數(shù)字校園建設(shè)研究

數(shù)字校園建設(shè)研究摘要翻譯成英語第一部分前言，整體介紹全國數(shù)字校園的背景、概念、特點(diǎn)、建設(shè)意義、國內(nèi)現(xiàn)狀。第二部分?jǐn)?shù)字校園建設(shè)當(dāng)前采用的主要技術(shù)，分類概述（基于3維可視化地理信息系統(tǒng)軟件MAGIS建設(shè)數(shù)字校園、基于WebGIS的數(shù)字校園技術(shù)、基于SupernaturalGIS數(shù)字校園建設(shè)技術(shù)）。第三部分歸納總結(jié)第二部分對今后的數(shù)字校園建設(shè)的幫助和對今后數(shù)字校園需要向哪方面發(fā)展的展望?；贕IS的數(shù)字校園建設(shè)研究摘要：（一）前言新世紀(jì)的教育必須適應(yīng)信息化社會(huì)需求。為此，世界發(fā)達(dá)國家以信息技術(shù)對教育的影響和作用最為重視，重新調(diào)整教育目標(biāo)，制訂教育改革方案，加快推進(jìn)教育信息化建設(shè)。近些年來我國也十分重視教育信息化，特別是在“面向2l世紀(jì)教育振興行動(dòng)計(jì)劃”中強(qiáng)調(diào)推進(jìn)教育改革的重點(diǎn)就是利用信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。人類已進(jìn)入信息時(shí)代，在新世紀(jì)里，信息化的浪潮一浪高過一浪。一個(gè)地區(qū)信息化的程度已經(jīng)成為衡量其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和文明發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。1998年1月31日，美國前副總統(tǒng)戈?duì)柺状翁岢隽恕皵?shù)字地球”的概念，他認(rèn)為：數(shù)字地球是指一個(gè)以地球坐標(biāo)為依據(jù)的、具有分辨率的海量數(shù)據(jù)和多維顯示的虛擬系統(tǒng)。于是，世界各國紛紛制定計(jì)劃，力圖搶占信息社會(huì)的制高點(diǎn)。近幾年來，“數(shù)字地球”、”數(shù)字城市”、”數(shù)字小區(qū)”已成為地球空間信息科學(xué)研究的熱點(diǎn)。隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的迅速發(fā)展，“數(shù)字**”的應(yīng)用領(lǐng)域也是越來越廣，深入到了社會(huì)生活的各個(gè)方面。數(shù)字城市，具體是通過建設(shè)空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)、多媒體信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和地理信息平臺(tái)，整合城市全部的信息資源，實(shí)現(xiàn)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)等的信息化?！皵?shù)字校園”就是在這一信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上提出的，試圖用層次化、整體的觀點(diǎn)來規(guī)劃、實(shí)施學(xué)校的信息化建設(shè)為教育信息化確定一個(gè)清晰的目標(biāo)。數(shù)字校園的建設(shè)將對學(xué)校所有信息資源進(jìn)行統(tǒng)一的、科學(xué)的組織與管理，對校園網(wǎng)上的信息進(jìn)行更好的組織和分類，讓用戶在網(wǎng)上快速發(fā)現(xiàn)自己需求的信息，為師生提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上信息交流環(huán)境，讓管理人員科學(xué)地、規(guī)范地管理自己的數(shù)據(jù)，并將這些信息以最有效的方式、更方便地發(fā)布，提供給用戶服務(wù)。（二）、國內(nèi)高校數(shù)字校園的現(xiàn)狀高校校園信息化建設(shè)主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段：以硬件集成為主的基礎(chǔ)建設(shè)階段，建設(shè)的重點(diǎn)是校園網(wǎng)硬件平臺(tái)的搭建。第二階段：以應(yīng)用軟件集成為主，建設(shè)的重點(diǎn)體現(xiàn)在學(xué)校管理信息系統(tǒng)建設(shè)上。第三階段：以數(shù)字校園建設(shè)為主。當(dāng)校園網(wǎng)發(fā)展到一定程度與規(guī)模，隨著認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的進(jìn)一步深入，人們發(fā)現(xiàn)，硬件加軟件的校園信息化模式還遠(yuǎn)不能發(fā)揮出校園網(wǎng)的優(yōu)勢，更不能實(shí)現(xiàn)教育信息化所要求的對傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革和對全新教育模式的建構(gòu)。我國高校信息化建設(shè)已走過了20年的歷史，特別是近年來，國內(nèi)高校在數(shù)字校園建設(shè)方面作了很多工作，網(wǎng)絡(luò)、多媒體和數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)在許多學(xué)校的教學(xué)、科研、管理和信息交流方面得到廣泛的應(yīng)用。從局部來說，國內(nèi)不少高校數(shù)字校園建設(shè)和國際是接軌的，無論是設(shè)備還是軟件，都是全球最新的，和國外沒有什么差別。但由于各個(gè)高校發(fā)展的水平不一樣，所在的地域不一樣，條件不同、背景不同，有些學(xué)?？赡馨l(fā)展快一些，有些則相對滯后一些、薄弱一些。因此，很難在各學(xué)校之間建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或平臺(tái)，也很難用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或同一個(gè)尺度去衡量，或者采用統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行數(shù)字校園建設(shè)。只要它在學(xué)校的教育、科研、管理中發(fā)揮了作用，能夠切實(shí)提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量、管理水平、科研能力，就值得肯定，就是可行的。國內(nèi)一些高校在數(shù)字校園建設(shè)中采取了“需要什么，建設(shè)什么”的原則，同樣也取得了很好的效果。（三）、數(shù)字校園簡介1、數(shù)字校園的概念數(shù)字化校園是在傳統(tǒng)校園概念基礎(chǔ)上提出來的新概念，數(shù)字化校園是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對學(xué)校的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)等所有信息資源進(jìn)行全面的數(shù)字化，并科學(xué)規(guī)范地對這些信息資源進(jìn)行整合和集成，以構(gòu)成統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制；通過組織和業(yè)務(wù)流程再造，推動(dòng)學(xué)校進(jìn)行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化。所謂“數(shù)字校園”（DigitalCampus）就是指數(shù)字化的、虛擬的校園，是“數(shù)字地球”的微觀形式在校園區(qū)域的具體體現(xiàn)。數(shù)字校園雖然是數(shù)字地球的一個(gè)縮影，但它與數(shù)字地球還是有區(qū)別的，數(shù)字校園側(cè)重于對學(xué)校的教學(xué)、科研、管理及其它方面的數(shù)字化，通過用圖形圖像的數(shù)字信息來表現(xiàn)校園的各種空間及屬性要素，為廣大師生、管理人員及校外人員提供關(guān)于校園的各種信息。由于數(shù)字校園是基于GIS技術(shù)而建立的，因而，它也具有GIS所具有的功能和性質(zhì)。如信息查詢、檢索、空間分析、模擬分析、輸出專題圖等功能，可以為學(xué)校的科學(xué)管理、規(guī)劃決策、發(fā)展預(yù)測提供可靠的科學(xué)依據(jù)。它的核心內(nèi)容是指學(xué)校利用先進(jìn)的信息化手段和工具，將現(xiàn)實(shí)校園的各項(xiàng)資源數(shù)字化而形成的一個(gè)數(shù)字空間，從而使現(xiàn)實(shí)校園在時(shí)間和空間上獲得延伸。它是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，從環(huán)境、資源到活動(dòng)的全部信息化。校園網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)校園的神經(jīng)系統(tǒng)，完成現(xiàn)實(shí)校園的信息傳遞和服務(wù)。