虚拟现实技术毕业论文
虚拟现实技术毕业论文题目：基于Google Earth与SketchUp的三维虚拟校园建设
摘要
随着计算机技术、通信技术及其他相关技术的飞速发展，虚拟现实仿真技术日益成为可视化领域研究的热点。通常传统的校园地图内容单一，缺乏三维立体感，实用价值受到限制。虚拟校园(Virtual Campus)将虚拟现实技术引入到“数字校园”的研究中，为校园的规划和设计提供了一种全新的手段，不仅能自然、真实、形象地表达现实世界的对象，而且拓展了现实校园的时间和空间维度，从而扩展其功能。
虚拟校园是数字校园建设的核心平台，在虚拟校园平台上可以关联各种具体应用；同时虚拟校园系统还具有校园对外宣传功能，它给普通用户搭建了一个了解校园的良好平台，使用户可以全面直观地了解校园，对各种景观建筑的属性进行查询。本文以中国矿业大学校园的三维建筑、道路及植被等为研究对象，利用Google Earth影像为数据源，以Sketchup为三维建模工具，基于谷歌地球(Google Earth)实现了中国矿业大学南湖校区三维虚拟校园的可视化与简单交互。
关键词：虚拟校园；虚拟现实技术；谷歌地球； Sketchup
Abstract
With the development of computer, communications and other relative technology, virtual reality is an important topic in visualization area at present. The traditional map of campus is very simple in content and also lack of reality. It has been greatly limited in practice. By introducing the virtual reality technology into digital cample, virtual campus provides a new method for campus design and planning. It not only offers the natural, real, visual and vivid representation of real world but also expands its function.
Virtual campus is the core of digital campus into which various applications can be linked. At the same time, virtual campus system can function as external publicity and built a good platform for general user. Users can understand the campus comprehensively and intuitively and can query the attributes of variety landscapes and architectures using the virtual campus. Taking the 3D buildings, roads, vegetation of China University of Mining and Technology(CUMT) as research objects, the paper built a 3D virtual campus system for CUMT using the tools of Google Earth and Sketchup with the source data obtaining from the open images of Google Earth.
Key words：virtual campus; virtual reality；Google Earth；Sketchup
目录
第一章绪论 (1)
1.1选题背景与意义 (1)
1.1.1本文选题背景 (1)
1.1.2研究的意义 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.1虚拟现实技术国外研究现状 (2)
1.2.2虚拟现实技术国内研究现状 (3)
