（摄影测量与遥感专业论文）基于webgis的数字社区三维建模与信息发布研究.pdf

摘要“数字社区”是数字城市的重要组成部分，是现实社区和由数字技术所营造的虚拟社区的有机结合，它的建立使人们能提前感受到数字城市的缩影。虽然每个社区在组建上有不同的特色，但最主要的仍然离不开计算机网络和地理信息系统。目前，对于建立网络3 dg i s 的数字社区来说，最关键的技术就是社区三维建模方法及由建模方式制约的社区交互发布方式。当前，网上社区中，网站发布只限于二维场景或用3 d m a x 等三维建模软件做的三维效果图，即便有用v r m l构建的三维动态模型，大部分也是只能室外浏览、漫游，网站仅仅提供小区楼盘鸟瞰、小区楼盘位置和套型汇总。这些功能远远不能满足市民的需要，在真实世界中，小区和建筑物都是以三维形式存在，建筑物内部才是数字社区中最为重要的因素，因此只有在网上社区发布中结合建筑物室内场景应用的数码小区才称得上是一个完整的应用系统，这样的应用才更具生命力，从室外进入室内，实现室内室外一体化是数码小区进一步发展的必然。本文针对数字社区中由建模方式导致的交互性不高和网络发布的问题，利用纹理数据加3 d sm a x 软件加v r m l 交互建模工具建模，提高数字社区的交互性；同时利用a r c l m s 实现了社区模型的发布和查询。本文的主要内容和工作如下： 一直以来，数字社区中对社区的形象性、交互性重视不够。本文在对网络3 d g i s 三维建模方式进行比较的基础上，充分利用虚拟现实建模语言( v r m l ) 的交互性特征及3 dm a x 强大的建模能力，应用3 dm a x 和c o s m o w o r l d s 进行社区三维交互模型构建。数字社区中，建筑物室内自由漫游是一个难点。本文在研究v r m l 的数据结构的基础上，寻求室内自由漫游的解决方式。令h t m l 语言中的标记d i v和c s s 中的s t y l ei d 样式相结合，实现平面图和v p 瑚l _ - - - - 维特定场景的连接，从室外进入室内，进而实现室内室外漫游一体化。研究二维、三维查询一体化。应用a r c i m s 图形发布功能及图层元素的唯一标识i d 实现图形、属性双向查询；应用v r m l 语言的a n c h o r 节点实现三维查询。社区环境一直是居民比较关心的因素，本文利用a r c i m s 的缓冲定位服务，实现小区周围环境设施的定位查询及三维建筑物的一体化查询。以江宁某社区为例，应用a r c l m s 和构建的v r m l 社区交互模型，实现了一个网上社区试验系统。关键词：数字社区，v r m l ，3 d g i s ，v r g i s ，三维查询a b s t r a c td i g i t a lc o m m u n i t yi st h ei m p o r t a n tp a r to fd i g i t a c i t y i ti st h ec o m b i n a t i o no fr e a l i s t i c c o m m u n i t ya n dd u m m y c o m m u n i t y , w h i c hm a k e sp e o p l ef e e lt h er e d u c t i o no fd i g i t a lc i t yi na d v a n c e e a c hc o m m u n i t yh a si t sf e a t u r e ，b u tt h e ya l lc a l l tb ep r e s s e df o rn e t w o r ka n dg i s n o w , i f w ew a n tt oc o n s t r u c taw j b 。3 dg i sc o m m u n i t y ,t h em o s ti m p o r t a n tt e c h n i q u ei st h ec o n s t r u c t i n gm e t h o do f3 dm o d e la n dt h er e l e a s eo fc o m m u n i t y a tp r e s e n t ，i nt h ei n t e m e td e a l i n g ，c i t i z e n so n l yk n o wt h eb u i l d i n gs t a t u si n2 d t h ei n t e m c ts t a t i o n so n l yo f f e rb u i l d i n gp l a n f o r m , p l a c eo fb u i l d i n ga n ds o 吼t h e s ef u n c t i o n sc a l l tm e e tp e o p l e sn e e d i nr e a lw o r l d c o m m u n i t ya n db u i l d i n ge x i s ti nt h ef o r mo f3 d r o o mi si m p o r t a n t , s ow em u s ta d di n d o o rs c