在數(shù)字校園里，可以通過現(xiàn)代化手段，實(shí)現(xiàn)學(xué)校的教學(xué)、科研、管理、服務(wù)等活動(dòng)的全部過程，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、科研水平、管理水平的目的。數(shù)字化校園建設(shè)的實(shí)質(zhì)就是學(xué)校和教育管理部門通過信息化手段，實(shí)現(xiàn)對各種資源的有效集成、整合和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源的有效配置和充分利用，實(shí)現(xiàn)教育和校務(wù)管理過程的優(yōu)化、協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程與學(xué)習(xí)過程的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)提高各種工作的效率、效果和效益。隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，數(shù)字技術(shù)正在迅速改變?nèi)祟愘囈陨娴纳鐣?huì)，并使人類的工作和生活環(huán)境具備了越來越多的數(shù)字化特征?！皵?shù)字校園”是信息技術(shù)運(yùn)用于教育改革過程所形成的新式研究成果，它主要建立在傳統(tǒng)校園和校園網(wǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的信息化手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、管理和服務(wù)等各項(xiàng)資源的全部數(shù)字化，在物理校園的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)信息化數(shù)字校園空間，使現(xiàn)實(shí)的校園環(huán)境在功能、時(shí)間和空間上得到延伸，從而實(shí)現(xiàn)全部教育過程數(shù)字化的目標(biāo)。2、數(shù)字校園的特點(diǎn)：①校園黨政辦公、教務(wù)、后勤，各種信息資源高度集成，辦公高效。各子系統(tǒng)功能互相獨(dú)立，又相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)字校園巨系統(tǒng)的功能；②采用工作流技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的”3S”技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)，做到各子系統(tǒng)無縫結(jié)合，數(shù)據(jù)高度共享③系統(tǒng)采用空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性、無縫銜接、海量圖形數(shù)據(jù)管理、具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能；④具有一種可以迅速充實(shí)、聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫，及多種可以融合并顯示多源數(shù)據(jù)的機(jī)制。采用組件式開發(fā)技術(shù)，系統(tǒng)可維護(hù)性和可拓展性強(qiáng)。3、數(shù)字校園建設(shè)的意義（1）、建立數(shù)字校園的必要性數(shù)字化、信息化是當(dāng)今世界科技發(fā)展的趨勢[1]，教育信息化是信息社會(huì)對教育的新要求，是教育現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。其實(shí)質(zhì)是將先進(jìn)的數(shù)字信息技術(shù)引入教育領(lǐng)域，培養(yǎng)和發(fā)展以智能化教育工具為代表的新的教育模式，從而促進(jìn)舊的教育體制向高效的信息化教育體制轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化。近年來，”數(shù)字城市”和”數(shù)字校園”從口號(hào)的提出逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)學(xué)校管理數(shù)字化、智能化是新時(shí)期對學(xué)校發(fā)展提出的新要求，而”數(shù)字校園”的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)學(xué)校現(xiàn)代化管理的必要條件。（2）、數(shù)字校園建設(shè)的意義“數(shù)字校園”系統(tǒng)將成為校園新的信息源，幾乎所有與校園有關(guān)的信息都將被定位，并與空間數(shù)據(jù)庫聯(lián)系起來。用戶可以方便地查詢自己想要得到的信息。數(shù)字校園具有很大的集成度，用戶可以隨時(shí)獲得所需的信息，同時(shí)也給學(xué)校的各項(xiàng)工作帶來了方便。數(shù)字校園的研究與建立可以提高學(xué)校的知名度，可以為學(xué)校帶來可觀的社會(huì)效益。同時(shí)，也為”數(shù)字地球”和”數(shù)字城市”的研究建立示范試驗(yàn)作用?，F(xiàn)代化的大學(xué)需要現(xiàn)代化的管理。毫無疑問，建立數(shù)字化的河南理工大學(xué)，是我們校園信息化建設(shè)的重要內(nèi)容之一，是加速實(shí)現(xiàn)學(xué)校管理和辦公自動(dòng)化、現(xiàn)代化、數(shù)字化，提高管理水平和效率，實(shí)現(xiàn)信息和資源共享的重要舉措，同時(shí)也是樹立學(xué)校品牌，擴(kuò)大學(xué)校影響的良好方式。（四）當(dāng)前數(shù)字校園建設(shè)采用的技術(shù)隨著我國教育信息化的提出，關(guān)于數(shù)字校園的建設(shè)在全國范圍內(nèi)展開了，各高校對建設(shè)的方案和技術(shù)都開展了研究，使得數(shù)字校園建設(shè)的技術(shù)日漸成熟，目前采用的技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面:一、基于3維可視化地理信息系統(tǒng)軟件MAGIS建設(shè)數(shù)字校園數(shù)字校園必須運(yùn)行在3維環(huán)境中，因此3維建模是數(shù)字校園的重要內(nèi)容與必要步驟。建筑物建模就像地圖與GIS的關(guān)系一樣，是數(shù)字城市非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)之一。傳統(tǒng)的攝影測量以航空攝影測量為主，主要是用于測繪地圖。但是它獲取影像的信息遠(yuǎn)比地圖豐富與直觀，因而近代發(fā)展了影像圖在3維建模方面的應(yīng)用。同時(shí)攝影測量能夠直接獲得房屋屋頂、樹木表面的3維坐標(biāo)，從而為3維建模奠定了基礎(chǔ)。加之計(jì)算機(jī)與3維可視化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得城市3維建模逐步成為現(xiàn)實(shí)。（一）、數(shù)字校園的3維建模方法傳統(tǒng)的二維地圖是以符號(hào)系統(tǒng)來表示地理信息的，其空間信息的水平化和地圖內(nèi)容的凝固化、靜止化無法滿足現(xiàn)代人的視覺心理和數(shù)字校園建設(shè)的需要。為了更準(zhǔn)確、形象地把真實(shí)校園展示出來，需要建立三維景觀圖來代替二維線劃圖。3維景觀圖以直觀的3維地形、地物代替了抽象的地圖符號(hào)，這就使得地圖進(jìn)入了動(dòng)態(tài)化、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖時(shí)代。因此，將3維景觀圖作為地理信息系統(tǒng)中的又一個(gè)專題圖層將是一種必然的趨勢，為3維GIS建立相應(yīng)的3維景觀圖已是擺在我們面前的重要任務(wù)。解決這個(gè)問題大致有如下的方法。1、直接使用3D軟件著名的3D建模軟件有AutoCAD、3DMAX、美國UGA公司的UG軟件，用它們可以直接做出比較逼真的3維模型，但它們所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是笛卡爾平面坐標(biāo)，與真實(shí)的地理空間很難關(guān)聯(lián)，生成的數(shù)據(jù)很難進(jìn)入GIS，因?yàn)镚IS中的空間對象都是使用大地坐標(biāo)；對于大范圍區(qū)域，如果每個(gè)地物目標(biāo)都這樣建模不僅費(fèi)時(shí)，而且也不實(shí)際。2、應(yīng)用MultigenCreator等虛擬現(xiàn)實(shí)軟件MultigenCreator軟件具有簡單、直觀的交互能力，運(yùn)行在所見即所得、3維、實(shí)時(shí)的環(huán)境中，它的每一種實(shí)現(xiàn)都包含了一個(gè)共同的用戶接口和一個(gè)適應(yīng)特定平臺(tái)的特殊子系統(tǒng)；更重要的是它建立的3維模型尺寸較小，從而不會(huì)影響虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)性能。