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基于ArcGIS构建三维校园.rar

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    编号:20180915222606297    类型:共享资源    大小:2.84MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    基于 ArcGIS 构建 三维 校园
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    编号:09009210330南阳师范学院 2013 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: 刘子恒 班 级: 2009-03 学 制: 4 年 专 业: 地理信息系统 指导教师: 蒋国富 完成日期: 2013-04-10 - 2 -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)第 0 页 (共 14 页)基于 ArcGIS 构建三维校园——以南阳师范学院东区为例作 者:刘子恒指导教师:蒋国富摘要: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,或通过在第 1 页 (共 14 页)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:第 2 页 (共 14 页)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,将影像数据第 3 页 (共 14 页)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。第 4 页 (共 14 页)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. 拓扑数据检查第 5 页 (共 14 页)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。第 6 页 (共 14 页)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。第 7 页 (共 14 页)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
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