| 标题 | 三维舟山港展示系统的设计与实现 |
| 范文 | 沈晓东+吴远红 摘要：三维展示系统可以融GIS与虚拟现实港口于一体，所创建的三维数字模型不仅能形象直观地展现港口三维虚拟场景，还会使观众在浏览时，有身临其境般的感受，利用LOD技术提高图片显示速度，使观众浏览更加顺畅，另外，提供各种服务接口可广泛应用于港口区域发展规划、重点项目建设、资源调查与动态监测、公共应急管理、港城规划建设等领域，为政府宏观决策、公共管理和应对突发事件等提供科学依据。 关键词：三维数字模型；GIS；虚拟现实；LOD；服务接口 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0056-03 Abstract： 3D display system can combine GIS and virtual reality in one port， 3D digital model created not only can show the port three-dimensional virtual scene， but also make the audience while browsing， has personally on the scene like feeling， improve the display speed. The use of LOD technology， make viewers more smoothly， in addition， to provide a variety of the service interface can be widely used in the port area development planning， construction of key projects， resource investigation and dynamic monitoring， emergency management， city planning and construction and other fields， and provide scientific basis for government decision-making and public management and other emergencies. Key words： 3D digital model； GIS； virtual reality； LOD； service interface 港口作为连接陆地与海洋的接口，作为海洋开发的基础设施是极其重要的。舟山港地处长江三角洲和东部沿海要冲，是长江三角洲综合运输网的重要节点，也是“江海联运”重要组成部分。利用3D建模技术、虚拟场景设计等虚拟现实技术，建设一个三维场景的港口展示平台。对于港口的宣传，设计，以及后期的功能二次开发都有重要的作用。 1 基于VR技术的三维GIS 虚拟现实地理信息系统（VR-GIS）是地理信息系统的一个重要发展方向。虚拟现实是可视化三维地理信息系统数据的一个主流的工具，但与GIS数据的直接交互是有限的。VR-GIS把传统的GIS的空间分析与查询功能增加到了虚拟环境中。本项目将VR-GIS引入舟山港，是三维智慧舟山港展示系统的亮点。 将虚拟现实技术与GIS技术相结合，可取得相互借鉴、取长补短及相得益彰的效果：一方面，虚拟现实技术可以极大地改善3D-GIS的建模工作、增强3D-GIS的可视化能力；另一方面，GIS可以为虚拟现实提供其所不具备的双向查询、空间分析、辅助决策等GIS功能。虚拟现实技术与GIS技术的结合必将使3D-GIS向新型化、实用化方面迈出重要的一步。将虚拟现实场景应用于GIS来实现三维GIS是“3s”技术的研究热点之一，同时也为“数码城市”、“数字地球”的建立创造良好的条件和基础。 2 系统架构 系统的总体设计大致分为以下四步：从多方面对系统的需求进行分析；对数据的采集处理建模以及更新；对模型进行多数据高效整合生成相应数据库；开发服务与运维管理系统。以下是系统架构。 系统总体逻辑结构框架可分为三个层次： 人机交互层、业务逻辑层、和数据服务层。系统的数据服务层由 Oracle 10g 管理下的空间数据库和非空间数据库共同构成；业务逻辑层由空间数据引擎ArcSDE、ArcGIS 系列组件和相关产品构成；人机交互层由 ArcGIS 及二次开发的数据管理、查询、显示及输入输出等模块构成。系统逻辑结构如图1所示： 3 三维数字建模和数据库 3.1 建模流程 三维视建模分为八项工作，包括：建模资料准备、数据预处理及优化、真实感地形生成、三维物体模型建立、纹理图片处理、数据结构优化、细节层次处理、数据库调试安装等。其建模流程如下图所示。 三维视景建模大体上可按上述流程进行，在實际工作中，可结合实际情况，各部分互相穿插进行，相辅相成，以便制作出合理的、高效率的视景数据库。 3.2 港区测绘数据 建设港区场景及三维数据建库，包括码头、机械设施、建筑物、道路、船舶、堆场、物体、罐区等设施的三维数据建库。包括如下数据类型：真实三维模型（场景）数据和DEM/DOM叠加三维模型（场景）数据。 3.3 数据库的构成 采用层次型与面向对象相结合的三维数据结构针对模拟通航环境的特点和船舶操纵模拟研究的需求，构造合适的三维数据结构，实现三维实体的表达。 