但其空間地理信息的表達(dá)功能欠佳，不利于建立高精度的數(shù)字校園基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)設(shè)施信息數(shù)據(jù)庫。3、利用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)利用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn)行3維建模具有如下優(yōu)點(diǎn):①建模速度快，自動(dòng)化程度高，3維建模的規(guī)模越大，優(yōu)勢越明顯。②易于實(shí)時(shí)更新，不論是地物的變化還是地形的變化都能及時(shí)反映出來。③數(shù)據(jù)源信息豐富，航空像片或衛(wèi)星影像不僅含有大量的空間數(shù)據(jù)，而且含有圖像數(shù)據(jù)，可用作三維表面的紋理貼圖。但是該系統(tǒng)軟硬件投資較大，設(shè)備昂貴，不能為普通用戶所接受，因而難以普及。4、利用二維GIS軟件目前大多數(shù)GIS軟件都提供了利用2維線劃數(shù)據(jù)及其相應(yīng)高度屬性進(jìn)行3維建模的功能，各建筑物表面還可加上相應(yīng)的紋理，但采用這種方法一般局限于平頂建筑物的3維重建，不能用于復(fù)雜地物的建模。從實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，對于數(shù)字校園來說，這不失為一種較好的建模方法，因?yàn)樾@中的地物相對比較規(guī)整，牽涉的范圍不大；并且，相對來說，所需要的源數(shù)據(jù)是最容易取得，只要大比例尺的地形圖和相應(yīng)的建設(shè)工程圖即可獲取整個(gè)校園地形和地物信息。（二）、3維技術(shù)數(shù)字校園的建立1、所用的軟件平臺(tái)及其特點(diǎn)本次數(shù)字校園建設(shè)使用的軟件是IMAGIS3維可視化地理信息系統(tǒng)(IMAGIS2。3)。IMAGIS3維可視地理信息系統(tǒng)是武漢適普軟件有限公司自主開發(fā)的一套以數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字地面模型(DEM)、數(shù)字線劃圖(DLG)和數(shù)字柵格圖(DRG)作為綜合處理對象的虛擬現(xiàn)實(shí)管理GIS系統(tǒng)。它分為兩部分:3維地理信息系統(tǒng)和平面圖形編輯系統(tǒng)。通常2維圖形在平面編輯系統(tǒng)中經(jīng)過編輯整形后，即可輸出到3維系統(tǒng)中進(jìn)行3維實(shí)體的重建和管理，用戶可對其進(jìn)行查詢分析、屬性定義以及各種可視化操作和圖形輸出等操作。該系統(tǒng)結(jié)合了3維可視化技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，完全再現(xiàn)管理環(huán)境的真實(shí)情況。IMAGIS系統(tǒng)有如下特點(diǎn):①先進(jìn)的可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)的集成技術(shù);②真實(shí)再現(xiàn)3維地面景觀;③快速生成虛擬和設(shè)計(jì)的3維模型;④2維/3維圖形和圖像的管理和編輯功能;⑤直觀的2維/3維實(shí)體屬性編輯、查詢、瀏覽、統(tǒng)計(jì)分析功能;⑥2維/3維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)嵌入功能;⑦2維/3維空間分析功能;⑧靈活的圖形和屬性聯(lián)動(dòng)檢索功能;⑨豐富的圖形格式和數(shù)據(jù)類型，可方便數(shù)據(jù)共享。2、所采用的原理本次數(shù)字校園建設(shè)采用的原理是:首先根據(jù)高程數(shù)據(jù)，在IMAGIS系統(tǒng)下自動(dòng)生成數(shù)字地面高程模型，然后導(dǎo)入建設(shè)區(qū)的數(shù)字2維圖，進(jìn)行處理后，根據(jù)建筑物的輪廓運(yùn)用紋理建模的方法建立起3維模型。利用數(shù)碼相機(jī)獲取紋理影像，經(jīng)過處理，映射到各3維地物模型上，完成3維場景的重現(xiàn)，完成屬性數(shù)據(jù)的輸入，構(gòu)成整個(gè)校園的3維景觀模型。3、實(shí)施步驟3。1、導(dǎo)入建設(shè)區(qū)的數(shù)字2維圖IMAGIS系統(tǒng)支持多種格式的工作底圖。本次使用的地圖是由CASS5。0制作的，CASS5。0是以AUTOCAD為平臺(tái)開發(fā)的，因此打開是*。DXF格式，這種格式在IMA-GIS系統(tǒng)下可保存為*。2d和*。3d兩種文件，其中*。2d是在2維圖形編輯器下打開的，用以進(jìn)行2維圖形的處理;*。3d是在3維環(huán)境下打開的，用以3維景觀的建設(shè)，是主要的部分。3。2、2維圖的處理①對地物的適當(dāng)刪減。在我們導(dǎo)入的“河南理工大學(xué)南校區(qū)地形圖”中，對校園內(nèi)部各種地物的描述非常詳盡，但是在建立3維景觀的時(shí)候，有些地物可以進(jìn)行刪減，如路燈、獨(dú)立樹、草地等地物，在IMAGIS系統(tǒng)下可以生成模型。②線型的使用。雖然從理論上來說樣條曲線對地形和地物的描述具有優(yōu)越性，但是在IMAGIS系統(tǒng)下構(gòu)建3維景觀的時(shí)候需要對地物進(jìn)行嚴(yán)格地區(qū)分，因此要盡量采用多義線來描述。③對地物輪廓的整理。此處需要特別注意的是建筑物的輪廓。因?yàn)榻ㄖ锏男螤罡鳟?，對簡單的建筑?一般指輪廓簡單，高度整齊)在進(jìn)行輪廓封閉后可直接對其建模。但是對相對復(fù)雜的建筑物，需要根據(jù)其高度的不同對建筑物進(jìn)行分塊，每塊按照不同的高度建立模型。此時(shí)要注意同一建筑物的不同塊之間的銜接要緊密，避免在建立模型時(shí)出現(xiàn)“裂縫”，影響整體效果。④IMAGIS系統(tǒng)在屬性數(shù)據(jù)管理的時(shí)候分為:建筑物、道路、樹木等種類，因此在處理地圖的時(shí)候可以把不同類別的地物用不同顏色加以區(qū)別，這樣在建立模型的時(shí)候可以避免混淆，同時(shí)也為建立屬性數(shù)據(jù)庫提供了方便。3。3、校園3維景觀的建立其中最重要的是建筑物模型的建立，在建立模型之前的一個(gè)重要工作就是進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，通過調(diào)查了解各建筑物的結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分塊建模。因?yàn)閷τ诮ㄖ锏母叨任覀兪歉鶕?jù)它的層數(shù)來估算的，因此當(dāng)建筑物由不同層數(shù)的部分構(gòu)成時(shí)，就要進(jìn)行分塊建模。模型建立時(shí)調(diào)用“人工創(chuàng)建建筑物”命令，在彈出的對話框中輸入建筑物的高度值，系統(tǒng)就會(huì)在輪廓上自動(dòng)生成建筑物模型。建立模型的同時(shí)要進(jìn)行紋理的獲取、處理與映射。墻面紋理我們是使用數(shù)碼相機(jī)(CanonDigitalLxus400)來獲取的。獲取之后對紋理影像進(jìn)行處理，使用的軟件是Photoshop7。0，處理工作包括傾斜度的調(diào)整、障礙物的擦除、顏色的調(diào)整等。對改正過的照片，再在IMAGIS的環(huán)境下，調(diào)用“貼紋理”命令在相應(yīng)的建筑物模型上貼上相應(yīng)的紋理。貼紋理有兩種選擇:選擇對應(yīng)點(diǎn)和不選擇對應(yīng)點(diǎn)。貼紋理的方式有三種:一般紋理、平鋪紋理和透明紋理。首先選擇要貼圖的對象，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷選擇的對象是否可以進(jìn)行貼圖，如果選擇有效，就會(huì)彈出一個(gè)文件選擇對話框，貼圖文件可以是:*。BMP*。TIF*。JPG和*。GIF格式的圖片，選擇了圖片后下面的預(yù)覽框中將出現(xiàn)選中圖片的縮略圖和圖片參數(shù)。選擇一個(gè)文件并單擊“打開”按鈕彈出一個(gè)對話框，讓用戶設(shè)置貼紋理的方式和參數(shù)。操作結(jié)束后所選對象表面就會(huì)顯示紋理或圖像。對于路燈、樹木等特殊的物體，若在IMAGIS的模型庫里沒有合適的模型，也可以自行添加。用“添加紋理對象”命令可以進(jìn)行添加紋理對象或者模型。單擊該菜單項(xiàng)，在窗口中要添加紋理對象處單擊鼠標(biāo)左鍵，通過這種方式添加的對象系統(tǒng)將根據(jù)用戶給定的參數(shù)自動(dòng)生成一個(gè)立著的面并在其表面粘貼對應(yīng)的紋理，在漫游過程中，這個(gè)面隨著視角的變化而變化(始終面對著視角)，從而給人立體的感覺;也可以將紋理的一部分(除去要表現(xiàn)實(shí)體外的部分)設(shè)成透明從而達(dá)到立體的效果，對于樹木等復(fù)雜模型使用這種方式，既減小了數(shù)據(jù)量又提高了效率。3。4、屬性數(shù)據(jù)庫的建立屬性數(shù)據(jù)是對目標(biāo)的空間特征以外的目標(biāo)特性的詳細(xì)描述，它包含了對目標(biāo)類型的描述和目標(biāo)的具體說明描述。屬性數(shù)據(jù)庫的建立可以在創(chuàng)建建筑物模型的同時(shí)進(jìn)行，也可以在完成模型建立和紋理映射之后統(tǒng)一進(jìn)行。