1.3本文主要内容 (3)
1.4实现方法与技术路线图 (4)
第二章三维虚拟校园建设理论基础 (5)
2.1虚拟现实技术 (5)
2.2 Google Earth与KML (6)
2.2.1 Google Earth简介 (6)
2.2.2 KML概述 (7)
2.3建模软件SketchUp概述 (9)
2.4三维建模技术综述 (9)
第三章校园空间数据的获取与处理 (12)
3.1地物以及建筑物平面数据 (12)
3.1.1建筑物、地物影像获取 (12)
3.1.2建筑物平面图生成 (13)
3.1.3地物平面图生成 (13)
3.2建筑物的高度数据 (14)
3.3建筑物及地物纹理数据 (15)
3.4校园地物属性数据采集及分类 (16)
3.4.1校园信息数据的采集 (16)
3.4.2 校园信息数据的归类 (17)
第四章三维虚拟校园构建流程 (18)
4.1建筑物三维模型的建立 (18)
4.1.1 Google Earth中三维模型建立的方法 (18)
4.1.2建模过程示例 (18)
4.2三维模型的渲染 (19)
4.2.1 纹理贴图 (20)
4.2.2模型渲染过程示例 (20)
4.3三维模型分类展示 (21)
4.3.1生活服务区 (21)
4.3.2公共服务设施 (22)
4.3.3学院办公楼 (22)
4.3.4道路与景观道路 (23)
4.4校园三维模型的发布与共享 (24)
4.4.1 校园三维模型导入Google Earth (24)
4.4.2 制作地标文件 (25)
4.4.3 校园数据的发布与共享 (26)
第五章结论和展望 (28)
5.1建模中出现的问题及解决方案 (28)
5。2本文结论 (29)
5.3存在的问题 (30)
5.4研究展望 (30)
参考文献 (31)
翻译部分 (32)
外文原文 (32)
中文译文 (37)
致谢 (41)
第一章绪论
1.1选题背景与意义
1.1.1本文选题背景
随着虚拟现实技术和网上三维虚拟环境的发展，以及数字地球概念的提出和广泛的实践，对现实大学校园的数字化和虚拟化，即对虚拟校园的研究与构建也越来越多。
虚拟校园(virtual campus)是基于地理信息技术、虚拟现实技术、计算机网络技术等高新技术，将校园地理信息和其他校园信息结合，以三维可视化和虚拟现实场境界面实现校园景观、校园信息的浏览、查询，并可上载到计算机网络，提供远程用户访问的一个新的校园空间。这个校园空间主要是利用虚拟现实技术沟建的，所以它也具有虚拟现实技术的一些特征--沉浸感和交互性，即用户在计算机所创造的虚拟校园中有身临其境的感觉，并能对虚拟校园中的实体进行观察、操纵和访问。
虚拟校园中所用到的地理信息技术是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果[1]。
1.1.2研究的意义
教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。
虚拟现实技术是集影视广告，动画，多媒体，网络可以于一身的推广方式。虚拟现实技术应用在数字校园中，使用计算机技术来生成一个虚拟的三维校园环境，并赋予其可操作性，让浏览者可以与这一虚拟客体进行交流，是体现校园风貌、规模和实力的象征和标志，其主要核心是协助校园推广、宣传，招生等方面的需求，主要通过以下几个方面体现：
1、直观的交流方式
应用虚拟现实技术，学校领导可通过亲身感受，评估展示方案的特点与优劣，以便做出最佳展示方案，不但可以避免决策失误，而且可以大大提高校园展示的价值，从而提高校园风貌在学生心中的形象，而且保护投资。
2、方便的设计工具
虚拟现实不仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它易视觉形式反映了设计者的思想，比如当在一座大楼前模拟首先要做的事情就是对这座大厦的结构，外形做细致的构思，为之定量化，还需要许多设计图，虚拟现实可以把这种构思变成看得见得虚拟物体和环境，
使以往只能借助传统的沙盘的设计模式提升到数字化的即看即得的完美境界，大大提高了设计和规划的质量和效率。
3、最先进的展示手段
在校园风貌展示当中，传统的做法就是印刷宣传彩页或普通的网页展示等。由于印刷彩页是平面，普通的网页是二维的，让学生无法感受到亲临学校的感觉，而且无法将校园全部展示，只能了解校园标志性建筑，无法以正常人的视角去感受校园的规划，更无法获得人在其中的真实感受。近年来效果图和三维动画已经得到普及应用。然而，效果图只能提供静态局部的视觉体验，动画虽有较强的动态三维表现力，但不具备实时交互性，观察者只能按照事先设定好的路线和角度来浏览，很被动，信息获取不够全面。校园个性方面的优势往往无法表现。
