1、 南阳师范学院 20XX 届毕业生 毕业论文（设计） 题 目： 基于 ArcGIS 构建三维校园 -以南阳师范学院东区为例 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： - 2 - 目 录 摘要 (1) 0 引言 (1) 1 前期立项 (2) 2 准备 (2) 2.1 数据准备 (2) 2.1.1 数据采集 (2) 2.2.2 数据分析 (3) 2.2.3 数据处理 (3) 2.2 模型构建 (7) 2.2.1 对象研究 (7) 2.2.2 软件建模 (7) 2.2.3 模型处理 (9) 2.2.4 模型导入 (10) 3 交互式操作 (11) 4 研究的过
2、程意义及需要注意的问题 (12) 4.1 过程与意义 (12) 4.2 需要注意的问题 (12) 5 结束语 (13) 参考文献 (13) Abstract (14) 第 1 页 (共 14 页 ) 基于 ArcGIS 构建三维校园 以南阳师范学院东区为例 摘要： ArcGIS9.3 是美国环境系统研究所开发的新一代 GIS 软件，是世界上应用广泛的 GIS 软件之一，是我国 GIS 领域常用的商业软件，其功能十分强大。通过收集资料 、资料预处理、矢量数字化、建立三维模型、导入模型、建立三维可视化等一系列步骤，利用 ArcGIS 9.3 软件 ,对南阳师范学院东校区虚拟校园进行了初步实现。通过
3、虚拟校园，可将现实校园的各项资源数字化形成一个数字空间 ,实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程 ,从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的。 基于 ArcGIS 构建三维校园 1 以南阳师范学院东区为例， 主要是将三维模型与 ArcGis9.3 结合，实现虚拟与现实 2之间的交互操作。在过程中主要运用软件 3Dmax6、 ArcGis9.33、 Photoshop 等，将纸质地图转换为数字地图，平面图向三维立体图形的过度。面临的主要技术难点是矢量化过程、数据纠错、构建模型、贴图制作、人机交互等。通过虚拟校园 47，可将现实校园的各项资源数字化形成一个数字空间 ,实现学校的教学
4、、科研、管理、服务等活动的全部过程 ,从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的。 关键字： 虚拟 校园 ；三维建模； ArcGIS；南阳师范学院 数字校园是数字地球的微观表现形式在校园区域的具体体现。虚拟校园 4是数字校园工程的重要组成部分。在 ArcGIS 9.3 中 , ArcGIS 3D 分析扩展（ 3D Analysis Extensions）模块主要在三个领域提出了新的功能：三维可视化（ 3D Visualization）、三维符号（ 3D Symbology）和三维地理处理（ 3D Geoprocessing）。 3D 分析扩展模块把一个专门化 3D可视化应用程序 ArcSc
5、ene 增加到 desktop 中 ,扩充了 ArcCatalog 和 ArcMap，能更有效地管理 3DGIS 数据，进行 3D分析，编辑 3D 要素，建立具有 3D 视图属性的图层。用户可以从已经存在的二维 GIS 数据中 建立 3D 要素，或通过在 ArcMap 中使用表面提供 Z 值来数字化新的 3D 栅格数据和图形。通过 ArcScene 用户能制作第 2 页 (共 14 页 ) 现实场景，在该场景中对 3DGIS 数据进行访问和操作。本文通过收集资料、资料预处理、矢量数字化、建立三维模型、导入模型、制作现实场景等一系列步骤，以 ArcGIS 9.3 中的 ArcGIS 3D 分析扩
6、展模块为依托，建立了 基于 ArcGIS 构建三维校园 1 4 8 以南阳师范学院东区为例的 虚拟校园，从而为数字校园的建设打下良好的根基。 1 前期立项 根据当前三维虚拟技术的发展和在现实中的应用 ，利用本科在校期间学习的 GIS专业知识，在老师的耐心指导下，完成以基于 ArcGIS构建三维校园 以南阳师范学院东区为例为题的毕业论文设计。 2 准备 2.1 数据准备 2.1.1 数据采集 作为项目实施过程中的基础数据，我们利用互联网的资源优势获得研究区的影像图数据。如图 1： 图 1. 截获器软件功能介绍 此为 Google Map 截获器，由于其具有地图自动拼接功能，避免了因影像区域数据量
7、过大而进行图幅拼接的麻烦。只需在界面中的左下搜索框中输入研究区的名称，根据自己的需要进行图像范围和 影像级别设置，点击确定即可完成。拼图后目标图像的基本数据如下表： 表 2. 影像数据基本信息表 纬度范围 32.9669071871849 至 32.981596140332 经度范围 112.475581169128 至 112.501915097237 影像级别 19 图像格式 tif 第 3 页 (共 14 页 ) 2.1.2数据分析 主要是根据步骤（ 1）采集的影像数据，分析图像的空间特征、几何特征、属性特征等，将下载好的影像数据加载到 ArcMap 中，查看属性信息，如图 3： 图 3