e n ei n3 de n v i r o n m e n ti na ni n t e g r a t e da p p l i c a t i o ns y s t e m i ti sm u s tf o r mo u t d o o rt oi n d o o r a i m e da tp o o ri n t e r a c ta n db a dr e l e a s ec a u s e db yt h ep a t t e mo fc o n s t r u c t i n gm o d e l ，t h i sp a p e ri m p r o v et h ei n t e r a c t i o nu s i n gt e x t u r ed a t u m , 3 dm a xa n dv r m l ；b yt h es a m et i m e ，t h i sp a p e rr e a l i z e sm o d e l sr e l e a s ea n dq u e r y m yp a p e r sm a i nc o n t e n ta n dw o r ka r ca sf o l l o w s ：f o ral o n gt i m e ，d i 百t a lc o m m u n i t yh a sp o o rg r a p h i ca r t sa n di n t e r a c t i o n t h ea r t i c l ec o m p a r e sm o d e l i n gm e t h o d so f w e b 一3 dg i sa n dc o n s t r u c t s3 dc o m m u n i t ym o d e lu s i n gc o s m o w o r l d sa n d3 dm a x a tt h es a m et i m e ，t h i sa r t i c l em a k e su s eo f t h ei n t e r a c t i v es p e c i a l i t ya n d3 dm a x sa b i l i t yt oc o n s t r u c t3 dm o d e l ind i g i t a lc o m m u n i t y i n d o o rr o a mi sad i f f i c u l t y 1 1 1 ep a p e rs e e k st h er e s o l v e n to f i n d o o r r o a mb a s e do nd a t as t r u c t u r eo f v r r n l c o m b i n i n gd i vo fh t m lw i t hs t y l ei do fc s s ，w eh a v ec o m p l e t e di n t e g r a t i v er o a m i no t h e rw o r d s ，i c h n o g r a p h yc a n j n m pt ot h e3 ds c e n e ，f o r mo u t d o o rt oi n d o o r r e s e a r c h i n gi n t e g r a t i v eq u e r y r e a l i z i n gi n t e r a c t i v eq u e r yb e t w e e np a na n da t t r i b u t eu s i n ga _ r e i m s sr e l e a s ef u n c t i o na n dl a y e r si d b yt h ew a y ，i ta l s oc a l li m p l e m e n t3 dq u e r y e n v i r o n m e n to f c o m m u n i t yi st h ef o c u so f p e o p l e t 缸sp a p e rr e a l i z e sp o s i t i o nq u e r ya n dd i s p l a yo f e s t a b l i s h m e n ta r o u n dt h ec o m m u n i t y ，u s i n ga r c i m s sb u f f e rf u n c t i o n asae x a m p l e i m p l e m e n t i n gaw e b - c o m m u n i t ye x a m i n a t i o ns y s t e mu s i n ga r c l m sa n dt h ev r m lm o d e l k e y w o r d s ：d i g i t a lc o m m u n i t y ，v r m l ，3 d g i s ，g i s ，v r - g i s ，3 dq u e r yi i第一章绪论1 1 研究背景第一章绪论“数字城市”的研究是当前数字地球研究的重点和热点，“数字社区”作为数字城市的重要组成部分，对“数字社区”三维建模和社区发布方式的研究无疑会对数字城市的发展起到积极的作用。