屬性數(shù)據(jù)一般采用鍵盤輸入。輸入的方式有兩種:一種是對照圖形直接輸入;另一種是預(yù)先建立屬性表輸入屬性或從其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入屬性，然后根據(jù)關(guān)鍵字與圖形數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)。屬性數(shù)據(jù)一般為字符串和數(shù)字，但隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，圖片、錄像、聲音等也常作為描述特性，所以用來作為屬性數(shù)據(jù)的收集和處理。屬性的文件組織方式有兩種情況:一種是一個(gè)地物對應(yīng)于一個(gè)屬性表文件，而且所有的屬性文件都在一個(gè)目錄之下。也就是說，不同工作區(qū)相同的地物類型的屬性是放在一起的，這樣便于屬性管理，因此查找某一屬性要快速得多。另一種情況是可以設(shè)計(jì)成一個(gè)地物類為一個(gè)屬性表，也可以是多個(gè)地物類共用一個(gè)屬性表，雖然地物類型編碼可能不同，但它們的屬性項(xiàng)可能相同，它們可以共用一個(gè)屬性表，以便于查詢、顯示和進(jìn)行最佳路徑分析。這樣，一個(gè)屬性文件包含了該工程內(nèi)所有同類空間對象的屬性，在這種情況下，由于屬性數(shù)據(jù)文件大，建立關(guān)鍵字的索引是很重要的。在IMGIS中這兩種方式都是存在的，可以根據(jù)需要來選擇適合自己所需要的方式進(jìn)行。3。4所具備的功能1)允許用戶用鍵盤、鼠標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互瀏覽。這是數(shù)字校園系統(tǒng)的主要功能，能方便地讓人們認(rèn)識(shí)學(xué)校，了解學(xué)校?？梢宰远x路線進(jìn)行3維漫游，也可以錄制成飛行電影作為資料。如圖1所示。2)空間分析功能?；贗MAGIS的數(shù)字校園系統(tǒng)能夠有效地對3維對象幾何屬性和非幾何屬性進(jìn)行管理，并具備很強(qiáng)的分析能力，能對許多問題進(jìn)行數(shù)學(xué)分析、模擬和預(yù)測。3)信息管理與查詢。數(shù)字校園系統(tǒng)下的信息管理主要是指個(gè)性建筑物的信息管理，包括名稱、用途等，IMA-GIS樹狀層次結(jié)構(gòu)能容易地實(shí)現(xiàn)這種管理，并可以對建筑物及其相關(guān)屬性進(jìn)行查詢，如圖2所示。4)為進(jìn)一步發(fā)展規(guī)劃和決策服務(wù)。建設(shè)數(shù)字校園要考慮到長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，為進(jìn)一步發(fā)展留下空間。在基于IMAGIS的數(shù)字校園可以增加或刪除建筑物模型以便對規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行直觀模擬并給決策提供依據(jù)。二、基于WebGIS的數(shù)字校園技術(shù)WebGIS是GIS技術(shù)與Web技術(shù)集成的產(chǎn)物，它繼承了的部分功能，側(cè)重于地理信息與空間處理的共享，是一個(gè)基于Web計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)地理信息處理與地理信息分布的網(wǎng)絡(luò)化軟件系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的GIS技術(shù)相比，它具有訪問范圍廣、平臺(tái)獨(dú)立、大規(guī)模降低系統(tǒng)成本、維護(hù)及升級方便等特點(diǎn)；在運(yùn)行環(huán)境上，WebGIS基于Web計(jì)算平臺(tái)，運(yùn)行于Internet多用戶并發(fā)訪問的分布式環(huán)境；在技術(shù)上，WebGIS是GIS發(fā)展與組件技術(shù)、互操作技術(shù)、分布式技術(shù)的集成。隨著地理信息互操作和Web服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，WebGIS技術(shù)已經(jīng)從初始的在Web上簡單地發(fā)布地理信息轉(zhuǎn)換成為實(shí)現(xiàn)地理信息互操作和地理信息Web服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。利用WebGIS系統(tǒng)直觀易用、交互性強(qiáng)、分布式管理等特點(diǎn)，將它作為數(shù)字化校園的平臺(tái)載體具有較強(qiáng)的實(shí)用性，可以提供良好的用戶體驗(yàn)。本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)基于WebGIS的數(shù)字校園平臺(tái)模型，其中包含了地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理以及部署應(yīng)用方法；探討了如何在GIS系統(tǒng)軟件上進(jìn)行圖形矢量化及數(shù)據(jù)入庫等數(shù)據(jù)生產(chǎn)工作、空間數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用方法、地理信息發(fā)布平臺(tái)的搭建方式、基于Silverlight技術(shù)的GIS應(yīng)用程序接口等內(nèi)容。1、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)1。1系統(tǒng)的基本功能設(shè)計(jì)WebGIS平臺(tái)將對整個(gè)校園資源進(jìn)行統(tǒng)一整合，為各類應(yīng)用管理系統(tǒng)提供鏈接接口，此外WebGIS系統(tǒng)本身必須具備以下功能:1)地圖瀏覽功能:地圖放大、縮小功能和地圖漫游功能。2)信息查詢功能:查詢結(jié)果顯示功能和查詢結(jié)果定位功能。3)標(biāo)注測距功能:地圖標(biāo)注功能和地圖測距功能。4)圖層開關(guān)控制功能:允許用戶控制每個(gè)圖層是否顯示。1。2、軟、硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶端2部分構(gòu)成，服務(wù)器端包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝有Window服務(wù)器版本操作系統(tǒng)和SQLServer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。Web服務(wù)器同樣需要Windows服務(wù)器版本操作系統(tǒng)并安裝和配置IIS信息服務(wù)。為了連接數(shù)據(jù)庫和發(fā)布空間數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器還需要安裝ArcDE數(shù)據(jù)引擎和:ArcGISServer軟件?？蛻粲?jì)算機(jī)為普通個(gè)人計(jì)算機(jī)，安裝有Web瀏覽器Silverlight運(yùn)行時(shí)環(huán)境?？蛻舳擞?jì)算機(jī)需要具有與Web服務(wù)器較高速的網(wǎng)絡(luò)連接。服務(wù)器及客戶端軟件構(gòu)架圖如圖所示。2、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)2。1數(shù)據(jù)采集及矢量化本文中討論的校園WebGIS平臺(tái)所需要的數(shù)據(jù)為湖北理工學(xué)院及其校園周邊的地理信息數(shù)據(jù)。通過Google衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行矢量，可以將柵格形式的衛(wèi)星地圖轉(zhuǎn)換成為ArcGIS可以接受并存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫中的矢量數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中顯示的圖形一般可以分為、大類:矢量圖和位圖，位圖也稱為柵格圖。矢量圖使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓和弧線等，它們都是通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算獲得的。由于矢量圖形可通過公式計(jì)算獲得，所以矢量圖形文件體積一般較小。矢量圖形最大的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會(huì)失真。柵格圖像也稱光柵圖像、柵格圖形，是指在空間和亮度上都已經(jīng)離散化了的圖像。可以把一幅柵格圖像考慮為一個(gè)矩陣，矩陣中的任一元素對應(yīng)于圖像中的一個(gè)點(diǎn)，而相應(yīng)的值對應(yīng)于該點(diǎn)的灰度級，數(shù)字矩陣中的元素叫做像素。數(shù)字圖像與馬賽克拼圖相似，是由一系列像素組成的矩形圖案，如果所有的像素有且僅有、個(gè)灰度級(黑或白)，則稱其為二值圖像，即柵格圖像。