综上所述，与传统的展示方式相比较，虚拟现实解决方案的各个指标具有明显优势。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助。
1.2国内外研究现状
1.2.1虚拟现实技术国外研究现状
自从1993年美国政府指定国家信息基础设置(Natianal Information Infrastructure简称NII)的行动纲领以来，大大推动了Internet在美国尤其是大学校园的应用与发展。近年来，Internet逐渐改变了美国大学校园的传统工作、学习、管理和生活方式，成为大学教师、研究生、本科生和行政管理人员在教学、科研、学习、管理和日常生活中必不可少的工具，并开始成为衡量一所大学教学、科研与管理水平高低的重要标志之一。到1996年，美国与国际互联网连通。在高等教育方面，信息技术的应用己渗透到大学教学、科研和管理的各个方面。到1999年底，参加Internet II建设的大学已经达到98所，绝大部分为美国著名大学。1998年美国100多所大学联合成立UCAID(University Corporation for Advanced Internet Development)，从事Internet II研究计划。UCAID建设了一个独立的高速网络实验床Abliene，并于1999年1月开始提供服务。美国政府的NGI研究计划和UCAID从事的Internet II研究计划，都是在这个高速计算机实验网上开展下一代高速计算机网络及其典型应用的研究。目的是构造一个全新概念的新一代计算机互连网络，为美国的教育和科研提供世界最先进的信息基础设施。并保持美国在高速计算机网络及其典型应用的研究。目的是构造一个全新概念的新一代计算机互连网络，为美国的教育和科研提供世界上最先进的信息基础设施，并保持美国在高速计算机网络及其应用领域的技术优势，从而保证21世纪美国在科学和经济领域的领先地位。目前，美国大学校园的信息化建设己经涉及图书馆网络、学校管理工作、教学活动、科研活动、学生日常生活的各个方面，并且己经取得了举世瞩目的成绩。美国大学“虚拟校园”的大门已经向世界敞开[2]。
1999年10月，瑞士联邦两院正式通过了《瑞士大学200-2003年发展计划》在2000-2003年期间，瑞士联邦政府将以特别财政补贴方式为州立大学拨款3000万瑞郎，以鼓励在高等教育领域进行信息化建设，建立“瑞士虚拟校园”。瑞士的两所联邦高工和7所高等职业学院也将参加实施“瑞士虚拟校园计划”。瑞士大学联席会议委托弗里堡大学的新技术与教学中心建立了国家高等教育和新信息技术网(https://www.wendangku.net/doc/4317302074.html,tech.ch)。该网站目前提供以下服务:建立瑞
士高校使用信息技术教学的项目方案数据库(可按学校检索、查询等)；建立瑞士高校使用信息技术教学的有关机构目录：瑞士和国际上关于用新信息技术教学的报告会、研讨会等活动时间表：有关的出版物和文章索引；教学模块、工具软件及现有教学手段的演示：以超链接形式参考其他有用资源；所有的内容都提供德、法、英三种语言服务[2]。
1.2.2虚拟现实技术国内研究现状
随着虚拟现实技术和网上三维虚拟环境的发展，以及数字地球概念的提出和广泛的实践，国内对现实大学校园的数字化和虚拟化的研究与构建也越来越多，许多大学都正在进行自己的虚拟校园建设，如北京大学、浙江大学等多所著名高校己着手开发和研究虚拟校园系统。
成都理工大学提出基于GIS的数字化校园工程“数字成都理工大学”，采用三维建模软件CyberCity对建筑物进行三维建模，实现了成都理工大学校区的三维可视化虚拟重建和漫游，建成了成都理工大学校园GIS、校园MIS、校园综合服务体系。
山西师范大学将虚拟现实技术应用于校园建设，通过虚拟地表生成、三维景观建模、三维模型导入以及虚拟现实场景再现等一系列步骤，利用ArcGIS9.2建成山西师范大学主校区三维虚拟校园。山西师范大学主校区的三维虚拟校园可以放大、缩小以及漫游整个虚拟校园；可以通过人机交互，选择漫游或飞行路径，浏览校园建筑和景观。