当前，随着信息技术越来越深入普通单位，房产局、房地产商等对社区及其周边环境的管理也要求以信息化的方式来实现，通过网络3 d g i s 可以查询社区及周围设施情况，实现对社区的智能化管理；同时，也需要对建筑实体及建筑实体内部进行智能管理并对其进行广告宣传。传统的做法交互性差，且用户不能按自己的路线浏览。通过网络3 dg i s 的社区浏览查询系统能够实现：实时快速漫游社区三维场景及周边环境；室内室外整体漫游；实现玻璃透明效果；通过网络三维发布功能，实现网上互动的三维景观，同时可以查询楼盘的信息。其效果和影响范围远远胜过传统的砂盘。所有这些使“数字社区”的研究成为未来数字地球研究的一个重要内容。对于建立网络3 dg i s 的数字社区来说，关键的技术就是建筑物三维建模方式及与建模方式相关的社区发布问题。目前，对数字社区的分析研究很多，相关技术的研究也层出不穷。如何去利用这些研究成果甚至比研究成果本身更为重要，同时采用哪种技术去实现也具有重要的意义。以往三维建模实现大都借助于o p e n g l 和3 dm a x ，但是在这些建模方式中，3 d m a x 虽建模功能强大，但缺乏动态功能；o p e n g l 虽可以实现三维动态显示，但网络发布非常困难；而v r m l建模，不仅具有强大的动态交互功能而且数据量小，适合于网络发布，目前很多网站也都采用了v r m l 建模，但它们大都是对社区的外部环境进行漫游，没有与社区中建筑物内部结构结合，限制了交互的完整性。由于数字社区要求实现建筑物室内室外漫游一体化，而现在众多网上社区大部分局限于室外，即便有室内场景也大多是效果图，用户也不能在室内按自己要求漫游。那么应用何种建模技术能实现社区网上发布的动态交互、实现符合用户室内室外漫游、二维三维一体化查询是亟待解决的问题。1 2 数字社区国内外研究现状过去几年，很多专家学者在这一领域开展了多方面的研究。本章主要从建筑物信息获取与建模方法、三维建模技术和数字社区信息发布等方面综述国内外研究状况。河海大学硕士学臣论文基于w e b g i s 的数字社区三维建模与信患发布研究1 2 1 建筑物信息获取与建模方法研究现状在数字社区中，建筑物是重要的部分。因此，在数字社区中建筑物三维建模的工作是一项非常重要的工作。建筑物三维模型的实现会对w e b - 3 d g i s 、虚拟地理环境、数字城市等领域产生前所未有的巨大影响，比如三维虚拟社区、机器人智能导航、车辆辅助驾驶、医疗模拟、交互式游戏、建筑模拟展示、虚拟购物及虚拟博物馆等等。所有这些应用都直接或间接地为数字城市建设提供解决城市三维信息化的有效手段。三维建筑物建模的国内外研究可以从地球信息科学的摄影测量学分支与计算机科学的计算机视觉、计算机图形学分支两个方面进行介绍。数字摄影测量学科中，主要研究基于地理空间矢量数据和城市大比例尺数字影像的三维社区模型构建与显示。由于社区三维景观主要是人造建筑物，所以建筑物信息的获取与模型构建是社区建模的主要内容。目前典型的研究有：检测二维建筑物和d e m 数据【1 】、知觉组合2 l 、线条分析嘲、使用阴影、透视几何等辅助信息f 4 】、直接对建筑物或表面进行建模p 】、基于知识系统拍】、以及通过影像测量并结合物体的几何知识构建出多面体对象模型的方法e 7 1 等：结合已有的二维地图矢量数据利用航空激光扫描 8 - 9 或激光高度计数据 i o - i i 】；利用三维深度传感器、多c c d 相机和彩色高分辨率数字相机获取的数据实现建筑物建模 1 2 1 ；利用虚拟现实技术实现3 dg i s 数据的可视化【1 “”。在计算机视觉和计算机图形学中，主要研究包括三维物体的建模和显示，即从外向内看的三维建模，还包括三维真实场景的建模和显示，即从内向外看的三维建模。目前方法主要分为两类：基于模型的绘制方法( m b r ) 和基于影像的绘制方法( i b r ) 。基于模型的绘制方法中，三维模型数据的获取通常采用c a d 的模型生成器或从实际环境中直接获取；基于图像的绘制方法是通过一个来自多视点的或合成的图像库图片来产生任意视点的新的虚拟图片。国内浙江大学的石教英教授对这两方面进行了卓有成效的研究。但是，这些方法多强调建筑物室外的表现效果，且交互性较低、很少涉及室内场景，对要求交互性较高且有室内漫游操作的应用显然不够适用，另外有些方法的成本也较高。本文采用彩色高分辨率数码相机获取小区的照片数据，对不要求有室内操作的建筑物模型采用基于影像的绘制( i b r ) 方法，通过照片处理软件进行部分建筑物模型的生成：对要求有室内操作的建筑物，采用3 dm a x 和v r m l建模，利用相片贴图，满足社区模型的交互性要求，实现室内室外纹理。同时，因为最终模型是以w r l 文件保存，数据量小，借助于v r m l 浏览器插件，网络发布也非常容易。第一章绪论1 2 2 三维建模技术研究现状现实世界是一个充满三维物体的三维世界，为了使计算机能精确地再现这些物体，必须能在三维空间描绘这些物体。要再现这些三维形体，需要种种技术实现”，即3 d 建模技术。对3 d 建模技术的研究可以从建模工具方面来进行。c a d 技术是2 0 世纪人类杰出的成果之一，它的出现和发展极大地提高了工业设计的效率和质量【1 “。