基于Google Earth的校园建筑物三维建模开题报告

1．研究的背景、目的及意义

研究背景

随着技术发展 ,人们要求用更直观、现实的方式了解周围环境, 以三维景观模型为主的数字城市虚拟系统也越来越引起人们关注。三维景观是数字城市的一个重要组成部分, 探讨互联网环境下的城市三维景观可视化技术 ,更具有重要现实意义和广阔的应用前景。

数字校园是数字城市建设的一部分,建设网络校园三维景观，供远程用户访问和应用,不仅能提高校园地理信息的可视化程度，使用户更快速、完整地了解校园情况，有效扩展数字校园的功能，而且能对建设数字城市虚拟系统起到实验作用。虚拟数字校园使用了丰富的表现手法，提供给人们一种全新的校园浏览、规划、建设和管理理念。数字校园是数字地球在校园区域的具体体现，已成为知识经济时代校园走向现代化的必经之路。

国内外虚拟校园研究现状

作为虚拟校园实现的核心的虚拟现实技术最早发源于美国，随后便在各个国家得到飞速发展，已经应用在教育、生活各个领域，例如图书馆、实验室等的息管理工作，并已取得了举世瞩目的成就。同时美国大学校园也将 Internet 融入虚拟校园系统中，逐渐改变了传统的大学管理和生活方式，成为大学教师、本科生、研究生和行政管理人员教学、科研、学习和管理的必不可少的工具之一，并成为衡量一所大学在信息管理上水平高低的重要标志。美国高校的重视也让虚拟校园技术在美国发展最为迅速，处于世界领先的水平，由于各国已经意识到虚拟校园在教育领域的重要性，也被各国所重视，处于飞速发展阶段。以下对美国及瑞士等国家的虚拟校园发展进行介绍。

加州大学构建了 VR 技术研究室，为其在构建虚拟校园系统时提供强有力的支持。VR 技术主要应用于建筑漫游，它可以同时建立多个实时地形漫游地形建筑，为用户提供比较清晰的场景印象，也为设计者在设计之前对建筑有一个完整直接的认识，做出精确的评价，对设计方案进行完善。早在 1997年加州伯克利分校运用 SGI 工作站，制作了学校各教学楼的交互漫游，应用了很多关于 VR 方面的技术，使其速度大大提高，达到每秒 20 帧的 水平。总的来说，美国大学的虚拟校园技术已取得巨大成效，对学校的信息管理、科研教学活动、学习生活都有所应用，并且取得良好效果。

瑞士也是在虚拟校园方面投入了巨大精力，并取得了不错的效果。早在 1999 年，瑞士联邦两院正式通过了《瑞士大学 2000-2003 年发展计划》，里面涉及到 虚拟校园的建设，而且还以财政补贴方式国家各个州立大学拨款，作为其建立“瑞 2 士虚拟校园”的资金。瑞士的多所高校都已参加实施这个“虚拟校园建设”计划。 一些瑞士大学联合起来共同利用新技术建立一个集合的新信息网站，该网站提供的功能有：数据检索，有关出版物和文章索引，优秀教学方式的演示与推广，以超链接形式参考其他有用资源等。 而在我国虚拟校园建设起步较晚，与美国等发源地有着一些差距。但我国虚拟技术也逐渐受到有关部门的重视，国家所制定了九五计划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等一系列计划，虚拟技术也列在其中，促进虚拟现实技术的发展和应用。并且国内很多重点院校也展开对虚拟校园的全面研究，紧跟国际先进水平，通过对虚拟校园技术的良好运用，为学校构建一个逼真的虚拟校园场景。

现如今，互联网宽带技术快速发展，网络教育更是日新月异。在此背景下，虚拟校园也有了高速前进的契机。我国天津大学、西南交通大学、北京大学等高校都先后制作出自己的虚拟校园。实现虚拟校园方式繁多，在不同平台上制作的效果也各有千秋。

北京邮电大学虚拟校园是能够支持多用户在虚拟环境中互相感知可以以一 个角色来代替真人进行某些交流，其类似于一个以北邮为场景的 3D 游戏。它是 基于 B/S 结构，以 UML（统一建模语言）为工具，应用 Java 及 VRML 实现的。 浙江大学 CADCG 国家重点实验室的研究重点是基于桌面的立体显示技术。采用层面叠加和预消隐技术开发桌面虚拟校园漫游系统，具有很强的立体感和真实感。

香港理工大学和香港中文大学在制作虚拟校园系统时集虚拟现实技术、互联 网和电子地图为一体，意图打造一个与现实能够相关的虚拟世界，用户可以通过该系统实现在真实校园里的很多功能，比如浏览观赏校园环境，利用虚拟图书馆 查找需要的文献资料，可以在虚拟教室里进行网上课程学习。

国外有很多虚拟现实软件开发平台，如美国Sense8公司的 WorldToolKit(WTK)，爱荷华州立大学虚拟现实应用中心的 VRJuggler，Deneb Robotics公司的ENVISION以及英国Superscape公司的VRT等。这些开发平台针对不同的应用目的，在一定程度上提高了虚拟现实应用系统的研发效率，但是开发中遇到的问题依然很严峻，特别是由于缺乏自主知识版权，对核心模块不了解，当需要补充开发新的功能时，则往往无法进行。国内较成熟的虚拟环境开发平台有 VR-Map、IMAGIS、CCGIS 等，在虚拟环境建设方面已取得一定的成效。但由于专业性强，与国外软件相比，功能上还存在一定差距，加上源数据获取有一定难度，技术门槛相对较高，推广应用还有很长的路要走。基于 Google Earth 和 SketchUp 软件建立 3DGIS 的技术思路，取得了较好的可视化效果。

研究目的

近年来，我国高等教育规模迅速扩大，很多高校都致力于新校区建设，却缺少对新校区的宣传和展示力度，为了解决此问题，希望利用虚拟现实技术和计算机图形软件结合起来，以苏州科技大学大学为研究对象，以主要建筑物为虚拟空间，详细阐述虚拟校园展示系统的研究与实现。在制作虚拟校园之前，分析出最平衡的虚拟校园实现方案，收集校园资料，建立学校建筑物模型，实时数据采集，构建 3D 模型，纹理材质以及贴图制作，导入模型，制作出苏州科技大学校园三维地图。

通过设计苏州科技大学的虚拟校园展示系统，不仅让广大师生利用互联网通过虚拟校园了解整个学校情况，也会对学校的宣传起到正面作用。同时为学校建立一个逼真度较高的虚拟场景，可以给资源管理，规划校园提供巨大技术支持。

主要采用 Google 公司开发的三维建模软件——Google SketchUp 进行模型构建。它与 Google Earth 相结合，充分利用 Google Earth 的地形和影像数据，能较好地展示研究对象的地理位置、区位、形象等相关信息。

第一步，要确定校园的区域位置，并获得该研究区的高分辨率卫星影像数据;

第二步，在综合利用已有的图件资料和测量手段的基础上， 绘制主要建筑物的平面图;

第三步，获取建筑物的高度信息，并利用相机对建筑物进行拍照，采集建筑物表面纹理，用 Photoshop CS3软件对纹理图片进行处理，在 SketchUp 软件中构建建筑物三维模型;

第四步，基于研究区的地形及影像建立相应的三维场景;

最后，在 Google Earth 中进行融合并显示。