 s k y l i n et e r r a e x p l o r e rp r o t e r r a e x p l o r e r p r o 是s k y l i n e 公司的t e r r a s u i t e 系列软件产品中的一部分，提供了强大的三维地理 可视化解决方案。它是一个桌面应用程序，使得用户可以浏览分析空间数据，并可以对其进行编辑。 也可以在上面添加二维或者三维的物体、路径、场所以及地理信息文件，可以进行测量及各种分析。 t e r r a d e v e l o p e r 软件开发工具以a c t i v e x 控件形式提供丰富的t e r r a e x p l o r e r p r o 应用客户化定制功能。 开发人员可在t e r r a e x p l o r e rp r o 环境中，利用t e r r a d e v e l o p e r 开发工具，集成t e r r a e x p l o r e rp r o 软件 系统的全部功能， 开发自己的3 d 可视化应用系统。客户化开发的系统可以是应用程序，也可以以h t m l 网页形式实 现【1 9 】。 4 g o o g l ee a r t h g o o g l ee a r t h 是一个很有代表性的三维浏览软件。它在4 0 版本中增加了3 d 插件，能够显示三 维地形和建筑物纹理贴图，能定位到用户感兴趣的三维地物上，支持用户上传自定义三维坐标，极 大地丰富了场景的三维显示。 5 l a 。p g i s m a p g i s 具有三维建模与可视化功能。其中，三维矢量模型采用面向实体和拓扑数据组织，实 现t i n 、三维景观和三维地质模型数据的一体化存储管理【2 0 】。m a p g i s 的三维景观系统支持通过二 维矢量数据自动构建三维实体模型，允许对三维场景中的三维实体进行多级组合，提供触发点机制， 并提供网络远程操纵三维场景的能力，支持三维模型数据的网络分布式应用。m a p g i s 采用纹理库 统一管理纹理数据，支持海量纹理数据的压缩存储与调度，提供统一的三维视窗开发平台，兼顾 o p e n g l3 1 和d i r e c t 3 d8 1 两种三维渲染引擎，并保持高低端硬件的兼容。 从总体上来讲，国外的三维g i s 软件在性能和功能上占有优势，但是，随着我国g i s 产业的不 断发展，国产三维g i s 平台的性能、功能也日益提高，正在逐步应用到更广泛的领域。 2 2g i s 二次开发的方式、平台及技术 2 2 1g i s 二次开发模式 g i s 常用的二次开发模式分为单纯二次开发、集成二次开发两种。 单纯二次开发是指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。g i s 工具软件 大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如a r c l n f o 的a m l 、m g e 的m d l 、m a p l n f o 的m a p b a s i c 等，用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的 7 东南大学硕上学位论文 应用程序。但是，对于g i s 基础软件的开发者来说，设计一套二次开发语言是不小的负担；学习二 次开发语言对于用户和应用开发者而言也是负担。而且，进行二次开发的宏语言，作为编程语言的 功能极弱，开发往往受到限制，难以处理复杂问题。 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件，如a r e g i s 、m a p l n f o 等，实现g i s 的基本功能， 以通用软件开发工具如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 等为开发平台，进行二者的集成开发。其 中组件式g i s 开发方式是指利用g i s 工具软件生产厂家提供的g i s 功能控件，如e s r i 的a r c o b j e c t s 、 a r c g i se n g i n e 、 m a p o b j e c t s ，m a p l n f o 公司的m a p x 等，在d e l p h i 等编程工具编制的应用程序中， 直接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。 由于单纯二次开发受g i s 工具软件提供的编程语言的限制，效果又不理想，凶此，结合g i s 工 具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为g i s 应用开发的主流方式。它的优点是既 可以充分利用g i s 工具软件对空间数据的管理、分析功能，又可以利用其他可视化开发语言具有的 高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软 件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果、更强大的数据库功能、可靠性好、易于移植、 便于维护。 c o m 是由微软公司提出的主要应用在w i n d o w s 操作系统平台上进行不同语言协作开发的一种 标准。组件之间的接口是组件软件的关键，因为接口是双方进行通信的基础。当使用c o m 对象开 发时，开发人员不能直接使用c o m 对象，而是通过接口获得对象方法，每个c o m 对象可以实现多 个接口，不| 一的对象可以有相同的接口。组件式g i s ( c o m g i s ) 是软件组件技术在g i s 软件开发中 的应用，它是指基于组件对象平台，以一组具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供 的g i s t 2 1 】。c o m g i s 通过使用可视化的软件开发工具将各组件集成起来，形成最终的g i s 应用。因 此，c o m g i s 代表了当今g i s 发展的潮流。 e s r i 公司先后推出的多种组件式g i s 软件平台有m a p o b j e c t s 、a r c o b j e c t s 和a r c g i se n g i n e 。 a r c o b j e c t s 是e s r i 打造的全组件式g i s 平台，是a r c g i s 的功能核心，是a r c m a p 、a r c c a t a l o g 、 a r c s c e n e 等桌面应用程序的开发平台，但a r c o b j e c t s 不是独立的应用产品，而是依附桌面应用程序 的软件开发包。a r c g i se n g i n e 其对象与平台无关，为开发人员提供了一种新的战略部署。 2 2 2g i s 二次开发平台和技术 1 a r c g i se n g i n e 开发技术 a r c g i se n g i n e 是一组跨平台的嵌入式组件库，是a r c g i s 软件产品的底层组件，用来构建定制 的g i s 和桌面图应用程序，或是向原有的应用增加新的功能。a r c g