近年来，c a d 技术从最初的平面辅助绘图工具迅速向智能化、三维化、集成化发展，其中三维技术以其突出的优越性，使工业设计实现了技术上的巨大飞跃。但是c a d 进行建模的缺陷在于它要求使用者有专业级计算机造型能力，而且生成的三维动画文件只能为用户被动播放，而不能为用户控制观看m 】。建模难度大、渲染效果差，大大限制了人的主动性。3 dm a x 是2 0 世纪中后期，由a u t o d e s k 公司提供的一款三维制作软件。软件一经推出，即在业界赢得了多方面的赞誉口”。3 dm a x 解决了a u t o c a d 造型能力要求高、渲染不逼真的问题，成为目前制作静态效果图的最佳软件。2 0 0 2年武汉大学的阮晴，何宗宜应用3 d m a x 完成武汉大学校园立体图的制作”，2 0 0 4年，武汉大学的张立亭完成了基于3 d sm a x 的城市小区3 维图的制作【2 ”。虽然3 d m a x 有许多优点，但是和a u t o c a d 一样，三维模型动态交互效果比较差。于是出现了结合o p e n g l ( o p e n g r a p h i c l i b r a r y ) 动态显示三维模型的技术。2 0 0 3年李军发表了基于o p e n g l 构建海洋三维景观的方法研究 2 1 1 ，2 0 0 4 年南京航空航天大学石琼的基于部委的科研项目发表了基于o p e n g l 的三维建模实现方法一文口“，2 0 0 5 年江南大学的王鹏利用o p e n g l 与3 d s 结合实现了三维人体模型【2 ”。o p e n g l 虽然可以实现模型动态效果，但因为其是一个应用程序接口，需要借助于开发平台开发应用程序实现，而这些很难在当前的浏览器中实现，导致网络发布困难。针对数字社区，急需一种网络发布简单又能三维动态交互的技术来实现三维模型构建。v r m l 是一种既能满足网络发布又可以动态显示的建模技术，从本质上说是一种先进的计算机用户接口技术，它通过给用户提供视觉、听觉、触觉等各种直观而自然的实时感和交互手段，最大限度地方便用户操作【2 4 】。2 0 0 4 年电子科技大学的王洪用、，r m l 实现虚拟校园的实时漫游【2 ”，2 0 0 4 年吉林大学的赵灵军等发表了论文v r m l 数据模型的可视化研究口”，2 0 0 5 年，矿业大学的杨永国以矿业大学为例构建了v r m l - - g i s 的三维社区 2 7 1 。可以看出v r m l 在三维方面的研究非常之多，但大部分都集中在研究某个范围内的外部场景的发布、漫游，而对建筑物室内部分的研究却很少。2 0 0 3 年，李德仁提出了室内室外漫游一体化这个概念( 2 8 】，其基础是武汉大学自行研制的数字城市软件，针对其它技术的室内室外一体化研究却不多见。由此可见，外部场景与室内环境的一体化研究是河海大学硕士学位论文基于w e b g i s 的数字社区三维建模与信息发布研究当务之急。本文采用3 dm a x 制作交互建筑物的基础模型，然后把此基础模型导入到v r m l 建模软件c o s m o w o r l d s 中，添加视点，及交互功能，构建了一个三维虚拟数字社区，利用a r c l m s 实现数字社区网络发布、漫游、查询，通过视点和平面图绑定，从室外进入室内，实现室内室外一体化。1 2 3 社区信息发布与查询现状社区信息的发布，从媒体发布形式到组织特定展览，再到现在网站发布信息，已经经历了几十年的路程。目前，网站发布的信息，大部分是二维场景图，用户只能大致了解社区情况。2 0 0 4 年7 月1 日南京市房产局联合南京房地产信息网，开展了南京网上房产交易。这项服务使市民足不出户就可以第一时间掌握南京房地产发展的最新动态以及每一个楼盘的权威资料，网站开通就深受南京市民的喜爱。但是在此网上发布中，用户对开发商楼盘的直观感受只限于二维场景，开发商仅仅提供了小区楼盘鸟瞰、小区楼盘位置和套型汇总。这种方式的优点是：灵活性强。购房者随时随地都可到网上浏览自己感兴趣的楼盘情况。缺点是：真实感差、功能少。因为网上大多是二维图片资料，用户很难有真实的感受，要求有一种方式可以使用户进入室内，并按平面图漫游，实现室内室外一体化交互漫游。空间信息查询是g i s 最基本的分析方法，也是各行各业广泛使用的功能之一，因此优秀的查询功能是g i s 用户追求的目标。在空间信息查询中，最常用的查询方式是：基于空间关系特征的查询和基于属性特征的查询两中方式，这就是人们常说的g i s 中空间一属性的交互查询能力例。分析当前g i s 软件，通过自己开发基本都能实现空间一属性交互查询，但在目前技术条件下，这种查询很难在真三维中实现。而v r i v i l 是一个真三维建模软件，通过v r m l 可以实现场景中的三维查询。在数字信息技术日益发展的今天，应该充分利用网络和数字技术更好的为房地产商及广大购房者服务，使购房者足不出户就可以获得项目概况、房型结构图、浏览进入社区内外”1 ，并在场景中进行三维查询。本文综合利用计算机网络技术、三维模型构造技术、a r c l m s 的h y p e r l i n k 功能、平面图与视点绑定技术，实现二维图到三维实体、室内室外一体化的数字社区发布模式。