构建基于Skyline的三维数字管理系统

摘要:以建立华北油田(任丘基地)三维数字管理系统为例，介绍如何利用Skyline系列软件,将3DS MAX制作的三维立体模型、二维矢量数据、各种属性数据、航空正射影像图组建成华北油田(任丘基地)三维真实场景，并在Skyline平台上通过功能开发，实现华北油田(任丘基地)三维数字管理系统。

关键字:三维建模;SkyLine;三维数字管理系统

Abstract: This paper takes the establishment of China north oil field ( Renqiu base ) 3D digital management system as an example, introduce how to use Skyline software, 3DS MAX produced three-dimensional model, vector data, attribute data, aerial orthoimage group built in North China oil field ( Renqiu base ) 3D real scene, and on the Skyline platform by functions of the development, realization of North China oil field ( Renqiu base ) 3D digital management system.

Key words: three-dimensional modeling; SkyLine; digital management system

中图分类号：TU45 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

一、引言

Skyline是一套优秀的三维空间地理信息可视化软件，它利用航空影像、数字高程模型、和其他的2D或3D信息源，为网络和非网络环境提供了一个三维交互世界的窗口，不仅能够允许用户快速的融合数据、更新数据库，有效的支持大型数据库和实时信息流通技术，而且能够满足用户的特殊需求，进行用户化定制，根据不同类型用户的需求，建立个性化的三维地理信息系统。下面通过以华北油田(任丘基地)三维数字管理系统为例，介绍一下如何利用Skyline建立三维数字管理系统。

二、制作三维模型

1、三维地形模型

华北油田(任丘基地)三维建模采用全数字摄影测量方法制作的高精度DOM和DEM。

2、三维建筑建模

使用3DS MAX制作三维建筑模模型，根据建筑物的重要性和位置分别采用三种标准制作，每一种模型的建筑外观、纹理、材料的清晰度和细腻程度不同，采用这一方式的目的是减少模型制作时的工作量，减少系统运行过程时对计算机资源的占用，同时又尽可能地反映华北油田（任丘基地）得真实场景：

(1) 地标性建筑物的模型采用精细模型。

(2) 沿主要街道的建筑物及新建小区、主要企事业单位等均采用了标准模型。

(3) 一般的居民小区、平房等设施采用了基础模型。

3、三维交通设施建模

交通设施模型包括：主要道路的道路面、道路交通标志、路灯和信号灯等道路附属设施。道路的铺装方式和材质特点根据城市现状主要道路特征来确定。道路上的各类交通标识与实际情况基本一致。桥梁是依据现实中的形式进行标准模型的建模和纹理表现的。

4、植被建模

主要街道和地标性公园进行地面交通设施及植被建模。树木的模型选择了与实际类似的树种，基本反映了树木种类。

三、优化数据模型

由于此系统需展现整个华北油田地区的重点建筑物，建筑物数量庞大，同时三维模型消耗资源较大，从而易影响浏览速度。因此需要对海量模型数据进行优化与系统管理，提高模型的加载速度以及显示速度。

1、本项目采用两种方法对模型数据量进行优化：

(1)利用TerraExplorer的金字塔技术，将模型格式转为Skyline提供的*.XPL格式的模型文件，同时生成模型LOD 文件。LOD技术是用于三维模型的一种技术，在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的复杂性，从而提高绘制算法的效率。

(2)利用TerraExplorerPro 的Streaming加载方式加载场景。Streaming即流机制，是将完整的数据划分为若干个数据块，用户通过向系统请求的方式得到所需数据块的过程。与传统的场景加载机制不同，该机制在加载模型时按所见区域来对模型进行实时加载。 这一即用即取的特点改善了传统的显示模式的缺憾，节省了不必要的系统资源消耗，从而大大提高了场景的运行效率。

四、系统功能开发

系统开发采用C#编程语言，主要利用Skyline提供的各种控件、接口，组织和利用ShapeFiles数据、SQl Server数据库来建立华北油田三维数字管理系统。下面介绍一下系统主要功能的实现方法：

1、二三维联动

二三维联动采用Supermap 的MapControl控件配合Skyline的TE3Dwindow控件实现。利用

MapControl控件MouseUpEvent事件获得二维地图当前窗口中心的坐标，然后利用Skyline的Iplane接口的MovePosition方法将三维场景当前相机点的坐标移动到与二维地图窗口中心一致的坐标点处。反之，用Iplane接口的GetPosition方法获得三维场景当前相机点的坐标，用MapControl的 CenterX和CenterY属性使二维地图窗口和三维场景窗口保持同步。如图1：

图1 二三维联动

2、查询功能

通过 IRender5 接口的 SetMouseInputMode 函数设置鼠标样式为选中箭头，然后通过TerraExplorer 的 OnLButtonUpAttribute 事件获得屏幕坐标，然后通过 IRender5 接口的 ScreenToWorld 函数获得对模型象 ID ，在使用 IObjectManager51 接口的 GetObject 函数获得选中对象。当获得选中对象后，根据对象ID，到 SQL 数据库中查找相应的数据记录，在界面中的列表属性面板中显示出来。

图2查询属性

3、阴影分析功能

阴影分析主要是通过当地的纬度和日期获得正午太阳高度角，通过时间调整和建筑物或地形的高度确定阴影的覆盖范围。

通过 IPlane5 接口获得当前位置，然后通过 IObjectManager51 接口和用户输入的分析范围参数创建一个圆形对象并计算出圆的外切矩形，在DBF数据文件中使用SQL语句进行查询，查找到中心点落在外切矩形中的模型对象，在进一步去掉中心点不在圆形对象内的模型，存储到新的内存数据表中。循环数据表中的模型对象，通过 IRender5 接口的 ScreenToWorld 函数获得对模型对象ID ，使用IObjectManager51 接口的 GetObject 函数通过模型对象ID获得对象，通过 ITerraExplorer51 接口的 SetParam 函数设置时间轴显示，最后使用对象的SetParam 函数设置对象的显示阴影效果。

五、结束语

通过对Skyline TerraExplorerPro的开发，采用优化方式整合三维地形模型、三维建筑模型、交通模型、植被模型构建了华北油田三维场景，通过建筑物模型的基本属性及其扩展属性的应用，实现了对建筑物模型的查询统计，结合SuperMap Objects 的开发，实现了二三维窗口的实时联动，从而使整个系统达到了运行流畅、使用方便、画面美观、功能强大、应用广泛等效果。华北油田三维数字管理系统提供的漫游、属性查询、空间分析等功能，可以为规划管理、规划审批、规划方案对比等工作提供便捷的条件。

参考文献

[1]赵健.城市建筑物三维GIS建模理论及开发技术研究[D].太原：太原理工大学，2002

[2]李成名，王继周，马照亭等.数字城市三维地理信息框架原理与方法[M].北京：科学出版社，2008

[3]高山.三维城市模型若干关键技术的研究[D].武汉：武汉大学，2004