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摘 要：VR（虚拟现实）技术是计算机科学研究的一个热点，将VR技术引入“数字校园”的研究中，为虚拟校园的设计提供了一种全新的手段。虚拟校园是数字校园工程的重要组成部分。本文介绍了虚拟校园实现的流程图、校园各种地物的建模方式、以及利用ArcScene构建虚拟校园和虚拟校园系统的功能概述。
关键词：VR；虚拟校园；ArcScene
中图分类号：TP391.14 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-02
随着GIS的迅速发展，“虚拟校园”也开始飞速发展，并形成基于GIS的VR技术的发展趋势。在这种趋势的推动下，基于GIS的VR技术在各大高校的“虚拟校园”进程中扮演着非常重要的角色。基于VR-GIS技术的校园管理系统将成为校园的一个新的信息源。本文采用3Dsmax进行虚拟校园的三维建模，因为它不仅工作量相对适中，而且能满足精细度方面的要求。通过ArcScene生成虚拟校园场景，在该场景中对3DGIS数据进行访问和操作。
1 虚拟校园实现的流程图
事务流程图是在计算机事务处理中对系统进行分析时常用的一种描述方法，它描述了计算机事务处理中从数据输入开始到获得输出为止，各个处理工序的逻辑过程。[1]有了它，用户可以一目了然的看懂你在干什么。经过对系统的分析，建立虚拟校园流程图。如图1所示：
2 虚拟校园建模
大家都知道校园地物种类很多，因此不同的地物就要采用不同的建模方法。具体如下：
2.1 建筑物。建筑物是校园景观的主体和基本组成部分，系统的真实感主要靠该类地物来实现。对建筑物进行建模，是在3DSMAX中完成的。将校园平面规化图（*.dwg格式）导入3Dsmax中，利用建模工具进行三维建模，然后对其进行一系列设置（如贴图渲染设置、灯光和摄像机等设置），最后导出*.3ds格式文件，再利用ArcMap对其进行矢量化操作。
2.2 简单地物。诸如各种树木、路灯之类的地物，它们不但让三维校园看起来美观，而且能给人一种真实校园场景的感觉。对于这类地物的建模，可以直接调用ArcGIS中的三维符号。这样既减小了数据量，降低了场景的复杂度，又增加了地图的表现力。
2.3 面状地物[2]。对于各种面状地物（如道路、运动场、池塘、草坪等），可以利用ArcMap的拉伸功能，拉出一定高度，而不需要再对其进行建模。为了贴近现实，可在其表面加上适当的贴图，以增强其真实感。
2.4 贴图的采集与优化。纹理数据用于提供逼真的视觉效果，增强地物本身的真实感。我们可以通过数码相机采集各建筑物的外形轮廓，从而获得三维地物建模所需的纹理图片。由于受到各种因素（如建筑物高度、拍摄距离、透视关系、光照条件等）的影响，拍摄的图片不能直接应用到三维建模中，需要进行相应的处理，主要用Photoshop等图像处理软件对纹理图片进行裁切、变换等处理，使之满足我们要求的地物纹理贴图。
2.5 使用纹理贴图的注意事项[3]。（1）贴图的大小要与绘制的三维图像大小匹配，一般来说，贴图大小应达到三维图像的一半。（2）为了采集具有真实感的贴图，拍摄纹理贴图的角度要与绘制的三维模型保持一致。（3）由于采集纹理贴图时受到遮档物、光线、亮度等的影响，所以要对贴图用Photoshop对其进行优化处理，以满足我们的要求。
3 虚拟校园系统的建立
模型建好后，就到了构建系统最关键的一步，根据二维数字校园的底图，利用A rcScene建立虚拟校园的三维场景，把所有的分层数据按照点线面的叠加顺序依次加载到ArcScene中。
4 虚拟校园系统功能概述
4.1 场景浏览。三维场景浏览功能基于GIS虚拟校园系统最基本的功能。这些功能（包括放大、缩小、漫游等）可以按照我们的要求对整个三维数据进行查看，这样我们就可以快速的获得所需要的信息。比如建筑物的具体位置、校园场景中各地物的分布及其相互关系等。
4.2 属性查询。空间的属性査询是GIS的基本功能之一，是通过满足一定的空间和属性约束条件获取目标地理对象。通过空间属性来查询空间对象，需要使用IQueryFilter和IFeatureCursor两个接口。