1 3 本文研究思路与内容本文在分析当前三维社区模型构建与查询研究和应用现状的基础上，总结了当前研究和应用中存在的不足，尝试通过平面图和三维场景中视点绑定，从室外进入室内，实现室内、室外一体化；同时应用a r c i m s 强大的地图发布功能，从4第一章绪论二维图到三维场景，实现二维三维查询一体化。该思路不仅使研究成果得以应用，体现其价值，也适应了当前信息生活的潮流。v r m l 不仅为w e b 一3 d g i s 提供了一种有效的建模方式，弥补了w e b - 3 d g i s 模型构建的不足；也弥补了3 d m a x 等一般三维建模的静态效果。本文建模技术采用交互式的v r m l 语言，系统开发平台采用a r c i m s4 0 ，开发语言采用a s p 。本论文的主要工作有：一直以来，房产销售中对社区的形象性、交互性重视不够。本文在对w e b 一3 d g i s - - 维建模方式进行比较的基础上，充分利用虚拟现实建模语言( v r m l ) 的交互性特征及其脚本语言( j a v as c r i p t ) 功能强大的特性，应用c o s m ow o r l d s 结合3 dm a x 进行社区三维交互模型构建。 社区信息发布中，建筑物室内自由漫游是一个难点。本文在研究v r m l 的数据结构的基础上，寻求室内自由漫游的解决方式。令h t m l 语言中的标记d i v 和c s s 中的s t y l ei d 样式相结合，实现平面图和v r m l _ 2 维特定场景的链接，进而实现室内室外漫游一体化，从室外进入室内。研究二维、三维查询一体化。本文应用a r c i m s 图形发布功能及图层元素唯一标识i d 实现图形、属性双向查询：应用v r m l 语言的a n c h o r 节点实现简单三维查询。社区环境一直是购房者比较关心的因素，利用a r c i m s 的缓冲定位服务，实现小区周围环境设施的定位查询与显示。以江宁某社区为例，应用a r c i m s 和构建的v r m l 社区交互模型，实现了一个网上社区试验系统。本论文结构安排如下：第一章、绪论：分析总结了目前社区模型构建及信息查询的现状、不足，提出利用v r m l 技术和a r c 删s 来解决这些不足；本文研究对于数字社区在理论上、技术上及应用上具有积极的意义。第二章、社区模型构建及三维交互查询操作的实现：本章阐述了社区三维模型构造基本方法、三维建模技术的选择，应用3 dm a x 和v r m l 技术实现社区模型构建及社区场景交互漫游操作，实现建筑物室内室外一体化漫游。第三章、基于w e b g i s 的数字社区发布系统的实现：本章主要讲述发布社区三维场景的方法，重点阐述图形、属性双向查询的方法及和数据库连接的方法。实现平面图的基本视图操作及由平面图到三维场景的操作，实现二维三维查询一体化。第四章、数字社区发布试验系统实现实例：本章以江宁区某社区为例实现了一个试验社区的查询、浏览发布试验系统。河海大学硕士学位论文基于w e b g i s 的数字社区三维建模与信息发布研究第五章、结论与展望：总结本文主要工作和内容，指出在社区建模和浏览查询研究及试验系统的实现和设计开发过程中存在的不足，展望今后进一步改进的思路。第二章数字社区建模及交互漫游的实现第二章数字社区建模及交互漫游的实现2 1 社区三维建模数字社区系统必须运行在三维的环境中，因此三维建模技术是数字社区的重要内容与必要步骤。三维模型就像地图与g i s 的关系一样，是数字城市、数字社区非常重要的技术之一。到目前为止，建模技术虽然已经成为国内外建立数字城市的热点，人们正在通过各种途径进行建筑物及社区的建模，但是必须清晰的认识到：社区建模还有不少关键问题与技术尚未解决。解决了这些问题，才能使社区建模获得迅速发展”。本节就社区建模方式进行探讨，并构建了一个简单的社区模型。2 1 1 社区建模方法与原则社区建模应分为几何建模( g e o m e t r i c a lm o d e l i n g ) 与纹理建模( t e x t u r em a p p i n g ) 两部分组成，具体包括：( 1 ) 正射影像和d e m 构成三维地形( 2 ) 由房屋的几何模型和纹理构成三维建筑物( 3 ) 三维植被与其它地物其中( 3 ) 的纹理一般用虚拟建模实现，计算机图形学的发展对此做出了巨大贡献，在此不做详细叙述。对于( 1 ) 和( 2 ) ，根据要求不同、原始资料不同，社区建模的方案也不相同。例如：欧洲房屋屋顶结构复杂，如果对屋顶建模，必须用航空摄影的影像；反之，若对屋顶三维建模要求不高，房屋的几何模型可以由数字线划图实现，房屋的高度根据楼层数目进行估计。由于无论航空摄影测量还是卫星影像，均是由空中对地观测，不能清晰反映建筑物墙面纹理，并且其花费巨大，适合范围较大、对精度要求不高的项目，诸如数字城市，数字中国等建模。对于小范围、投资小、精度要求高的社区建模可以用地面摄影的方法获取建筑物的纹理数据。随着空间定位与激光技术的发展，由空中对地进行激光扫描的数据，在几何建模中的作用将会越来越重要。因此，社区建模的原始资料、方案、途径很多，如图2 1 所示，其成本差异也很大。7河海大学硕士学位论文基于w 曲g i s 的数字社区三维建模与信息发布研究图2 1 小区建模方案图社区建模的途径虽然比较多，在技术上也并不复杂，好像很容易实现，但事实上因为最终应用领域不同，也不尽然。