基于ArcGIS构建三维校园-毕业论文
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南阳师范学院20XX届毕业生毕业论文（设计） 题 目： 基于ArcGIS构建三维校园 --以南阳师范学院东区为例 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 目 录摘要 (1)0引言 (1)1前期立项 (2)2准备 (2) 2.1数据准备 (2) 2.1.1数据采集 (2) 2.2.2数据分析 (3) 2.2.3数据处理 (3) 2.2模型构建 (7) 2.2.1对象研究 (7) 2.2.2软件建模 (7) 2.2.3模型处理 (9) 2.2.4模型导入 (10)3交互式操作 (11)4研究的过程意义及需要注意的问题 (12) 4.1过程与意义 (12) 4.2需要注意的问题 (12)5结束语 (13)参考文献 (13)Abstract (14)- 2 -基于ArcGIS构建三维校园——以南阳师范学院东区为例 摘要：ArcGIS9.3是美国环境系统研究所开发的新一代GIS软件，是世界上应用广泛的GIS软件之一，是我国GIS领域常用的商业软件，其功能十分强大。
通过收集资料、资料预处理、矢量数字化、建立三维模型、导入模型、建立三维可视化等一系列步骤，利用ArcGIS 9.3软件,对南阳师范学院东校区虚拟校园进行了初步实现通过虚拟校园，可将现实校园的各项资源数字化形成一个数字空间,实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程,从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的 基于ArcGIS构建三维校园[1]——以南阳师范学院东区为例，主要是将三维模型与ArcGis9.3结合，实现虚拟与现实[2]之间的交互操作在过程中主要运用软件3Dmax[6]、ArcGis9.3[3]、Photoshop等，将纸质地图转换为数字地图，平面图向三维立体图形的过度面临的主要技术难点是矢量化过程、数据纠错、构建模型、贴图制作、人机交互等通过虚拟校园[4][7]，可将现实校园的各项资源数字化形成一个数字空间,实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程,从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的 关键字：虚拟校园；三维建模；ArcGIS；南阳师范学院 数字校园是数字地球的微观表现形式在校园区域的具体体现虚拟校园[4]是数字校园工程的重要组成部分。
在 ArcGIS 9.3中, ArcGIS 3D分析扩展（3D Analysis Extensions）模块主要在三个领域提出了新的功能：三维可视化（3D Visualization）、三维符号（3D Symbology）和三维地理处理（3D Geoprocessing）3D分析扩展模块把一个专门化3D可视化应用程序ArcScene增加到desktop中,扩充了ArcCatalog和ArcMap，能更有效地管理3DGIS数据，进行3D分析，编辑3D要素，建立具有3D视图属性的图层用户可以从已经存在的二维GIS数据中建立3D要素，或通过在ArcMap中使用表面提供Z值来数字化新的3D栅格数据和图形通过ArcScene用户能制作现实场景，在该场景中对3DGIS数据进行访问和操作本文通过收集资料、资料预处理、矢量数字化、建立三维模型、导入模型、制作现实场景等一系列步骤，以ArcGIS 9.3中的ArcGIS 3D分析扩展模块为依托，建立了基于ArcGIS构建三维校园[1] [4] [8]——以南阳师范学院东区为例的虚拟校园，从而为数字校园的建设打下良好的根基1前期立项 根据当前三维虚拟技术的发展和在现实中的应用，利用本科在校期间学习的GIS专业知识，在老师的耐心指导下，完成以《基于ArcGIS构建三维校园——以南阳师范学院东区为例》为题的毕业论文设计。
2准备2.1 数据准备2.1.1 数据采集 作为项目实施过程中的基础数据，我们利用互联网的资源优势获得研究区的影像图数据如图1：图1. 截获器软件功能介绍 此为Google Map截获器，由于其具有地图自动拼接功能，避免了因影像区域数据量过大而进行图幅拼接的麻烦只需在界面中的左下搜索框中输入研究区的名称，根据自己的需要进行图像范围和影像级别设置，点击确定即可完成拼图后目标图像的基本数据如下表： 表2. 影像数据基本信息表纬度范围32.9669071871849至32.981596140332经度范围112.475581169128至112.501915097237影像级别 19图像格式tif2.1.2数据分析 主要是根据步骤（1）采集的影像数据，分析图像的空间特征、几何特征、属性特征等，将下载好的影像数据加载到ArcMap中，查看属性信息，如图3：图 3. 影像数据属性表 用目视解译的方法分析影像中的地物图像信息，研究区域范围为南阳师范学院东校区，以及其它各种辅助地物信息如道路、建筑物、绿地、水体、路灯等在项目实施过程中的处理方法，做到胸中有丘壑2.1.3数据处理 在数据处理之前首先了解影像图的坐标系统参数，以便在后面实施过程中参考坐标系的统一。