四川西华师范大学的吴凤娟等人以WTK和MFC为开发工具，结合3DS MAX创建了西华师范大学虚拟校园漫游系统，通过计算机可以对西华师范大学进行游览，并能实时地进行交互访问。徐峰、陈智敏结合浙江工业大学朝晖校区的环境特点，采用面向对象的编程技术，综合运用各种可视化手段设计了一个虚拟校园环境三维可视化系统。
香港理工大学和香港中文大学研究的类似系统也实现了虚拟校园的部分功能，香港理工大学建立的校园信息系统是一个集虚拟现实技术、互联网和电子地图为一体的虚拟校园系统，用户通过该系统可以浏览虚拟校园环境，利用虚拟图书馆查找和阅读期刊及书籍，通过访问虚拟实验室来使用计算机设备，通过虚拟教室进行网上学习[1]。
1.3本文主要内容
本文以中国矿业大学的设计为研究对象，以主要建筑物为虚拟空间，探讨了建立立体式虚拟校园建筑的建模技术与数据表现方法。对三维虚拟现实地图发布平台Google Earth与三维建模软件Sketchup进行了简要介绍，阐述了将三维地物导入Google Earth中去的几种方法，分析了KML语言并给出实例。
论文分析了虚拟现实技术中的三维建模技术的方法、特点，针对虚拟校园建筑中的建模方法进行了深入地探讨。
各章节主要内容有：
第一章：绪论，主要是选题背景与意义、国内外研究现状、实现方法与技术路线图。
第二章：三维虚拟校园建设理论基础，包括虚拟现实技术、Google Earth与KML、建模软件SketchUp概述、三维建模技术综述。
第三章：校园空间数据的获取与处理，建筑物影像获取、建筑物平面图生成、建筑物的
高度数据获取、建筑物及地物纹理数据、地物属性数据采集与分类。
第四章：三维虚拟校园构建流程， 主要是建筑物三维模型的建立过程及展示，校园三维模型的发布与共享。
第五章：结论与展望。
1.4实现方法与技术路线图
基于Google Earth 的虚拟校园建设，首先需要确定研究所涉及的校园区域，准备全区域的高分辨率卫星影像数据，结合已有的地形图，绘制主要建筑物的平面图，获取建筑物的高度信息，利用相机对建筑与拍照，采集建筑物表面纹理，利用SketchUp 软件对建筑物建立三维模型，最后将二维矢量地图、建筑物三维建模数据整合到Google SketchUp 平台中进行展示。其主要流程如下图1.1所示。 校园平面图建筑物高度信息
GE 高清影像已有地形图
SketchUP 中初步生成模型建筑物三维建模三维效果渲染
GE 三维景观构建
GE 三维景观发布
建
筑
物
表
面
纹
理
贴
图绘制表面纹理
图1.1 虚拟校园构建流程图
第二章三维虚拟校园建设理论基础
三维虚拟校园的构建是以虚拟现实技术为理论依托，借助强大的建模软件SketchUp，与三维展示平台Google Earth。下面对涉及到的理论部分进行阐释。
2.1虚拟现实技术
虚拟现实[3]，英文名为Virtual Reality，简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔（Jaron Lanier）在80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统，它最早源于美国军方的作战模拟系统，九十年代初逐渐为各界所关注并且在商业领域得到了进一步的发展。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。
虚拟现实的特征[4]：
1多感知性
所谓多感知，是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉、力觉、触觉、运动，甚至包括味觉、嗅觉等感知。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。
2浸没感
又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。
3交互性
指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉到物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
4构想性
强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
Google Earth上可以看到三维建筑物，比如巴黎的卢浮宫、北京的鸟巢、旧金山的大桥，效果如图2.1、2.2所示。
图2.1 Google Earth中的北京鸟巢
图2.2 Google Earth中的美国旧金山