Google所提供的衛(wèi)星遙感影像為柵格圖像，這些圖像無法直接導(dǎo)入至空間數(shù)據(jù)庫中。使用Google開發(fā)的地球衛(wèi)星圖瀏覽軟件”GoogleEarth”可以瀏覽和處理地球衛(wèi)星影像圖。在GoogleEarth中，放大圖像并定位至湖北理工學(xué)院區(qū)域，點(diǎn)擊軟件工具欄中的”新建”多邊形按鈕，當(dāng)鼠標(biāo)變成田字框時(shí)，按住鼠標(biāo)左鍵不動(dòng)，拖動(dòng)成研究區(qū)的形狀，盡量保持多邊形區(qū)域與衛(wèi)星圖像輪廓吻合。完成后將多邊形保存為KML格式的文件。GoogleEarth衛(wèi)星圖像矢量化如圖所示，使用多邊形勾畫出湖北理工學(xué)院的校園輪廓，并保存為KML文件。KML文件中保存了多邊形的矢量化特征，通過這樣的方法，就可以將柵格衛(wèi)星圖上的指定部分進(jìn)行矢量化。2.2圖層及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)，將整個(gè)校區(qū)的地理對象分為:建筑物(如教學(xué)樓、院系辦公樓、體育場館等)、綠地、停車場、道路、管線、通信接口等圖層。根據(jù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)形態(tài)將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分為點(diǎn)狀數(shù)據(jù)、線狀數(shù)據(jù)和面狀數(shù)據(jù)。1)點(diǎn)狀數(shù)據(jù):主要包括能夠反映湖北理工學(xué)院的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)信息的圖層數(shù)據(jù)%2)線狀數(shù)據(jù):主要包括道路交通線這一類信息，大路中心線圖層主要是用單線段代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的雙線道路，這樣的表達(dá)方式使得數(shù)據(jù)查找方便、圖形美觀。3)面狀數(shù)據(jù):主要包括能反映區(qū)域特征的面狀信息的數(shù)據(jù)，其中，校內(nèi)、校外片區(qū)圖層表達(dá)的空間信息能夠反映出微觀區(qū)位條件下區(qū)域特征。通過制定統(tǒng)一的分類代碼標(biāo)準(zhǔn)，將多格式基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一整理轉(zhuǎn)換進(jìn)行入庫形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫的過程稱為數(shù)據(jù)入庫。數(shù)據(jù)入庫要經(jīng)過規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的制定、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)整理、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)檢查等步驟。嚴(yán)格按照地理信息數(shù)據(jù)入庫的步驟可以最大程度地保持源數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。2。3WebGIS服務(wù)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫作為空間數(shù)據(jù)的管理和控制中心在整個(gè)系統(tǒng)中顯得至關(guān)重要，正確的安裝和配置數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。數(shù)據(jù)庫軟件選擇MicrosoftSQLServer企業(yè)版本進(jìn)行搭建。數(shù)據(jù)庫的安裝根據(jù)安裝向?qū)Ъ纯赏瓿?。?shù)據(jù)庫安裝完畢后需要在SQLServerConfigurationManager中配置網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)，主要是在設(shè)置中啟用對TCP/IP協(xié)議的支持，配置完畢后可以在命令提示符下使用netstat命令檢查3306端口是否處于開放狀態(tài)。ArcGISServer將地理數(shù)據(jù)以服務(wù)的形式發(fā)布，供上層應(yīng)用訪問。服務(wù)的發(fā)布如果配置不正確將導(dǎo)致上層應(yīng)用無法讀取地理信息數(shù)據(jù)。ArcGISServer根據(jù)平臺(tái)語言劃分為。Net和Java2個(gè)版本，由于Silverlight是基于。Net平臺(tái)的組件，所以需要安裝。Net版本ArcGISServer。安裝過程中需要新建SOM用戶作為安全訪問控制用戶，使用此用戶可以登錄ArcGISServerManager和REST服務(wù)管理器。發(fā)布服務(wù)可以通過ArcGISServerManager和ArcGISCatalog來實(shí)現(xiàn)?？蛻舳耸褂肕icrosoftVS開發(fā)，需要安裝SilverlightSDK和Silverlight開發(fā)運(yùn)行時(shí)環(huán)境，以提供Silverlight應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試功能。開發(fā)時(shí)需要先建立一個(gè)Web應(yīng)用程序作為Silverlight應(yīng)用程序的容器，開發(fā)完成后，編譯好的Silverlight應(yīng)用程序可以嵌入到任何已存在的網(wǎng)頁中運(yùn)行。Silverlight應(yīng)用程序源代碼由前臺(tái)XAML資源描述文件和CS后臺(tái)邏輯代碼組成。通過服務(wù)器端和客戶端的設(shè)置，可具體實(shí)現(xiàn)以下功能:1)信息查詢功能。地圖查詢功能提供一個(gè)搜索框，用戶在搜索框中輸入感興趣的關(guān)鍵字，點(diǎn)擊按鈕后將查詢結(jié)果顯示在列表框中，點(diǎn)擊列表框中的信息后將查詢結(jié)果所在位置在地圖中以高亮顯示。2)地圖瀏覽功能。地圖瀏覽功能是本系統(tǒng)的主要功能，為用戶提供基本的地圖瀏覽、放大縮小、漫游功能。使用ESIRSilverlightSDK中提供的地圖控件ESIR:Map作為地圖容器。在地圖容器中嵌套層容器，并指定地圖服務(wù)REST接口的URL地址作為顯示地圖的源。3)標(biāo)注測距功能。此功能的實(shí)現(xiàn)原理是在繪圖層中繪制一條折線，并獲取折線的起始和終止點(diǎn)的坐標(biāo)信息，通過屏幕坐標(biāo)到地理坐標(biāo)的換算關(guān)系計(jì)算出折線所代表的實(shí)際距離。3)圖層開關(guān)控制功能。圖層開關(guān)控制功能提供圖層列表，通過選擇或取消選擇圖層名前的選擇框?qū)崿F(xiàn)控制圖層開關(guān)的功能。圖層控制的核心控件是一個(gè)列表控件，通過讀取地圖信息獲取圖層名稱。2基于WebGIS的數(shù)字化校園建設(shè)2.1WebGIS的體系結(jié)構(gòu)目前的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)大致有以下三個(gè)基本組成部分:數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層,如圖1所示。(1)表現(xiàn)層包括制圖客戶端,是唯一與最終用戶的交互點(diǎn),是為實(shí)現(xiàn)空間信息在客戶端桌面/設(shè)備上的顯示而部署在客戶端的功能模塊。(2)業(yè)務(wù)邏輯層包括Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器,Web服務(wù)器是基本的服務(wù)請求和響應(yīng)傳輸?shù)闹薪?應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)針對用戶的請求完成相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)操作并負(fù)責(zé)通過Web服務(wù)器回送請求查詢的結(jié)果。(3)數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)完成空間數(shù)據(jù)的組織管理和系統(tǒng)維護(hù)。圖1WebGIS三層體系結(jié)構(gòu)2.2基于WebGIS的數(shù)字化校園建設(shè)思想基于WebGIS的數(shù)字校園系統(tǒng)建立的過程不是一個(gè)短期的過程,要有長期建設(shè)的思想準(zhǔn)備,因?yàn)橐阉泄苍O(shè)施和人文數(shù)據(jù)全部放到一個(gè)信息中心的平臺(tái)上,必須要求學(xué)校制定一個(gè)相應(yīng)的政策,帶有一定的強(qiáng)制性。同時(shí)基于WebGIS的數(shù)字校園系統(tǒng)所需要的硬件設(shè)施的建立也需要一個(gè)長期的過程,因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)需要服務(wù)到學(xué)校管轄范圍內(nèi)的每一個(gè)位置,所以就需要做大量的工作。