4.3 空间分析[4]。空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据分析技术，它是地理信息系统的主要特征，也是区别于一般信息系统的主要方面。空间分析一般包括空间距离运算（使用IProximityOperator接口）、叠加分析（使用IBasicGeoProcessor）、空间关系运算（使用IRelationalOperator接口）等。
5 结论与经验
本文使用3Dsmax和ArcScene的结合对虚拟校园进行了二次开发，在此过程中遇到了一些问题及解决方案如下：5.1 3Dsmax三维模型输出时，必须携带与模型匹配的贴图，而且必须将贴图和模型放在同一目录下，否则在ARCGIS中将无法正确显示材质贴图效果。5.2 3Dsmax软件中“材质编辑器"能够实现三维模型的贴图处理，赋予模型真实的纹理信息。但是当模型不同的面上赋予贴图坐标和尺寸时，会出现坐标不匹配的错误，从而无法继续进行下去。要解决这个问题就必须使用“UVW展开”贴图修改器，进行贴图的坐标管理。它能够精确地将纹理贴图绘制到三维模型的各个表面，这样问题就圆满解决了。5.3 贴图的选取要合适。如果像素太高会影响系统的速度；但如果像素太低，又会影响物体的效果和真实感。
6 展望
使用ArcScene构建三维虚拟校园系统存在较大局限性，只能在安装ArcGIS平台下使用。相对理想的解决方案就是结合ESRI提供的ArcGIS软件与当今可视化开发语言的集成进行二次开发方式，这种方式的优点是既可充分利用ArcGIS软件完备的空间数据库管理、分析功能，又可利用面向对象可视化开发语言具有的高效、方便等优点。这样大大提高了系统的开发效率，而且开发出来的系统可靠性好，易于移植，便于维护等优势。
参考文献：
[1]基于ArcGIS和3DMax的虚拟校园GIS构建初步http：//wenku.baidu.com/view/cc6cf4e8998fcc22bcd10d55.html.
[2]张曦文.郑州大学水利与环境学院地理信息系09级.基于ArcGIS 和3Dsmax构建三维校园漫游系统的研究[J].科技天地
[3]董秀兰.基于GIS的三维虚拟校园的设计与实现.安徽理工大学，2012，6，2.
[4]柳锦宝，张子民，张永福，姚云军 编著.组件式GIS开发技术与案例教程[M].清华大学出版社，2010，5.
[作者简介]李芙蓉，女，陕西西安人，长安大学信息工程学院，研究方向：基于GIS的虚拟现实技术；靳盼盼，女，河南夏邑人，长安大学信息工程学院，研究方向：立体视觉技术。
关键词：VR；虚拟校园；ArcScene
中图分类号：TP391.14 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-02
随着GIS的迅速发展，“虚拟校园”也开始飞速发展，并形成基于GIS的VR技术的发展趋势。在这种趋势的推动下，基于GIS的VR技术在各大高校的“虚拟校园”进程中扮演着非常重要的角色。基于VR-GIS技术的校园管理系统将成为校园的一个新的信息源。本文采用3Dsmax进行虚拟校园的三维建模，因为它不仅工作量相对适中，而且能满足精细度方面的要求。通过ArcScene生成虚拟校园场景，在该场景中对3DGIS数据进行访问和操作。
1 虚拟校园实现的流程图
事务流程图是在计算机事务处理中对系统进行分析时常用的一种描述方法，它描述了计算机事务处理中从数据输入开始到获得输出为止，各个处理工序的逻辑过程。[1]有了它，用户可以一目了然的看懂你在干什么。经过对系统的分析，建立虚拟校园流程图。如图1所示：
2 虚拟校园建模
大家都知道校园地物种类很多，因此不同的地物就要采用不同的建模方法。具体如下：
2.1 建筑物。建筑物是校园景观的主体和基本组成部分，系统的真实感主要靠该类地物来实现。对建筑物进行建模，是在3DSMAX中完成的。将校园平面规化图（*.dwg格式）导入3Dsmax中，利用建模工具进行三维建模，然后对其进行一系列设置（如贴图渲染设置、灯光和摄像机等设置），最后导出*.3ds格式文件，再利用ArcMap对其进行矢量化操作。
2.2 简单地物。诸如各种树木、路灯之类的地物，它们不但让三维校园看起来美观，而且能给人一种真实校园场景的感觉。对于这类地物的建模，可以直接调用ArcGIS中的三维符号。这样既减小了数据量，降低了场景的复杂度，又增加了地图的表现力。
2.3 面状地物[2]。对于各种面状地物（如道路、运动场、池塘、草坪等），可以利用ArcMap的拉伸功能，拉出一定高度，而不需要再对其进行建模。为了贴近现实，可在其表面加上适当的贴图，以增强其真实感。