目前建模的问题，可以归纳为：( 1 ) 创造几何实体根据复杂度不同，工作量也有所不同，对于结构复杂，要求精确的社区模型，建模的工作量很大，对硬件的要求高，工作周期太长。( 2 ) 对于所建立的规划模型很难与周边环境融合，大大降低工作满意度。( 3 ) 因为漫游需要实时完成，需要代价比较高昂的硬件绘制设施和显示设备。简单的说，就是工作量大、资料量大、成本高、结果不完善。2 1 2 建筑物模型的构建本文针对社区范围较小，对交互性要求较高的特性，根据v r m l 建模原理，选用交互功能很强的v r m l 软件( c o s m ow r o l d s ) 来构建社区模型。这里要做的，主要有如下几步：s t e p l ：建筑物几何模型构建这一步主要用到面片节点，其语法结构如下：第二章数字社区建模及交互漫游的实现s y n t a x ：n d e x e d f a c e s e t c o o r dn u l lc o o r d l n d e xl |c o l o rn u l lc o l o r l n d e xt |c o l o r p e r v e r t e xt r u en o r m a in u l ln o r m a l l n d e xl1n o r m a l p e r v e r t e xt r u et e x c o o r dn u l lt e x c o o r d l n d e xl1c c w t r u ec o n v e xt r u es o l i dt r u ec r e a s e a n g l e00建筑物几何模型的表现如下：表2 1图2 , 2 建筑物几何模型s t e p 2 ：纹理贴图对于v r m l 的纹理建模，其实就是在各个几何形状节点中增加纹理，因为几何形状不同，纹理表示也不仅相同，不过大部分节点会有一个纹理域t e x t u r e ，下面以模型中s h a p e 节点来说明纹理域的应用即：9河海大学硕士学位论文基于w e b g i s 的效字社区三维建摸与信息发布研究s h a p e a p p e a r a n c ea p p e a r a n c e (m a t e r i a lm a t e r i a lfd i f f u s e c o l o r0 0 0a m b i e n t i n t e n s i t y1t e x t u r ei m a g e t e x t u r e u r l ”t l 1 g i f ”纹理建模表现形式如图2 3 所示：图2 3 建筑物纹理模型s t e p 3 ：视点创建视点是控制交互的关键，视点位置和数量的条件决定了以后交互功能的强弱。本建筑物创建了2 8 个视点，基本可以交互到室内的每个细节问题。s t e p 4 ：路径创建路径( r o u t e s ) 是在产生事件的节点和接收事件的节点问进行交互的简单方式，创建的场景中好多交互都是由它来完成的。其语法结构如下：r o u t en o d e e v e n t o u tc h a n g e dt on o d e s e t e v e n t l n这里建筑物路径图如下所示：第二章数字社区建模及交互漫游的实现图2 4在本文所构建的模型中，实现了以下几个节点传感器间的路径：r o u t ed o o r _ p s e n t e r t i m et of a s tt i s s t a r t t i m er o u t ef a s t j i s f r a c t i o n c h a n g e dt od o o r o p e n _ 0 1 s e t f r a c t i o nr o u t ed o o r o p e n _ o i v a l u e c h a n g e dt od o o r _ t r r o t a t i o nr o u t ed o o r _ p s e x i t t i m et os l o w j i s s t a r t t i m er o u t es l o w _ t i s f r a c t i o n _ c h a n g e dt od o o r c l o s e _ 0 1 s e t f r a c t i o nr o u t ed o o r c l o s e o i v a l u e c h a n g e dt od o o r _ t r r o t a t i o nr o u t eg a r d o o r p s e n t e r t i m et of a s tl t i s s t a r t t i m er o u t ef a s tl _ t i s f r a c t i o n _ c h a n g e dt og a r d o o r o p e n o i s e t f r a c t i o nr o u t eg a r d o o r o p e n o i v a l u e _ c h a n g e dt og a r d o o r _ t r r o t a t i o nr o u t eg a r d o o r p s e x i t t i m et os l o w lr i s s t a r t t i m er o u t es l o w lt i s f r a c t i o n _ c h a n g e dt og a r d o o r c l o s e _ o i s e t f r a c t i o nr o u t eg a r d o o r c l o s e _ o i v a l u e c h a n g e dt og a r d o o rt r 2 1 3 社区环境的构建树在社区环境中起到必不可少的作用，本文树模型的构建采用简单的面片相交后贴图实现。