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摘要:随着社会主义新农村建设的不断深入，农村人民生活水平的不断提高,新农村的规划和管理也相应的提高到一个新的层次。运用现代技术手段提高新农村发展规划水平和建设的可视化效果，本文结合适普公司IMAGIS软件，对新农村建设的三维场景问题进行讨论，并且根据三维地理信息系统的原理和方法来建立农村的三维模型场景，给出了系统空间数据和属性数据的管理方法。
关键词：IMAGIS；三维地理信息系统；三维建模；高程
中图分类号：TP 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)33-1411-02
Design and Realization of Geographic Information System for Rural Based on IMAGIS
ZHANG Zhen-mei, GAO Yu-zhuo, YUAN Fang
(Network Center of Ningxia University,Yinchuan 750021,China)
Abstract: With deepening of a new socialist countryside the rural people’s living standards continued to improve,the new countryside planning and management will reach to a new level,in order to improve the information construction in rural areas of the visual effect for publicity,in this paper,IMAGIS,the new rural Three-dimensional scenes of the construction issues were discussed,and It would create three-dimensional model of rural scenes which based on the principles and methods, to analyze its system of space data and attribute data Management.
Keywords: IMAGIS;Three-dimensional Geographic Information System;Three-dimensional Modeling;elevation
1 引言
传统二维地理信息系统是对三维地理空间中的各种地理对象进行二维平面投影的一种简化，它所表达的地理信息是平面的，因此无法完整地反映客观世界。随着GIS技术和计算机图形学等相关学科的深入研究，传统的二维地理信息系统在很多领域已不能满足人们对现实世界认识与表达的需要，三维GIS正成为当前的一个研究热点。三维地理信息系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术[1]，以直观的三维地形地物代替了抽象的二维地图符号，使地理空间信息在电脑中立体化显示，从而更加真实的反映三维客观世界，使用户有身临其境的感觉。通过三维GIS，可以完成二维GIS无法进行的某些特性分析，如淹没分析、通视分析、断面分析等，可以实现对三维场景的实时浏览。
新农村三维景观建设是新农村规划建设的重点之一，是农村信息化的具体实施，其相关的空间属性和数据对新农村规划建设有很大的帮助。本文利用IMAGIS在三维地理信息系统可视中的应用，用三维立体空间场景代替传统的抽象二维地图及其相应的描述文件，以其生动的模型来模拟和显示三维空间，以人机互动方式来实现新农村景观的实时漫游，为农村综合事务的管理和服务提供一个科学简便、形象直观的可视化人机交互平台，也为自身对外宣传提供一个直观的平台。
2 系统设计
2.1 系统设计基本原则
为使系统的设计标准化，减少数据冗余，提高工作效率，系统设计必须遵循以下一些基本的原则：1) 数据标准化原则：为了便于数据的共享和交换，对地理要素的分类和编码，属性数据的命名和编码，文件的命名以及数据库的设计等都采用统一的标准。2) 与二维地理信息系统集成原则：二维地理信息系统发展到现在已经相当成熟了，和三维地理信息系统相比较，它们各有优缺点，应充分利用二维地理信息系统研究的成果，将二者有机的集合起来。三维地理信息系统数据模型也常常要利用二维平面数据。3) 易扩展、易维护原则：采用软件工程学的原理方法对系统进行分析和设计，系统中各模块之间尽可能地独立，便于以后进行修改扩展。同时做出的三维模型也要便于修改和维护。