本文运用虚拟现实技术的原理，采用Google Earth作为展示平台，SketchUp作为三模建模软件。下面对软件进行简单介绍。
2.2 Google Earth与KML
2.2.1 Google Earth简介
谷歌地球（Google Earth，GE）是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。Google Earth于2005年向全球推出，被“PC 世界杂志”评为2005年全球100种最佳新产品之一。Google Earth以高分辨率卫星影像和航片为基础数据，集成了医院、餐饮、银行、购物中心、学校等44种与生活密切相关的
地理空间信息，整合了Google的“本地搜索”、“驾车指南”、“地图标注”、“GPS导航”等多
项服务。Google Earth的推出极大地推动了地理信息的社会化服务[5]。
Google地球分为免费版与专业版两种。Google Earth免费供个人使用，其功能主要有：
1.结合卫星图片，地图，以及强大的Google搜索技术
2.从太空漫游到邻居一瞥
3.目的地输入，直接放大
4.能搜索学校，公园，餐馆，酒店
5.获取驾车指南
6.提供3D地形和建筑物，其浏览视角支持倾斜或旋转
7.保存和共享搜索和收藏夹
8.添加自己的注释
9.可以自己驾驶飞机飞行
10.还可以看火星和月球
11.可以测量长度，高度
12.稀有动物跟踪系统
13.实时天气监测功能
14.街景视图功能
15.地球城市夜景功能
图2.3 Google Earth
2.2.2 KML概述
Google Earth中的标注都是通过KML来描述的。KML 是一种文件格式，用于在地球浏览器（例如Google 地球、Google 地图和谷歌手机地图）中显示地理数据。KML使用含有嵌套的元素和属性的基于标记的结构，并符合XML标准。
KML全称是Keyhole Markup Language ，是一个基于XML语法和文件格式的文件，用来描述和保存地理信息如点、线、图片、折线并在Google Earth客户端之中显示，(KML以前的版本能够被Google Earth读取并保存为KML 2.0) KML 2.0提供以下功能：
?指定一个地点的图标和标注来区分每一个地点
?为每一个视图指定明确的视角来创建不同的特写镜头
?使用指定到屏幕或地理位置的图片标注
?为特定种类的标注定义显示样式
?为标注指定基于简单HTML语法的描述，支持超级链接和图片的显示
?使用目录(folders)对标注进行树形的分类管理
?基于时间戳记的标注可以用来进行动态的播放
?从本地或远程的网络地址动态的加载KML文件
?当Google Earth客户端视图变化时，自动将视图信息发送给指定的源服务器并从服务器获取相关的标注信息
KML被Google Earth viewer显示的过程和HTML网页被浏览器处理差不多，而且和HTML一样，KML也使用一种基于标签(名称和属性)的语法格式来描述地里标注信息，可以说，Google Earth viewer是一个KML文件浏览器。可以通过以下几个方式编写KML：
1.使用Google Earth client撰写KML文件：
2.使用文本编辑器：
3.使用开发环境来自动生成KML文件：
Google Earth 客户端支持了大量的显示标签用来创建和保存成KML文档。在撰写KML 过程中，可以先用文本编辑器修改KML文档，然后在Google Earth客户端中打开看显示的效果，类似于修改一个HTML文档并在浏览器之中观看效果。
以下是一个简单的由KML语言编写的例子。
GoogleEarth里的地图数据是以KML格式来保存与交换的。在GoogleEarth中不论是地理基础数据还是企业自有数据，都是用以下六种方式来表达的：点、线/折线、多边形/立体多边形、地表贴图、屏幕贴图、三维模型。灵活应用这六种表达方式，可以实现不同的表示效果[6]
。
2.3建模软件SketchUp概述
Google SketchUp是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。它与Google Earth 有机结合，充分利用Google Earth 的地形和影像数据，以Google SketchUp 为平台制作的三维场景在Google Earth上无缝运行[7]。
图2.4 Google SketchUp
SketchUp 的特点