2.4 贴图的采集与优化。纹理数据用于提供逼真的视觉效果，增强地物本身的真实感。我们可以通过数码相机采集各建筑物的外形轮廓，从而获得三维地物建模所需的纹理图片。由于受到各种因素（如建筑物高度、拍摄距离、透视关系、光照条件等）的影响，拍摄的图片不能直接应用到三维建模中，需要进行相应的处理，主要用Photoshop等图像处理软件对纹理图片进行裁切、变换等处理，使之满足我们要求的地物纹理贴图。
2.5 使用纹理贴图的注意事项[3]。（1）贴图的大小要与绘制的三维图像大小匹配，一般来说，贴图大小应达到三维图像的一半。（2）为了采集具有真实感的贴图，拍摄纹理贴图的角度要与绘制的三维模型保持一致。（3）由于采集纹理贴图时受到遮档物、光线、亮度等的影响，所以要对贴图用Photoshop对其进行优化处理，以满足我们的要求。
3 虚拟校园系统的建立
模型建好后，就到了构建系统最关键的一步，根据二维数字校园的底图，利用A rcScene建立虚拟校园的三维场景，把所有的分层数据按照点线面的叠加顺序依次加载到ArcScene中。
4 虚拟校园系统功能概述
4.1 场景浏览。三维场景浏览功能基于GIS虚拟校园系统最基本的功能。这些功能（包括放大、缩小、漫游等）可以按照我们的要求对整个三维数据进行查看，这样我们就可以快速的获得所需要的信息。比如建筑物的具体位置、校园场景中各地物的分布及其相互关系等。
4.2 属性查询。空间的属性査询是GIS的基本功能之一，是通过满足一定的空间和属性约束条件获取目标地理对象。通过空间属性来查询空间对象，需要使用IQueryFilter和IFeatureCursor两个接口。
4.3 空间分析[4]。空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据分析技术，它是地理信息系统的主要特征，也是区别于一般信息系统的主要方面。空间分析一般包括空间距离运算（使用IProximityOperator接口）、叠加分析（使用IBasicGeoProcessor）、空间关系运算（使用IRelationalOperator接口）等。
5 结论与经验
本文使用3Dsmax和ArcScene的结合对虚拟校园进行了二次开发，在此过程中遇到了一些问题及解决方案如下：5.1 3Dsmax三维模型输出时，必须携带与模型匹配的贴图，而且必须将贴图和模型放在同一目录下，否则在ARCGIS中将无法正确显示材质贴图效果。5.2 3Dsmax软件中“材质编辑器"能够实现三维模型的贴图处理，赋予模型真实的纹理信息。但是当模型不同的面上赋予贴图坐标和尺寸时，会出现坐标不匹配的错误，从而无法继续进行下去。要解决这个问题就必须使用“UVW展开”贴图修改器，进行贴图的坐标管理。它能够精确地将纹理贴图绘制到三维模型的各个表面，这样问题就圆满解决了。5.3 贴图的选取要合适。如果像素太高会影响系统的速度；但如果像素太低，又会影响物体的效果和真实感。
6 展望
使用ArcScene构建三维虚拟校园系统存在较大局限性，只能在安装ArcGIS平台下使用。相对理想的解决方案就是结合ESRI提供的ArcGIS软件与当今可视化开发语言的集成进行二次开发方式，这种方式的优点是既可充分利用ArcGIS软件完备的空间数据库管理、分析功能，又可利用面向对象可视化开发语言具有的高效、方便等优点。这样大大提高了系统的开发效率，而且开发出来的系统可靠性好，易于移植，便于维护等优势。
参考文献：
[1]基于ArcGIS和3DMax的虚拟校园GIS构建初步http：//wenku.baidu.com/view/cc6cf4e8998fcc22bcd10d55.html.
[2]张曦文.郑州大学水利与环境学院地理信息系09级.基于ArcGIS 和3Dsmax构建三维校园漫游系统的研究[J].科技天地
[3]董秀兰.基于GIS的三维虚拟校园的设计与实现.安徽理工大学，2012，6，2.
[4]柳锦宝，张子民，张永福，姚云军 编著.组件式GIS开发技术与案例教程[M].清华大学出版社，2010，5.
[作者简介]李芙蓉，女，陕西西安人，长安大学信息工程学院，研究方向：基于GIS的虚拟现实技术；靳盼盼，女，河南夏邑人，长安大学信息工程学院，研究方向：立体视觉技术。