2.2 系统结设计流程
整个系统主要完成三维建模和三维浏览两部分工作，本系统设计流程如图1。
2.3 空间数据和属性数据的管理
图1 系统设计流程
系统中所涉及的数据比较多，主要可以分为两类：空间数据和属性数据。空间数据主要包括原有的二维地面数据以及三维农村模型；属性数据主要包括村内地物的各种属性信息，以及村民的各种相关信息，另外还有一些多媒体信息如建筑物影像文件，语音文件，文本文件等。二维及三维空间数据根据所采用的地理信息系统软件所能处理的文件格式进行存储，属性数据采用关系数据库，如Access进行管理，多媒体信息采用文件方式进行管理，系统记录其存储位置。各类数据通过唯一的标识码（ID号）进行连接，系统存储结构图如图2所示。
3 系统实现
3.1 平台选择
本系统充分利用现有的比较成熟的三维可视化地理系统软件IMAG1S进行三维模型的建立及浏览。IMAGIS软件是武汉适普公司开发的一套以数字正射影像(DOM)、数字地而模型(DAM)、数字线划图(DRG)作为对象的虚拟现实管理的GIS系统。IMAGIS是基于4D产品的二维可视化地理信息系统，它将常规的而为数据模型推广到三维空间，为用户提供了强大的交互操作工具。在二维动态环境中，用户可以真实地重现或创建各种复杂的二维形体，如地貌、地物等。为了进一步的空间决策服务，IMAGIS系统可以直接从二维模型上进行分析和查询，如面积、周长、距离、体积和剖面等。该系统结合了二维可视化技术（Visual Reality）与虚拟现实技术（Virtual Reality)真正做到了管理意义上的“所见及所得”。通过调用IMAGIS影像快速漫游系统（IMAGIS 3D Browser)实现对三维农村模型的显示、场景漫游、空间信息和属性信息的查询和分析等功能[2]。
3.2 三维模型建立
首先选择农村1:500地形图作为底图，利用AutoCAD对其地图进行处理，转换为IMAGIS兼容的数据接口.dwf (R14)格式，将处理过数字化地图利用IMAGIS中的二维图形编辑系统进行屏幕数字化，获得IMAGIS能处理的二维农村矢量平面图。对二维农村矢量平面图中的几何实体添加必要的属性，如建筑物实体添加建筑物高度，颜色等属性。同时利用IMAGIS中的二维图形编辑系统打开等高线文件或导人由其他软件生成的等高线文件，根据等高线文件生成数字高程模型DEM。调用IMAGIS中的三维编辑系统，打开二维矢量平面图，然后在其上添加数字高程模型DEM，以真实的再现地形地貌。如果还有农村正射影像，还可以使用正射影像为DEM贴上纹理，有了正射影像，地面看上去将更加真实，重现了建筑物所在的周围环境。利用IMAGIS中提供的丰富的三维建模功能，根据二维矢量平面图中的线条数据以及属性信息创建三维模型。对于比较规则的建筑物，可以根据建筑物高度，然后统一进行自动创建建筑物或人工创建建筑物。一些较复杂的建筑物可以采用系统提供的三维建模工具进行建模，[3] 也可以先用3DMAX建立模型，再导人到IMAGIS中。基本模型建成之后，再将实地采集的建筑物原始纹理，先用Photoshop加工处理，再采用自动贴纹理或对应点贴纹理等功能贴到各个建筑物表面，从而获得更加真实的农村三维模型。对于树和广告牌等特殊的模型，可以从IMAGIS的模型库中选择相应的模型按照一定的参数添加到当前的场景中。建立的三维农村模型如图3所示。
图3 三维农村模型
作为一个三维地理信息系统平台，IMAGIS所提供的功能不可能完成所有的专业任务。因此，IMAGIS提供了二次开发的接口，针对一些专业应用，用户可以使用其他语言编写脚本程序，再由IMAGIS调用，实现IMAGIS所无法提供的一些功能。通过编写脚本程序进行二次开发，就可以开发出符合用户要求的三维地理信息系统[4]。
4 总结
三维农村地理信息系统的建立将给用户展示一个更加真实的新农村，可以为相关部门对新农村的布局及规划进行可视化[5]浏览，提供可视化的分析和决策，同时可作为新农村对外宣传的一个窗口。三维地理信息系统的技术及方法正逐渐应用于城市规划，工程勘察等其他部门，如建筑方案的比较与选择、灾害预测与防治、资源调查与环境保护等、在数字城市的建设中发挥很大的作用，促进国民经济的发展。
参考文献:
[1] 刘晓艳,林珲,张宏.虚拟城市建设原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.
[2] 适普有限公司.IMAGIS用户手册[M].北京:适普有限公司.
[3] 张文军,王卫红.基于IMAGIS的三维景观模型的建立[J].四川测绘,2003.