遵循國家確立的大學(xué)校園信息化建設(shè)指導(dǎo)方針,圍繞城市現(xiàn)代化建設(shè)的全局和迫切需求,以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),以信息資源開發(fā)利用為核心,以信息化軟件環(huán)境為保障,大力促進(jìn)信息技術(shù)在校園各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,提高師生的教學(xué)和學(xué)習(xí)質(zhì)量,為學(xué)校率先實(shí)現(xiàn)全面信息化作出貢獻(xiàn)。2.3基于WebGIS的數(shù)字化校園建設(shè)目標(biāo)初步構(gòu)建起數(shù)字校園的基本框架:(1)校園網(wǎng)硬件環(huán)境初步建成,校園網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和組織方案比較科學(xué)合理,校園網(wǎng)的運(yùn)行、維護(hù)、安全管理等都正常運(yùn)行,為學(xué)校各單位和教職工提供網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)。(2)學(xué)校信息系統(tǒng)及學(xué)校數(shù)據(jù)中心建設(shè)基本完成,包括辦公系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、學(xué)生系統(tǒng)、科研系統(tǒng)、研究生系統(tǒng)、校園一卡通等各種子信息系統(tǒng)。為學(xué)校各單位和教職工提供網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。具體來說,就是要在近期建設(shè):(1)建立一個(gè)大學(xué)信息化綜合應(yīng)用平臺(tái),將已有的和將要建立的設(shè)施(包括建筑物、管線等)和人文信息數(shù)據(jù)全部放置在這個(gè)平臺(tái)中,進(jìn)行數(shù)據(jù)的共同存取,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,進(jìn)行綜合應(yīng)用處理。(2)建立多比例尺并基于Web應(yīng)用的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫。該數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫涵蓋大學(xué)的各種信息,其內(nèi)容包括大學(xué)公共設(shè)施管理等所需的空間信息和屬性信息。(3)建立以信息交換、信息發(fā)布和查詢應(yīng)用為主的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)境,為滿足師生間信息交流、后勤管理等提供先進(jìn)的支持手段。(4)為保持?jǐn)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的及時(shí)性,系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫自動(dòng)更新和手工更新等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新手段,以及用戶權(quán)限的多級控制。(5)為保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)在地理信息共享的基礎(chǔ)上的安全性,系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限設(shè)置等級,控制訪問權(quán)限。（6)根據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)中已存在的數(shù)據(jù)庫和對地理信息技術(shù)需求應(yīng)用的程度,將幾種設(shè)施進(jìn)行WebGIS的應(yīng)用開發(fā),為管理者提供決策、規(guī)劃的依據(jù)。主要可以應(yīng)用的設(shè)施有:①建筑物:通過建筑物的查詢定位,可以進(jìn)入到建筑物的任意樓層中的任意房間,為管理者提供方便。例如可以查詢每一個(gè)教室里教學(xué)設(shè)備,每一個(gè)宿舍中所居住的學(xué)生清況,方便后勤工作者安排學(xué)生住宿。②管線:可以定位到學(xué)院內(nèi)每段管線的位置和詳細(xì)情況,方便尋找。例如當(dāng)某一段管線爆管了,通過分析可以快速獲取所要關(guān)閉的閥門。(7)采用Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),加強(qiáng)數(shù)據(jù)的處理能力,提高數(shù)據(jù)的安全性。(8)系統(tǒng)采用Browser/Server模式,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、發(fā)布。用戶端只需要操作系統(tǒng)提供的瀏覽工具,無需再安裝任何軟件,可降低整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用,簡化系統(tǒng)的操作。從長遠(yuǎn)來看,則要對以下幾個(gè)方面進(jìn)行建設(shè):(1)建設(shè)一個(gè)完整統(tǒng)一、技術(shù)先進(jìn)、高效穩(wěn)定、安全可靠的基于Internet/Intranet的信息化校園系統(tǒng)。(2)為交叉學(xué)科建設(shè)提供學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。(3)將所有的公共設(shè)施和人文數(shù)據(jù)都集中到一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)上,進(jìn)行集中管理、綜合應(yīng)用。(4)建成基于Web應(yīng)用的地理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)學(xué)校信息化管理,為學(xué)校提供公用設(shè)備管理、房屋智能管理及安防系統(tǒng)管理的功能和運(yùn)行環(huán)境。(5)將所有公共設(shè)施和人文數(shù)據(jù)集中放置在一個(gè)平臺(tái)上,借助地理信息技術(shù)和所有行業(yè)的數(shù)據(jù),可為相關(guān)部門提供與學(xué)院建設(shè)和規(guī)劃相關(guān)的空間信息以及空間分析功能,為學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)者的規(guī)劃、決策提供科學(xué)依據(jù)。(6)提高學(xué)校內(nèi)部管理系統(tǒng)的效率、建成集成的校園信息系統(tǒng)。2.4基于WebGIS的數(shù)字化校園系統(tǒng)框架基于WebGIS的數(shù)字化校園系統(tǒng)采用比較先進(jìn)的基于MVC模式的WebGIS模型,該模型把系統(tǒng)分為4層:客戶層、Web服務(wù)層、ArcGIS應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫層,如圖2所示。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用服務(wù)器端開發(fā)的方式,即只開發(fā)部署運(yùn)行在服務(wù)器上的功能模塊,不編寫客戶端應(yīng)用程序。圖2基于MVC的WebGIS模型這種模型的特點(diǎn)是:客戶端使用Internet瀏覽器連接使用ArcGISServer開發(fā)和發(fā)布的WebGIS應(yīng)用。用戶只需要通過Web瀏覽器訪問GIS服務(wù)器,獲得WebGIS服務(wù)而不需要下載額外的軟件。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上,Web層可以通過ＪａｖａＡＤＦ快速創(chuàng)建GIS的應(yīng)用程序,再來調(diào)用服務(wù)器上的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。由于GIS服務(wù)器在執(zhí)行GIS服務(wù)時(shí)會(huì)占用大量資源。如果把非空間數(shù)據(jù)操作的業(yè)務(wù)邏輯也在WebGIS服務(wù)器上執(zhí)行會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi),同時(shí)增加系統(tǒng)的耦合度和響應(yīng)延時(shí)。該模型通過ＪＳＦ創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,把與處理空間數(shù)據(jù)無關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯利用ＪａｖａＢｅａｎ或ＥＪＢ實(shí)現(xiàn),把該業(yè)務(wù)邏輯從WebGIS服務(wù)器層分離出去,封裝在Web層。當(dāng)用戶由客戶端發(fā)出請求時(shí),首先通過位于Web層的控制器進(jìn)行分離,當(dāng)處理空間業(yè)務(wù)邏輯時(shí),由ＰｒｏｘｙＯｂｊｅｃｔ(代理對象)來訪問GISServer上的服務(wù)對象(ServerＯｂｊｅｃｔ)。