包括创建数据库和存放各类地物的矢量化数据文件创建数据库 了解了影像数据的特征之后，进行影像数据的处理首先打开ArcCatalog，在目录列表中建立“师院东区”文件夹，将影像数据放入文件夹中，并在文件夹中创建一个New PersonalGeodatabase数据库，如下图，需要注意创建过程中参考坐标系与影像数据坐标的统一图4. 创建数据库 然后在数据库中分别建立各类不同地物的点状、线状、面状要素图层，注意要保持各类地物图层与影像图的参考坐标的一致性 数据库创建完成后，还要利用拓扑工具建立拓扑图层以对各类要素图层进行拓扑检查，即保证各图层之间不出现线的过长、面之间的叠加重合以及不同要素图层之间的缝隙也可以进行其他数据之间点、线、面的转化，目的都是使数据优化以满足后期处理的需要图5. 创建要素类图层图6. 要素图层处理矢量化影像图 利用ArcGis软件中的工具将研究区的各类地物按照不同的要求进行编辑的矢量化过程 选择不同的目标地物分别进行矢量化后，为了保持数据的准确性，需要对矢量化数据进行拓扑检查，主要是检查在矢量化过程中出现的节点的悬挂、线的过长或不及、不同地物间的空隙等错误进行的修改。
图7. 拓扑数据检查 根据需要适当的将要素图层中同一地物相同属性信息进行合并，以达到数据的绝对优化然后根据实际情况打开属性表，创建属性表子集并分别输入要素图层的属性信息如物类、Z值等 图8. 要素分类显示 图9. 物类属性表及其高程 最后根据常规地物类型的表示方法，利用软件自身功能设置地物的颜色、边框等辅助信息将矢量化后的最后结果整理一下，除去参考要素类等辅助信息图10. 南阳师院东区矢量化图层 如上图完成矢量化过程后，将结果保存到指定位置（最好设置成为相对路径，以便于数据在拷贝之后可用） 由于ArcScene 中要素转点的操作是针对图层而不是针对单个对象的，必须针对不同的3D模型建立图层，把建筑物层对应的要素复制到以建筑物命名的图层中，以便于把3D模型分别导入ArcScene中，模型图层的建立此外，还要进行数据的转换，也就是将矢量化后的校园各类地物的面状数据转换为点状数据，以便下面加载到ArcScene 时能够加载三维立体模型，完成整体布局图11.数据转化数据应用打开ArcGis软件中的ArcScene 模块，将步骤（3）中保存的数据加载到软件中，设置好数据属性表中的高程数据，主要运用其拉伸功能，最后得到简易的三维立体模型建筑。
2.2模型构建 2.2.1对象研究 首先是对软件的研究 研究软件的功能、优、缺点等，以及在使用过程中的需要注意的事项其次是对模型的研究 研究模型的特征、存储数据格式以及在模型导入过程中的具体要求还有就是在三维场景中模型及属性数据的优化研究2.2.2软件建模 如果说矢量化的过程是三维虚拟校园的基础的话，那么软件建模可以称的上是整个过程中的核心因为如果没有三维模型来进行装饰的话，那么此项目就会徒有虚名了 软件建模所使用的工具在这里我们选择的是3Dmax制图[2][5]软件 PS是一款专注于图像处理技术的专业软件，通过软件操作，可以对效果不理想的图像图片进行优化处理，以达到用户的要求在虚拟现实制作过程中，我们主要用它来对各种模型贴图进行优化处理，以满足贴图需要 而在此项目中，模型的构建主要有粗略和精致两种划分因为此项目的主体对象是南阳师院东区，所以在建模是主要是对东区的建筑模型精细处理；而作为参考的生活一区模型只要进行简单的粗略描绘就可首先，打开3d max 2009[6], 构建一个长方体模型，设置为可编辑多边形，选中需要的面，打开材质编辑器[5]，将PS好的建筑模型的表面贴图添加进来，为三维模型服务。
图12.基于3Dmax的三维模型构建——图书馆 然后，将设置好贴图的三维模型保存为ArcScene 可以识别的 .3Ds 格式以便自行建立样式库和把模型导入ArcMap和ArcScene中图13.三维模型数据格式导出——.3ds图14.学生公寓2.2.3模型处理 模型处理是将建立的三维建筑模型进行优化，以减少在ArcMap 和ArcScene 中的数据冗余 对三维模型的优化主要是将所建模型中不必要或者在场景中没有用的部分进行简化删除的过程，如建筑物模型中，可以删除掉模型底端部分；PS材质贴图是降低贴图的分辨率等格式转化 格式转化不仅包括三维模型的格式转化，还包括矢量化图层的不同类型的转化，以满足使用的需要 一般3Dmax 软件建模的文件格式为 .max ，但在ArcMap和ArcScene中这种格式是不被识别的，所以可以利用3Dmax 软件的特征，将模型文件导出为 .3Ds 格式，这样就可以满足自行建立的格式库的要求了 PS建筑表面贴图这是保证三维建筑模型与实际地物相似性的关键在保证三维建筑的主体轮廓下，门窗等必须有实物贴图，整体感觉要真实由于虚拟环境对数据量限制大，对图像精度要求不高，我们把用photoshop裁剪得到的门、窗、墙壁等材质贴图保存为为JPG格式，图形质量设为低级，以减小数据量。
图15.德艺楼贴图2.2.4模型导入 模型导入是将矢量化的要素图层与三维建筑模型结合，在ArcMap和ArcScene中的综合运用通过对各要素格式类型等简单功能设置从3DS MAX输出的校园建筑模型转换成3DS。