[4] 刘万青,石云,刘勃利.利用IMAGIS快速制作城市三维景观图的方法.2003.
[5] 陈竹安,张立亭,聂爱秀.基于IMAGIS3DGIS的设计与实现[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2006,20(1):15-17.
关键词：IMAGIS；三维地理信息系统；三维建模；高程
中图分类号：TP 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)33-1411-02
Design and Realization of Geographic Information System for Rural Based on IMAGIS
ZHANG Zhen-mei, GAO Yu-zhuo, YUAN Fang
(Network Center of Ningxia University,Yinchuan 750021,China)
Abstract: With deepening of a new socialist countryside the rural people’s living standards continued to improve,the new countryside planning and management will reach to a new level,in order to improve the information construction in rural areas of the visual effect for publicity,in this paper,IMAGIS,the new rural Three-dimensional scenes of the construction issues were discussed,and It would create three-dimensional model of rural scenes which based on the principles and methods, to analyze its system of space data and attribute data Management.
Keywords: IMAGIS;Three-dimensional Geographic Information System;Three-dimensional Modeling;elevation
1 引言
传统二维地理信息系统是对三维地理空间中的各种地理对象进行二维平面投影的一种简化，它所表达的地理信息是平面的，因此无法完整地反映客观世界。随着GIS技术和计算机图形学等相关学科的深入研究，传统的二维地理信息系统在很多领域已不能满足人们对现实世界认识与表达的需要，三维GIS正成为当前的一个研究热点。三维地理信息系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术[1]，以直观的三维地形地物代替了抽象的二维地图符号，使地理空间信息在电脑中立体化显示，从而更加真实的反映三维客观世界，使用户有身临其境的感觉。通过三维GIS，可以完成二维GIS无法进行的某些特性分析，如淹没分析、通视分析、断面分析等，可以实现对三维场景的实时浏览。
新农村三维景观建设是新农村规划建设的重点之一，是农村信息化的具体实施，其相关的空间属性和数据对新农村规划建设有很大的帮助。本文利用IMAGIS在三维地理信息系统可视中的应用，用三维立体空间场景代替传统的抽象二维地图及其相应的描述文件，以其生动的模型来模拟和显示三维空间，以人机互动方式来实现新农村景观的实时漫游，为农村综合事务的管理和服务提供一个科学简便、形象直观的可视化人机交互平台，也为自身对外宣传提供一个直观的平台。
2 系统设计
2.1 系统设计基本原则
为使系统的设计标准化，减少数据冗余，提高工作效率，系统设计必须遵循以下一些基本的原则：1) 数据标准化原则：为了便于数据的共享和交换，对地理要素的分类和编码，属性数据的命名和编码，文件的命名以及数据库的设计等都采用统一的标准。2) 与二维地理信息系统集成原则：二维地理信息系统发展到现在已经相当成熟了，和三维地理信息系统相比较，它们各有优缺点，应充分利用二维地理信息系统研究的成果，将二者有机的集合起来。三维地理信息系统数据模型也常常要利用二维平面数据。3) 易扩展、易维护原则：采用软件工程学的原理方法对系统进行分析和设计，系统中各模块之间尽可能地独立，便于以后进行修改扩展。同时做出的三维模型也要便于修改和维护。
2.2 系统结设计流程
整个系统主要完成三维建模和三维浏览两部分工作，本系统设计流程如图1。