代理對象是遠(yuǎn)程對象的一個(gè)本地代表,通過代理對象實(shí)現(xiàn)Web層和GIS應(yīng)用服務(wù)層之間的通訊。當(dāng)處理非空間業(yè)務(wù)邏輯時(shí),直接調(diào)用位于Web服務(wù)器上的ＪａｖａＢｅａｎ進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。該模型的工作流程是:用戶通過Internet連接到服務(wù)站點(diǎn),通過身份認(rèn)證后,先向Web服務(wù)器發(fā)出客戶請求,可以獲得系統(tǒng)服務(wù)?？刂破魇紫葏^(qū)分用戶請求,區(qū)分空間業(yè)務(wù)邏輯和非空間業(yè)務(wù)邏輯。當(dāng)用戶申請的是空間業(yè)務(wù)邏輯時(shí),即用戶通過Internet申請服務(wù)對象的過程。客戶端向Web服務(wù)器發(fā)出客戶請求后,由Web服務(wù)器提供的GISServerＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ對象完成與GIS服務(wù)器的連接。通過向GIS服務(wù)器發(fā)出上下文請求來獲得服務(wù)對象;服務(wù)器上下文是在GIS服務(wù)器內(nèi)部為一系列服務(wù)對象預(yù)留的存儲(chǔ)空間,在GIS服務(wù)器上運(yùn)行的服務(wù)對象是存在服務(wù)器上下文(ServerＣｏｎｔｅｘｔ)中?？梢园逊?wù)器上下文認(rèn)為是一個(gè)包含服務(wù)對象的應(yīng)用進(jìn)程,由ＳＯＭ管理。GIS服務(wù)器上的ＳＯＭ接受到請求后,檢索ＳＯＣ中是否有所請求的服務(wù)對象,如果存在,通過服務(wù)器上下文的形式在GIS服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)算處理,處理結(jié)果以ＪＰＧ圖片的形式返回給客戶端;最后完成操作后對服務(wù)器上下文進(jìn)程進(jìn)行釋放。當(dāng)用戶申請的是非空間業(yè)務(wù)邏輯時(shí),通過調(diào)用位于Web層上的ＪａｖａＢｅａｎ完成應(yīng)用程序的計(jì)算。2.5數(shù)字化校園系統(tǒng)框架的實(shí)現(xiàn)(1)客戶層實(shí)現(xiàn):客戶層采用普通Web瀏覽器加上身份認(rèn)證,無須安裝額外軟件和插件,在客戶端用戶就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的全部功能。(2)Web服務(wù)器層實(shí)現(xiàn):Web層包含了MVC模式中的視圖、控制器、和非空間業(yè)務(wù)邏輯。(3)GIS服務(wù)器層實(shí)現(xiàn):本系統(tǒng)的GIS業(yè)務(wù)邏輯功能,主要是通過服務(wù)對象調(diào)用GIS服務(wù)器上的ＡＯｓ和ArcGISServer提供的應(yīng)用程序接口,編寫具有空間數(shù)據(jù)處理功能的Ｊａｖ-ａＢｅａｎｓ來實(shí)現(xiàn)的。ArcGISServer提供3種應(yīng)用程序接口:服務(wù)器ＡＰＩ、.ＮＥＴＷｅｂ控件和ＪａｖａＷｅｂ控件。下面的代碼是實(shí)現(xiàn)ＩＭａＰＴｏｏｌＡｃｔｉｏｎ接口,創(chuàng)建服務(wù)器端響應(yīng)類ＭｅａｓｕｒｅＡｃｔｉｏｎ,響應(yīng)客戶端ＭａＰＰｏｌｙｌｉｎｅ操作,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。(4)數(shù)據(jù)層的實(shí)現(xiàn):系統(tǒng)通過ＡｒｃＳＤＥ+Ｏｒａｃｌｅ10ｇ實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理,數(shù)據(jù)的存取是通過服務(wù)對象的調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)對象運(yùn)行于ＧＩＳ服務(wù)器上的ＳＯＣ中,若使用ＧＩＳ服務(wù)器上的服務(wù)對象,首先就要建立與ＧＩＳ服務(wù)器的連接。連接過程中必須以ＡｒｃＧＩＳＳｅｒｖｅｒ用戶組(ａｇｓｕｓｅｒｓ)或ｓｅｒｖｅｒ管理員組(ａｇｓａｄｍｉｎ)成員賬號(hào)來進(jìn)行訪問,否則將會(huì)返回連接錯(cuò)誤。建立連接后客戶端可以向ＳＯＭ發(fā)出服務(wù)對象請求,ＳＯＭ向客戶端返回池中可以使用的服務(wù)對象的對象代理(如果是非池化的創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)對象進(jìn)程),客戶端通過對象代理對服務(wù)對象進(jìn)行操作,進(jìn)而ＷｅｂＧＩＳ應(yīng)用服務(wù)層中的業(yè)務(wù)邏輯就可以訪問并編輯數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的空間數(shù)據(jù)了。ＷｅｂＧＩＳ是ＧＩＳ與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的有機(jī)結(jié)合,是Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ在ＧＩＳ領(lǐng)域的延伸,極大地拓展了ＧＩＳ技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,并使其成為主流ＩＴ技術(shù)領(lǐng)域之一。構(gòu)建“數(shù)字校園”框架,要盡快建立和完善高校的地理信息空間數(shù)據(jù)庫,并建立長期有效的空間數(shù)據(jù)庫更新和完善的運(yùn)行體制和機(jī)制。目前ＷｅｂＧＩＳ正處在發(fā)生重大技術(shù)變革期間,它給一切敢于迎接挑戰(zhàn)的人提供了巨大的機(jī)會(huì)。三、基于SupernaturalGIS數(shù)字校園建設(shè)技術(shù)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字校園建設(shè)是在校園環(huán)境的基礎(chǔ)上,將現(xiàn)實(shí)校園中的環(huán)境資源數(shù)字化,形成一個(gè)數(shù)字空間。本章結(jié)合SupernaturalGIS的特點(diǎn)介紹了數(shù)字校園建設(shè)的過程,并且實(shí)現(xiàn)了校園的數(shù)字化建設(shè)。1、數(shù)字校園建設(shè)信息的獲取構(gòu)建校園三維模型需要真三維的空間數(shù)據(jù)(包括平面位置、高程或高度數(shù)據(jù))和真實(shí)影像數(shù)據(jù)(包括建筑物頂部和側(cè)面紋理)。具體數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)、建筑物高度數(shù)據(jù)、地面近影照片以及紋理圖片等。下面分別予以介紹:1.1DEM數(shù)據(jù)獲取DEM數(shù)據(jù)在數(shù)字校園三維景觀模型中起著舉足輕重的作用,2DGIS中DEM一般由離散高程點(diǎn)用TIN構(gòu)造而成。離散高程點(diǎn)是由地形圖經(jīng)數(shù)字化后采集得到。1.2建筑物高度數(shù)據(jù)獲取建筑物高度數(shù)據(jù)獲取主要有如下3種方式:⑴在2DGIS數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上按層數(shù)粗略求算建筑物高度。這種方法獲取的建筑物高度是一個(gè)估計(jì)值,且所有建筑物只能用平頂表達(dá),或者人為的加一個(gè)修飾性的屋頂。⑵用人工或者半自動(dòng)的方式借助軟件基于影像獲取(以建筑物屋頂數(shù)據(jù)為主)。通過該方法獲取的數(shù)據(jù)重構(gòu)建筑物形狀接近實(shí)際,但工作量仍然很大。⑶以研究算法為主,從影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。這是一種高效的方法,但目前還不適于進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。1.3三維對象的幾何要素?cái)?shù)據(jù)獲取三維幾何要素?cái)?shù)據(jù)的獲取方法主要有以下二種:⑴將2DGIS中建筑物輪廓線與建筑物高度結(jié)合,用簡單幾何體表達(dá)建筑物的外形特征。這種方法最簡便,同時(shí)三維數(shù)據(jù)量最少,但是也與真實(shí)模型相差最大。⑵采用近景攝影測量方法,獲取建筑物的集合形狀數(shù)據(jù)。這種方法獲取的數(shù)據(jù)精度較高,且可以達(dá)到很細(xì)致的水平。不僅可以獲取建筑物外部形狀信息,也可以測量其內(nèi)部幾何信息,適用于對單體建筑的量測。缺點(diǎn)主要是受測量儀器設(shè)備限制,對于較大建筑,數(shù)據(jù)獲取比較困難。同時(shí)難以快速獲取較大范圍建筑群的幾何形狀信息。1.4紋理數(shù)據(jù)獲取紋理獲取方法概括為以下幾種:⑴計(jì)算機(jī)簡單模擬繪制。這種方法采用了矢量紋理,其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)量少,建立的模型瀏覽速度快。缺點(diǎn)是缺乏真實(shí)感。⑵地面攝影相片直接提取。