1.独特简洁的界面，可以让使用者短期内掌握；
2.适用范围广阔，可以应用在建筑，规划，园林，景观，室内以及工业设计等领域；
3.方便的推拉功能，设计师通过一个图形就可以方便的生成3D几何体，无需进行复杂
的三维建模；
4.快速生成任何位置的剖面，使设计者清楚的了解建筑的内部结构，可以随意生成二维
剖面图并快速导入AutoCAD进行处理；
5.与AutoCAD，Revit，3DMAX，PIRANESI等软件结合使用，快速导入和导出DWG，
DXF，JPG，3DS格式文件，实现方案构思，效果图与施工图绘制的完美结合，同时提供与AutoCAD和ARCHICAD等设计工具的插件；
6.自带大量门，窗，柱，家具等组件库和建筑肌理边线需要的材质库；
7.轻松制作方案演示视频动画，全方位表达设计师的创作思路，具有草稿，线稿，透视，
渲染等不同显示模式；准确定位阴影和日照，设计师可以根据建筑物所在地区和时间实时进行阴影和日照分析；
8.简便的进行空间尺寸和文字的标注，并且标注部分始终面向设计者。
2.4三维建模技术综述
在虚拟现实系统中，虚拟现实技术的核心内容是如何营造逼真的虚拟环境。其首先要进行三维建模，然后在此基础上进行绘制、立体显示。三维建模的目的是获取实际环境的三维
数据，并根据其应用需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。设计出的模型只有真实准确地反映研究对象，虚拟现实系统才有较高的可信度。
多年来，三维建模技术已经发展得比较成熟。主要建模方法有:基本体建模、扩展体建模、放样建模、旋转建模、拉伸建模、布尔运算、自由曲面建模等。
由于拉伸建模是从二维图形出发，只要以一个二维横截面为基础，并为这个二维截面增加一定的厚度向某个方向拉伸即可形成三维实体，具有快速高效、简单易行的优点，因此本次设计主要应用拉伸建模的方法，以营造出一个令人比较满意的三维虚拟校园环境[8]。
目前在三维建模软件方面有很多可以利用的软件，下面对建模的主流软件做一下介绍:
1、AutoCAD 是美国Autodesk公司开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。AutoCAD尽管有强大的图形功能，但是三维表现较弱。
2、MultiGen Creator 是MultiGen & Paradigm 公司开发的一个实时建模和图形数据库生成工具构造的场景数据库采用树状层次结构来组织和管理模型，可以方便地进行实体模型的组织和管理[3]。
3、Vega 是应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境平台。它将易用的工具和高级仿真功能巧妙结合起来，从而可使用户简单迅速地创建、编辑、运行复杂的仿真应用[3]。
4、3ds max 是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。
表2.1是常用建模软件的对比，从模型精细度、模型数据量、模型通用性、建模周期、软件操作性等几个方面进行了对比。
表2.1 常用建模软件的对比
建模软件对比因子Google
SketchUP
3ds Max
MultiGen
Creator
AutoCAD
模型精细度
好很好一般差
模型数据量较小庞大较小一般
模型通用性好好一般差
建模周期快速较长快速一般
软件操作性简单复杂简单一般
通过上表可以看出Google SketchUp在模型精细表达和数据量上能达到一个较好平衡，既能在整体和细节上很好地表达现实，模型数据量又相对较小。运用Google SketchUp构建三维虚拟校园建筑物克服了传统方法复杂、繁琐的缺点，能够根据实际需要，以整体作为出发点，注重效率和操作简易性，降低了成本和开发周期，有利于三维地理信息产品的普及。软件内具有很多辅助设施的模型，如树、花、路灯、篮球场等，极大的简化了建模的工作量；与Google
Earth有机结合，能够免费利用Google Earth的地形和影像数据，且能以Google SketchUp为平台制作的三维场景在Google Earth上无缝运行，因此SketchUp能够满足三维数字校园建模的要求[7]。
第三章校园空间数据的获取与处理
校园空间数据是指地物以及主要建筑物的平面数据，建筑物的高度数据、建筑物及地物纹理数据。