这里充分考虑到人的视觉需求，在不影响社区大体效果的情况下，简化了制作程序。其几何模型如下图：河海大学硕士学位论文基于w e b g i s 的数字社区三维建模与信息发布研究其纹理模型如下：图2 5 树的几何模型图2 6 树的纹理模型另外，社区中道路、围栏等相对较简单，这里不再详细叙述其建模过程。社区总体表现如下：图2 7 社区俯视图2 2 社区动态交互漫游在计算机图形学中，交互处理是必不可少的部分；一个图形系统，必须允许第二章数字社区建模及交互漫游的实现用户能动态地输入位置坐标，指定选择功能，拾取操作对象，设置变换参数等，需要一个用户接口。本文所谈及的交互，主要包括以下的一些操作技术，首先是所生成的平面图形的放大、缩小、选择、查询等功能的实现，然后是建筑物三维目标的浏览漫游，并对三维场景中的建筑物属性进行查询。在二维g i s 软件及一些常用图形处理软件中，放大、缩小、漫游、旋转等功能已经成了对图形、图像操作的最基本的功能，在二维g i s 软件中，以上的各种操作主要是通过逻辑窗口和当前屏幕窗口之间的转换，然后通过屏幕的刷新来实现屏幕上要素的更新。而在三维场景中，放大、缩小、漫游等功能可以含有两种含义，一种是屏幕上组成物体模型的象素的放大、缩小等，另一种就是通过视见区的变换，视点的改变来改变屏幕上可以观察到的场景的范围，比如放大时，场景范围缩小，同时，被观察图形变大，相对应的三维图形的比例也变大；缩小时相反；旋转相当于观察时场景的旋转，比例不变。本节利用v r m l 及其脚本语言( j a v a s c r i p t ) 实现三维场景的缩放、漫游，实现平面图与三维场景的交互、实现室内室外一体化。2 2 i 场景一体化漫游本节的目标是让三维场景动起来。v r m l 标准中对室外场景的交互漫游操作已经非常成熟，应用v r 儿插件( a k 文应用c o s m o p l a y e r 2 o ) 用户可以方便的进行放大、缩小、旋转等视图操作。因为本文主要讲述室外室内一体化浏览，所以主要分析了从室外到室内漫游中所应用的方法。在讨论实现前，先介绍一个v r m l 节点，视点( v i e w p o i n t ) 。视点是一个描述化身位置和漫游参数的节点，其语法结构如下：v i e w p o i n tff i e l d o f v i e w0 7 8 5 3 9 8p o s i u o n0 01 0o r i e n t a t i o n0 010d e s c f i p t i o n ”j u m pt r u e)表2 2其中，j u m p 决定视点从当前视点跳转到一个新视点。如果j u m p 是t r u e ，化身将沿路径从当前视点跳转到新视点，反之，j u m p 是f a l s e ，则视点的简单改变河海大学硕士学位论文基于w e b g i s 的数字社区三缝建模与信息发布研究并不影响化身的位置。2 2 2 定时与定线漫游设定路线漫游动态显示，最重要的是建立时间和数据驱动的动画机制。在w i n d o w s 环境下进行三维交互设计时，需要使用系统定时器。系统定时器作为w i n d o w s 的一种输入设备，它可以周期性地提醒应用程序应该完成哪些工作。系统定时器可用于计时、唤醒应用程序、切换多任务、处理自动存储问题、保持恒定速率和终止应用程序等。w i n d o w s 为程序开发者提供了几个计时器的函数，下面介绍本文中用到函数：1 ) s e t t i m e o u t ( f u n c ti o n ，i n t e r v a l )此函数的作用是在一定时间后执行某函数。其中，第一个参数为超时后调用的函数名，第二个参数为超时值，以微秒为单位。如果要停止此计时器，必须保存调用这个s e t t i m e o u t ( ) 函数后的返回值，通过c l e a r t i m e o u t ( i d ) 函数来消除计时器。2 ) c l e a r t i m e o u t ( )清除s e t t i m e o u t ( ) 的设定3 ) a l e r t ( )弹出o k 对话框给定路线漫游的原理是：通过转换视点，移动化身的位置。其缺点是，化身的漫游路径是确定的，用户不能操作。给定路线漫游的实现步骤如下：1 ) 根据漫游路径，定义视点。本文中定义了2 8 个视点，v l _ v p v 2 8 _ v p2 ) 设定漫游函数t o u r ( ) ，此函数定义了漫游的条件，实现了给定路径漫游。