這種方法需要用相機(jī)拍攝大量的建筑物側(cè)面相片,其獲取速度慢,且涉及數(shù)據(jù)量大,后續(xù)處理工作量也很大。但是這種方法建成的校園三維模型真實(shí)感強(qiáng)。⑶根據(jù)相片由計(jì)算機(jī)生成。對具有相似紋理的建筑物,使用計(jì)算機(jī)提取其紋理特征,對這些建筑物進(jìn)行批量處理,可以大大減少紋理獲取量和后續(xù)處理的工作量。但模型真實(shí)感相對較差。2三維幾何建模方法目前常用的三維幾何建模方法可以分為三類:基于圖形的建模方法、基于圖像的建模方法、基于圖形和圖像相結(jié)合的建模方法。不同的建模方法各有優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用中往往是集成幾種方法。(1)基于二維GIS的建模方法二維GIS具有大部分建筑物實(shí)體建模所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)二維GIS本身還具有比較完善的數(shù)據(jù)庫及其操作功能。因此,直接從二維GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維虛擬模型是一條經(jīng)濟(jì)快捷的有效途徑。(2)基于影像的三維建模方法基于影像的三維建模方法,需要的三維數(shù)據(jù)應(yīng)嚴(yán)格首尾重合。其建模方法不采用一個(gè)幾何體而由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)組成,這樣可以加快建模速度。在虛擬景觀建模與三維可視化研究的三維建筑物模型表達(dá)與建模中,此種方法是最為常用的方法。(3)CAD建模方法CAD以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)建模與編輯功能使得其與GIS有了越來越緊密的聯(lián)系。CAD系統(tǒng)在三維空間數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用已經(jīng)取得較大進(jìn)展,其在圖形處理與真三維建模方面具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢,CAD設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)能夠逼真表示規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的精細(xì)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征,不僅能表示物體外觀,而且還能夠展現(xiàn)物體復(fù)雜的內(nèi)部形態(tài)。但是CAD建模大多涉及手工操作,工作量大,成本高。3基于SupernaturalGIS數(shù)字校園建設(shè)的實(shí)現(xiàn)本論文利用SupernaturalGIS三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件對河南理工大學(xué)新校區(qū)進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)。下面對該軟件和數(shù)字校園系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹。3.1SupernaturalGIS簡介SupernaturalGIS是北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司開發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件-超自然真三維地理信息系統(tǒng),它是基于計(jì)算機(jī)立體視覺、人工智能、空間信息等技術(shù)開發(fā)的真三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),屬三維信息系統(tǒng),為城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理等部門提供一個(gè)完全不同于以往二維平面環(huán)境的真三維立體可視、可量測地表環(huán)境平臺(tái)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)為:⑴真三維該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的2.5維(也稱之為透視三維)有著本質(zhì)的區(qū)別,它實(shí)現(xiàn)了真正意義上的三維,使得空間數(shù)據(jù)以立體的方式直接表達(dá),實(shí)現(xiàn)了地形地物、圖形圖像數(shù)據(jù)的三維疊置與可視化。⑵真紋理其三維環(huán)境中的建筑物表面紋理來源于數(shù)碼相機(jī)在實(shí)地拍攝的建筑物表面圖像,可以真實(shí)地再現(xiàn)實(shí)地場景。⑶真尺度系統(tǒng)平臺(tái)所表現(xiàn)的實(shí)物模型具有和現(xiàn)實(shí)實(shí)物同樣的大小尺寸,具有準(zhǔn)確性。3.2數(shù)字校園系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示,數(shù)字校園建設(shè)過程主要包括數(shù)據(jù)獲取和三維景觀建模。下面對數(shù)字校園建設(shè)中需獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單介紹:⑴地形數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)的作用是為數(shù)字校園建設(shè)中各種模型搭建一個(gè)平臺(tái)。主要包括DEM,它通過地形圖獲得離散的三維點(diǎn),然后經(jīng)過內(nèi)插處理構(gòu)建TIN。⑵紋理數(shù)據(jù)。紋理包括不透明紋理和透明紋理。不透明紋理的獲取方法主要通過數(shù)碼相機(jī)拍攝實(shí)際照片,然后利用Photoshop處理。也可以從其它資源獲得拍攝不到的建筑或校園景觀紋理,包括建筑物、道路、水面、樹木、草地等。⑶三維建模數(shù)據(jù)。數(shù)字校園三維景觀建模一般包括地形、地貌建模,建筑物單體建模和環(huán)境小品建模。地形、地貌建模需要的數(shù)據(jù)主要是DEM和DOM,DOM獲取的途徑是數(shù)字?jǐn)z影測量。建筑物單體建模在數(shù)字校園建設(shè)中顯得尤為重要,對于建筑物而言,可以看作有屋頂面和各個(gè)鉛垂外墻面組成。建筑物的形狀和種類一般有屋頂?shù)男螤顩Q定。由于河南理工大學(xué)校園內(nèi)的建筑物比較規(guī)則,所以一般房屋墻面的處理是根據(jù)JX4全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站系統(tǒng)采集的房屋數(shù)據(jù)頂點(diǎn)依次連接成一系列四邊形圍成的;對于環(huán)境小品,如獨(dú)立樹、路燈、柵欄、雕塑等一般采用紋理映射或根據(jù)真實(shí)圖形建模。四、其他數(shù)字校園建設(shè)技術(shù)簡介一）、數(shù)字地形建模技術(shù)數(shù)字地形通常有等高線、規(guī)則格網(wǎng)(Grid)和不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)三種不同的表示方法。其中等高線的表示方法被廣泛應(yīng)用于各種地形圖和現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)中，它是用2維手段表示3維物體的常用方法。而用規(guī)則格網(wǎng)來表示地形高程域的數(shù)據(jù)是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而提出的，它實(shí)際上是用一個(gè)2維的數(shù)組來表示地形的高程，其格網(wǎng)的平面通常是缺省的。數(shù)字高程模型DEM(DigitalElevationModel)是表示區(qū)域D上的3維向量有限序列。用DEM表示地面是現(xiàn)在的主要建設(shè)技術(shù)。它可以直觀形象地表示地面形態(tài)。與傳統(tǒng)其他方式相比較，DEM作為地形表面的一種數(shù)字表達(dá)形式:可以準(zhǔn)確地顯示地形信息；精度不會(huì)損失，因?yàn)镈EM采用數(shù)字媒介，不會(huì)像常規(guī)地圖隨著時(shí)間的推移等因素而損失原有的精度；更新數(shù)據(jù)相對方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化。二、紋理的獲取和處理技術(shù)地面紋理影像可以從現(xiàn)有的航空影像或航天遙感影像獲得，也可以根據(jù)地面物體的特征，人工賦予相應(yīng)的紋理影像。不管用哪種方法都要先將原始的影像處理成數(shù)字正射影像，有一致的比例尺，消除了投影誤差，坐標(biāo)與數(shù)字高程一致，這樣才能形成真實(shí)的景觀模型。紋理數(shù)據(jù)獲取紋理獲取方法概括為以下幾種:⑴計(jì)算機(jī)簡單模擬繪制。這種方法采用了矢量紋理，其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)量少，建立的模型