2.3 空间数据和属性数据的管理
图1 系统设计流程
系统中所涉及的数据比较多，主要可以分为两类：空间数据和属性数据。空间数据主要包括原有的二维地面数据以及三维农村模型；属性数据主要包括村内地物的各种属性信息，以及村民的各种相关信息，另外还有一些多媒体信息如建筑物影像文件，语音文件，文本文件等。二维及三维空间数据根据所采用的地理信息系统软件所能处理的文件格式进行存储，属性数据采用关系数据库，如Access进行管理，多媒体信息采用文件方式进行管理，系统记录其存储位置。各类数据通过唯一的标识码（ID号）进行连接，系统存储结构图如图2所示。
3 系统实现
3.1 平台选择
本系统充分利用现有的比较成熟的三维可视化地理系统软件IMAG1S进行三维模型的建立及浏览。IMAGIS软件是武汉适普公司开发的一套以数字正射影像(DOM)、数字地而模型(DAM)、数字线划图(DRG)作为对象的虚拟现实管理的GIS系统。IMAGIS是基于4D产品的二维可视化地理信息系统，它将常规的而为数据模型推广到三维空间，为用户提供了强大的交互操作工具。在二维动态环境中，用户可以真实地重现或创建各种复杂的二维形体，如地貌、地物等。为了进一步的空间决策服务，IMAGIS系统可以直接从二维模型上进行分析和查询，如面积、周长、距离、体积和剖面等。该系统结合了二维可视化技术（Visual Reality）与虚拟现实技术（Virtual Reality)真正做到了管理意义上的“所见及所得”。通过调用IMAGIS影像快速漫游系统（IMAGIS 3D Browser)实现对三维农村模型的显示、场景漫游、空间信息和属性信息的查询和分析等功能[2]。
3.2 三维模型建立
首先选择农村1:500地形图作为底图，利用AutoCAD对其地图进行处理，转换为IMAGIS兼容的数据接口.dwf (R14)格式，将处理过数字化地图利用IMAGIS中的二维图形编辑系统进行屏幕数字化，获得IMAGIS能处理的二维农村矢量平面图。对二维农村矢量平面图中的几何实体添加必要的属性，如建筑物实体添加建筑物高度，颜色等属性。同时利用IMAGIS中的二维图形编辑系统打开等高线文件或导人由其他软件生成的等高线文件，根据等高线文件生成数字高程模型DEM。调用IMAGIS中的三维编辑系统，打开二维矢量平面图，然后在其上添加数字高程模型DEM，以真实的再现地形地貌。如果还有农村正射影像，还可以使用正射影像为DEM贴上纹理，有了正射影像，地面看上去将更加真实，重现了建筑物所在的周围环境。利用IMAGIS中提供的丰富的三维建模功能，根据二维矢量平面图中的线条数据以及属性信息创建三维模型。对于比较规则的建筑物，可以根据建筑物高度，然后统一进行自动创建建筑物或人工创建建筑物。一些较复杂的建筑物可以采用系统提供的三维建模工具进行建模，[3] 也可以先用3DMAX建立模型，再导人到IMAGIS中。基本模型建成之后，再将实地采集的建筑物原始纹理，先用Photoshop加工处理，再采用自动贴纹理或对应点贴纹理等功能贴到各个建筑物表面，从而获得更加真实的农村三维模型。对于树和广告牌等特殊的模型，可以从IMAGIS的模型库中选择相应的模型按照一定的参数添加到当前的场景中。建立的三维农村模型如图3所示。
图3 三维农村模型
作为一个三维地理信息系统平台，IMAGIS所提供的功能不可能完成所有的专业任务。因此，IMAGIS提供了二次开发的接口，针对一些专业应用，用户可以使用其他语言编写脚本程序，再由IMAGIS调用，实现IMAGIS所无法提供的一些功能。通过编写脚本程序进行二次开发，就可以开发出符合用户要求的三维地理信息系统[4]。
4 总结
三维农村地理信息系统的建立将给用户展示一个更加真实的新农村，可以为相关部门对新农村的布局及规划进行可视化[5]浏览，提供可视化的分析和决策，同时可作为新农村对外宣传的一个窗口。三维地理信息系统的技术及方法正逐渐应用于城市规划，工程勘察等其他部门，如建筑方案的比较与选择、灾害预测与防治、资源调查与环境保护等、在数字城市的建设中发挥很大的作用，促进国民经济的发展。
参考文献:
[1] 刘晓艳,林珲,张宏.虚拟城市建设原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.
[2] 适普有限公司.IMAGIS用户手册[M].北京:适普有限公司.
[3] 张文军,王卫红.基于IMAGIS的三维景观模型的建立[J].四川测绘,2003.
[4] 刘万青,石云,刘勃利.利用IMAGIS快速制作城市三维景观图的方法.2003.
[5] 陈竹安,张立亭,聂爱秀.基于IMAGIS3DGIS的设计与实现[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2006,20(1):15-17.