其具体实现如下：f u n c t i o nt o u r 0(n 叫一( 一1 ) ；i f ( t r 0 1 f l y o ；e l s e s t o p o ；f u n c t i o nf l y oc l e a r t i m e o u t ( t i m l ) ；l4第二章数字社区建模及交互漫游的实现i f ( i 2 7 ) i _ o ；i + + ：v p = l v f + i + i _ v p ；a l e r t ( v p ) ；s c e n e e n g i n e n o d e s ( v p ) f i e l d s ( ”s e t _ b i n d ”1 。t r u e ；t i m l = s e t t i m e o u t ( ”f l y ( ) ”，3 0 0 0 ) ；2 2 3 交互动态漫游因为给定路线的漫游缺乏交互性，用户不能按自己的意愿进行漫游，所以在一定程度上限制了用户的积极性，那么为了满足用户更好的需求，本文提出结合平面图和三维室内场景中的视点，使用户不仅可以室外漫游，还可以按自己需要决定漫游视点进入室内，实现室内室外一体化交互漫游。交互漫游实现步骤：1 ) 确定页面的c s s 格式，分别定义楼层平面图中感兴趣位置的标志，本文实现如下：2 ) 平面图到视点的关联这里以第一层为例，具体实现如下： 3 ) 平面图与三维室内关联示例图2 8 平面图与三维图形关联图l6第二章数字社区建模及交互漫游的实现2 2 4 三维场景中的查询图2 9 由平面图进入室内本节讨论的三维交互分为室外和室内两个方面，都是借助于v r m l 中的a n c h o r 节点。室外交互因为场景是基于地形表面( d e m ) 的相关应用，严格地说，应称为2 5 d ：而室内场景是基于建筑结构模型的应用，在垂直方向上有不同楼层及物体分布，因此可以称为真正的3 dg i s 。实现的基本思路是：首先建立房间属性的a s p 页面( 包括地板材料，墙体结构等) ，然后在墙面的某个地方增加一按钮实体。当用户进入房间需要了解这些信息时，点击该按钮。按钮实体与a s p 网页绑定的实现如下：a n c h o r c h i l d r e n s h a p e a p p e a r a n c ea p p e a r a n c e m a t e r i a lm a t e r i a l d i f f u s e c o l o rl00)g e o m e t r yb o x s i z e0 1 o 1o 5 1】u r l ”w a l l a t 订i h t m ”d e s c r i p t i 0 1 3”墙体材料”第三章基于w c b g i s 的数字社区芨布系统的宴现3 1 概述第三章基于w e b g i s 的数字社区发布系统的实现本文中建立数字社区的最终目的是为了在i n t e r n e t 上发布用户关心的社区场景，因此对于社区场景的w e b 发布是本文研究的重要内容。本章主要实现社区三维场景发布的方法，重点阐述图形、属性双向查询的方法及和数据库链接的方法。实现平面图的基本视图操作及由平面图到三维场景，从二维图到三维场景，实现二维三维查询、浏览一体化；在三维场景中实现室内室外浏览、漫游一体化。为了实现w e b 环境下数字社区室内室外一体化的网络发布方式，本文引入了w e b g i s 的支持。在w e b g i s 支持下，用户在浏览器中浏览相应的房产平面图，通过客户端的开发可以让用户直观的指定希望观察的任意区域三维场景，同时在三维场景中可以任意漫游。3图3 1w e b g i s 技术结构图( 以a r c i m s 为例)a r c i m s 主要用于在i n t e r n e t 上提供g i s 服务，a r c l m s 可以制作地图服务河海太学硕士学位论文基于w e b g i s 的数字社区三维建模与信息发布研究( m a p s e r v i c e s ) 、开发与地图服务进行通讯的w e b 页面，并且进行站点管理。a r c i m s 是一个由客户端部件和服务器端部件组成的分布式系统。客户经过i n t e r n e t 或i n t r a n e t 服务器向h r c l m s 发出请求信息，a r c i m s 服务器处理该请求，并将结果返回到客户浏览器。其体系结构图m 1 如下：图3 2a r c i m s 体系结构图3 3 基于s q ls e r v e r2 0 0 0 的数字社区管理m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 是一种典型的具有客户机服务器体系结构的关系型数据库管理系统，它使t r a n s a c t - - s q l 语句在客户机和服务器之间传送请求和回应。s q ls e r v e r2 0 0 0 客户机服务器体系结构如下图所示：客户机。一应用程j 亭0服务器os q l s e r v c r 2 0 0 0 图3 3s q ls e r v e r2 0 0 0c s 结构示意图m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 具有完备的w e b 功能，适合于b t o