由于手上没有精确的CAD底图，没有直接可以参考的地图，因此校园基础数据主要来源于卫星影像图，市场上QuickBird、SPOT等卫星遥感影像需要购买，价格不菲，从节约成本的角度考虑，本设计采用Google Earth正射影像。
Google Earth卫星照片均来自于商用卫星QuickBird，QuickBird(快鸟)卫星于2001年10月由美国DIGITALGLOBE公司发射，是世界上第一颗提供亚米级分辨率的商业卫星，具有引领行业的地理定位精度，海量星上存储，单景影像覆盖范围大等特点。QuickBird(快鸟)卫星系统每年能采集700万平方公里的卫星影像数据，存档数据以史无前例的速度在递增。在中国境内每天至少有2至3个过境轨道，年采集合格数据可达100万平方公里。
3.1地物以及建筑物平面数据
建筑物平面数据主要是指建筑物底部轮廓，地物平面数据是指道路、水系、植被的平面轮廓。
3.1.1建筑物、地物影像获取
在SketchUp中点击“添加位置”按钮，将区域定位到徐州云龙湖畔（图3.1），框选覆盖整个校区，然后点击“选择区域”，影像会自动在SketchUp中打开作为底图（图3.2）。选择“文件--另存为”，选择路径，将底图保存为Skp文件，待模型建立好以后直接导入。由于从Google Earth中获取的影像都是带坐标的，所以模型单独建立后以后，将模型摆放在合适的位置，即可实现精确定位。
图3.1 选择当前区域图图3.2 在SketchUp中打开的底图
3.1.2建筑物平面图生成
由于直接在底图上建模比较繁琐，所以要对底图进行矢量化处理，在此基础上单独建立模型。在这里借助AutoCAD软件进行扫描矢量化，得到平面图，如下图（图3.3）所示。
图3.3 中国矿业大学校园CAD平面图
根据SketchUp三维建模时的需要，先在AutoCAD中对DWG格式的地形图进行处理。需要注意的是[8]：
(1) AutoCAD中的多段线在导人到SketchUp中之前应当在AutoCAD中就将多段线闭合，这样在SketchUp中只要再利用画笔工具任意描一条边就可以生成面了。
(2)在AutoCAD里一定要将不必要的高程散点、独立地物、路灯、窖井、消防栓等在SketchUp中用不到的对象删除掉。
(3) SketchUp默认的单位是“美制建筑图的英寸”，这并不符合中国的日常生活习惯，因此需要进人“窗口—场景信息—单位”，将单位改成“十进制”的“厘米”或者“毫米”。接着进人“窗口—参数—模板”，将图形模板改为“厘米—3D”，以后每次打开SU的默认单位都是厘米了。
(4)在初次使用SketchUp导人dwg格式的AutoCAD图形时会出现CAD图形与SketchUp 图形尺寸不一致的情况，这主要是因为CAD图纸本身的尺寸一般情况下是米，而我们所设置的SketchUp的尺寸为厘米。因此在用SketchUp导入AutoCAD dwg格式图形文件的时候，如果不将导入文件的尺寸单位和AutoCAD图纸的单位设置一致的话就会出现SketchUp中模型尺寸与实际尺寸不一致的状况。此时，应当在导入时将“选项”中的“比例”中的单位调整为CAD图纸的单位。
(5)在初次导人dwg图形文件时，还会出现SketchUp中线形不共面的情况，这是因为AutoCAD中的点线面都是具有高程值的，导人SketchUp中自然会不共面。在SketchUp中得到二维线划图形。
3.1.3地物平面图生成
地物平面图的处理同建筑物方法一样，首先获取卫星影像，然后在此基础上进行矢量化，生成相应的底图。图3.4是道路平面图。
图3.4 道路平面图
3.2建筑物的高度数据
建模时需要建筑物高度作为建模参考，所以要事先获取建筑物高度信息。
根据文献，建筑物高度数据的获取主要有以下几种方式[1]：
（1）根据已有的研究算法直接从影像文件中提取建筑物的高度信息，这种方法效率高，但不适用于批量数据的处理。
（2）通过机载激光扫描仪结合空中影像，运用算法提取建筑物的高程信息，该方法提取速度快，但是后续处理工作量大，费用比较高
（3）通过全站仪等测量仪器获取建筑物的高程信息，该方法获取速度快，但是工作量大（4）按层数粗略估算建筑物的高度
因研究范围与建筑物对象数目有限，因此三维虚拟校园中可通过全站仪测量推算建筑物的高度。同时对于宿舍楼等建筑物，结合估算的方法，确定建筑物的高度。所以本文采用（3）（4）结合的方法确定建筑物高度。
经过测量与估计，得到以下数据（表3.1）：
表3.1 主要建筑物高度
建筑物名称建筑物高度
生活服务区
桃苑26米竹苑26米梅苑、杏苑26米松苑26米一食堂15米二食堂13米