三维视景数据库包含以下主要模型：地形地貌模型和岸上建筑物模型。 1）地形地貌模型 地形地貌模型是整个视景数据库的基础，涉及众多岛屿、陆地等复杂地形。为了提高视景驱动的解算速度，大面积岛屿使用多细节层次（LOD）的地形、地貌、地面特征物、光点灯模型，具有纹理且真实感强。 2）岸上建筑物模型 为了真实展现模拟航行环境，视景数据库包含丰富的岸上建筑物模型。应包括：泊位、缆桩、装卸设施、电线架、码头堆场和办公建筑等。可根据港口规划设计图和实际场景资料建立。 4 三维展示平台功能实现 4.1 基本功能 4.1.1 三维交互式浏览功能 1）具有灵活的运动控制模式 2）多种浏览方式：提供多种浏览模式，支持自由漫游、定线巡航等方式模式，并能进行相关参数设置。 3）可设定游览路径 4）快速空间定位功能：在三维场景中双击任意点，视点马上切换到此点，并有反向功能实现视点的180度反向。 4.2 信息查询功能 对数据的查询操作是地理信息系统重要的组成部分，也是本系统的重要部分。本系统提供四种查询方法：1）搜索定位2）属性查询3）周边查询4）信息标注。 4.3 场景特效 系统能够模拟天气，和实现水面波纹效果。 整体场景效果： 码头设施、港口道路、港口建筑、堆场及货物、水池等设施，建筑色调和谐统一，场景支持烘培材质和多层纹理效果，画面效果细腻逼真、纹理清晰、烘焙效果美观，能如实模拟港口设施设备的实际情况。三维GIS基本效果如下图3： 4.4 服务接口 通过加载SDK三维控件，引入三维平台的数据服务和分析服务，结合业务进行二次开发，快速搭建专业应用系统。 系统具备发布接口和管理接口的能力，并开发了以下接口：动态预演接口，港口规划管理接口，分析决策接口，数据空间分析接口，信息交换接口，并预留接口集成提供二次开发工具。 5 结束语 本系统建立三维模拟场景，对港口及周围地理进行模拟，多图层的展示，灵活的操作，给人流畅的浏览感受。各种简便的使用工具，极大丰富使用者的交互感受。提供各种预留接口，方便系统的使用和扩展。但是在多场景大范围的操作时，如何无缝衔接，并且平滑的切换页面还是有待研究和改进。系统遇到大量用户操作和数据访问，服务器的数据操作会造成卡顿，从而影响系统效率。所以系统的数据分析功能需要进一步改进。 参考文献： [1] 康宁， 章珂， 曹艳娟， 等.基于VRGIS的防洪减灾多维虚拟仿真系统研究[J]. 微计算机信息， 2011（9）： 125-127. [2] 刘凯， 毋河海， 胡洁. 虚拟现实技术在地球科学中的应用现状与前景展望[J]. 河南大学学报：自然科学版， 2007， 37（4）： 371-376. [3] 付哲， 周云轩， 姜晓轶， 等. 虚拟现实和GIS系统集成方法研究[J]. 测绘与空间地理信息， 2005， 28（5）： 8-11. [4] 李会. 虚拟现实技术在工业控制中的应用[J]. 微计算机信息， 2006（5）. [5] 邹湘军， 孙建， 何汉武. 虚拟现实技术的演变发展与展望[J]. 系统仿真学报， 2004 ， 16（9）：1905-1909. [5] 周思跃.虚拟现实定义的探讨[J].计算机仿真，2006（9）. [6] Forley J D. Interfaces for advanced computing[J]. Scientific American， 1987 ，257（4）： 126-135. [7] 赵新华. 虚拟现实技术在虚拟海洋环境中的应用[J]. 应用科技， 2006（10）. [8] 邓志东， 余士良， 程振波. 通用分布式虚拟现实软件开发平台的研究[J]. 系统仿真学报， 2008（12）. [9] 司光亚， 李志强， 胡晓峰. 虚拟现实技术在模拟军事环境中的应用[N]. 计算机世界， 2007-07-09. [10] 苏建明， 张续红， 胡庆夕. 展望虚拟现实技术[J]. 计算机仿真， 2004，21（1）. [11] 张建武， 孔红菊. 虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J]. 电化教育研究， 2010（4）： 109-112. [12] 趙慧勤， 孙波. 网络环境下基于虚拟现实技术的情感教学环境的构建[J]. 中国电化教育， 2009（4）. [13] 邹湘军， 孙健， 何汉武， 等. 虚拟现实技术的演变发展与展望[J]. 系统仿真学报， 2004，16（9）：1905-1909.. [14] 王亚， 汤万刚， 罗代升， 等. 虚拟现实技术在军事领域的应用及对未来战争的影响[J]. 现代防御技术， 2005（4）. [15] 胡小强. 虚拟现实技术[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2005. [16] 卞锋， 江漫清， 桑永英. 虚拟现实及其应用进展[J]. 计算机仿真， 2007（6）. [17] 吴家铸. 视景仿真技术及应用[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社， 2001. |
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