8、. 影像数据属性表 用目视解译的方法分析影像中的地物图像信息，研究区域范围为南阳师范学院东校区，以及其它各种辅助地物信息如道路、建筑物、绿地、水体、路灯等在项目实施过程中的处理方法，做到胸中有丘壑。 2.1.3数据处理 在数据处理之前首先了解影像图的坐标系统参数，以便在后面实施过程中参考坐标系的统一。包括创建数据库和存放各类地物的矢量化数据文件。 创建数据库 了解了影像数据的特征之后，进行影像数据的处理。首先打开ArcCatalog，在目录列表中建立“师院东区”文件夹，将影像数据放入文件夹中，并在文件 夹中创建一个 New PersonalGeodatabase 数据库，如下图，需要注意创建过
9、程中参考坐标系与影像数据坐标的统一。 第 4 页 (共 14 页 ) 图 4. 创建数据库 然后在数据库中分别建立各类不同地物的点状、线状、面状要素图层，注意要保持各类地物图层与影像图的参考坐标的一致性。 数据库创建完成后，还要利用拓扑工具建立拓扑图层以对各类要素图层进行拓扑检查，即保证各图层之间不出现线的过长、面之间的叠加重合以及不同要素图层之间的缝隙。也可以进行其他数据之间点、线、面的转化，目的都是使数据优化以满足后期处理的需 要。 图 5. 创建要素类图层 第 5 页 (共 14 页 ) 图 6. 要素图层处理 矢量化影像图 利用 ArcGis 软件中的工具将研究区的各类地物按照不同的要
10、求进行编辑的矢量化过程。 选择不同的目标地物分别进行矢量化后，为了保持数据的准确性，需要对矢量化数据进行拓扑检查，主要是检查在矢量化过程中出现的节点的悬挂、线的过长或不及、不同地物间的空隙等错误进行的修改。 图 7. 拓扑数据检查 根据需要适当的将要素图层中同一地物相同属性信息进行合并，以达到数据的绝对优化。然后根据实际情况打开属性表，创建属性表子集并分别输入要素图层的属性信息如物类、 Z 值等。 第 6 页 (共 14 页 ) 图 8. 要素分类显示 图 9. 物类属性表及其高程 最后根据常规地物类型的表示方法，利用软件自身功能设置地物的颜色、边框等辅助信息。 将矢量化后的最后结果整理一下，
11、除去参考要素类等辅助信息。 图 10. 南阳师院东区矢量化图层 如上图完成矢量化过程后，将结果保存到指定位置（最好设置成为相对路径，以便于数据在拷贝之后可用）。 第 7 页 (共 14 页 ) 由于 ArcScene 中要 素转点的操作是针对图层而不是针对单个对象的，必须针对不同的 3D模型建立图层，把建筑物层对应的要素复制到以建筑物命名的图层中，以便于把 3D模型分别导入 ArcScene中，模型图层的建立 此外，还要进行数据的转换，也就是将矢量化后的校园各类地物的面状数据转换为点状数据，以便下面加载到 ArcScene 时能够加载三维立体模型，完成整体布局。 图 11.数据转化 数据应用
12、打开 ArcGis 软件中的 ArcScene 模块，将步骤（ 3）中保存的数据加载到软件中，设置好数据属性表中的高程数据，主要运用其拉伸功能，最后 得到简易的三维立体模型建筑。 2.2 模型构建 2.2.1对象研究 首先是对软件的研究 研究软件的功能、优、缺点等，以及在使用过程中的需要注意的事项。 其次是对模型的研究 研究模型的特征、存储数据格式以及在模型导入过程中的具体要求。 还有就是在三维场景中模型及属性数据的优化研究。 2.2.2 软件建模 如果说矢量化的过程是三维虚拟校园的基础的话，那么软件建模第 8 页 (共 14 页 ) 可以称的上是整个过程中的核心。因为如果没有三维模型来进行装
13、饰的话，那么此项目就会徒有虚名了。 软件建模所使用的工具在 这里我们选择的是 3Dmax 制图 25软件。 PS 是一款专注于图像处理技术的专业软件，通过软件操作，可以对效果不理想的图像图片进行优化处理，以达到用户的要求。在虚拟现实制作过程中，我们主要用它来对各种模型贴图进行优化处理，以满足贴图需要。 而在此项目中，模型的构建主要有粗略和精致两种划分。因为此项目的主体对象是南阳师院东区，所以在建模是主要是对东区的建筑模型精细处理；而作为参考的生活一区模型只要进行简单的粗略描绘就可。 首先，打开 3d max 20096, 构建一个长方体模型，设置为可编辑多边形，选中需要的面，打开材质编辑器 5，将 PS 好的建筑模型的表面贴图添加进来，为三维模型服务。 图 12.基于 3Dmax 的三维模型构建 图书馆 然后，将设置好贴图的三维模型保存为 ArcScene 可以识别的 .3Ds 格式。以便自行建立样式库和把模型导入 ArcMap 和ArcScene 中。 图 13.三维模型数据格式导出 .3ds
