三维虚拟旅游景区系统的研究与应用

【摘 要】本文以天水市麦积山和南郭寺两大旅游景区作为研究对象，对景区三维虚拟展示进行研究，主要由两部分内容：一部分是对于地形的构建，利用DEM和遥感影像等基础地理数据进行三维地形的构建；另一部分是三维建模，主要包括对于建筑物模型、道路模型、树木模型等景区主要地物模型的建立，利用Skyline三维地理信息展示平台将研究成果展示出来，可以实现数字景区的三维显示、场景漫游、视觉仿真等效果。为更好的展示和保护风景名胜起到了很重要的作用。

【关键词】三维虚拟；三维建模；Skyline

0 引言

随着人们生活水平的提高，人们对于生活质量越来越关注，因此越来越多的人对旅游开始热衷起来，成为一种新的追求文化享受的时尚和热点。随着计算机技术、网络技术的不断发展和成熟，虚拟现实技术逐渐应用于旅游业，将互联网作为景区的重要宣传平台，让更多的人了解景区的旅游信息，吸引更多的游客到景区游玩，成为拉动地区经济的主要手段之一。三维虚拟技术为景区的展示做出了很大的贡献，能够让游客身临其境的感受景区风光。

另外，景区中有大量的古建筑，这些都是我们灿烂的文化，有着举足轻重的地位，并且许多已经成为举世瞩目的文化遗产。因此，对于景区景观以及建筑的还原是世界各国非常关注重视的问题。利用很多实地所采集的照片、摄像和文字等资料，采取虚拟现实的相关技术手段，真实重现景区的人文地貌，为政府部门对景区规划管理和世界遗产文化的保护提供了最直观的手段，进而也为景区的新的旅游线开发建设、景区的生态管理与和异地宣传推广等许多方面发挥重要作用[1]。

本文利用的现代技术对天水市两大景区进行三维虚拟展示，不仅可以向游客展示景区风光，还意味着对于景区各种景观的真实还原。

1 研究对象及技术路线

1.1 研究对象

天水是甘肃省的旅游大市，境内有闻名遐迩的麦积山风景区，千年古刹南郭寺等一批旅游胜地。为了更好的展示和保护风景名胜，我们建成了天水市风景名胜三维展示系统。

“麦积山石窟” 作为中国四大石窟之一，形状奇特，孤峰崛起，犹如麦垛，因此得名，山高142米，现存洞窟194个，其中有从4世纪到19世纪以来的历代泥塑、石雕7200余件，壁画1300多平方米。麦积山石窟地处秦岭山脉，地形复杂、山势险峻，我们采用最先进的测绘技术，将传统的三维建模、移动车载三维激光扫描测量技术、静态激光扫描测量技术相结合，对山体进行1：1的复原，将山体、石雕佛像和栈道等实体真实再现还原，保持与现实的一致。

南郭寺，又为陇右第一名刹，始建于“春秋晚期”，距今1600多年，是省级文物保护单位。全寺的建筑物，有殿宇、禅堂、楼轩、亭阁、牌坊等计二十八座，八十余间，占地面积为2.67万平方米。人世沧桑而文物犹存，“南郭寺”正门的楼牌经一段台阶踏步入寺院。首座牌坊式山门，中国政协副主席，中国佛教学会会长赵母初先生题写的“南郭寺”大字匾额。前院有天王殿，后院有大雄宝殿、钟鼓楼、禅林院、关圣殿、杜少陵祠、北流泉等建筑名胜。另有两棵2500年的春秋古柏，被称为稀世珍宝。

1.2 技术路线

本文从基础地理数据出发，不仅包括对于地形数据的整理，还有对于景区所涉及到的建筑物、树木等地物的模型建立，最后将地形模型与建筑模型集成到Skyline中进行空间分析应用。

2 基于skyline基础数据集成

2.1 skyline软件介绍

SkylineGlobe系列软件是一套基于网络的三维地理信息系统平台。用户可以利用航空和卫星影像、地形高程数据和其他的二、三维地理空间和属性数据，创建自定义的虚拟现实三维可视化场景，进行浏览、查询、分析和网络，并开放所有的API，不论是在网络环境还是单机应用，用户能够根据自身的业务需求开发定制功能，建立个性化的三维地理信息系统。SkylineGlobe系列软件通过TerraBuilder、TerraExplorer和TerraGate三个系列产品各司其职，简便而有序的实现了三维场景创建、展示和网络功能[2]。

TerraExplorer 系列产品，除浏览三维地形之外，进行编辑、分析、标注等操作，可以根据用户需求定制三维景观场景；TerraGate系列产品用来满足Skyline的3D技术客户端和服务器的数据传输需求。TerraGate能够将地形、特征或地图数据传输到TerraExplorer客户端和WFS/WMS客户端，在TerraExplorer用户之间提供协作会话功能并提高网站整合能力。

2.2 数字高程模型

数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是地形表面形态属性的数字表达，是带有空间位置属性和地形属性特征的数字描述。DEM的是一定区域范围内规则格网点的平面坐标（x，y）及其高程（z）的数据集[3]。

2.3 数字正射影像

数字正射影像图（Digital Orthoimaga Map，OrthophotoMap简称DOM）是根据影像自动匹配所产生的数字地面高程数据（或其他方法产生的数字高程数据）对扫描的航片影像数据逐个像元进行投影差改正、经自动镶嵌、裁切后所产生的一定区域内的影像数据。

3 三维虚拟仿真系统

3.1 数据获取

三维场景数据：通过无人机航拍优于0.1米的航空影像数据，通过内业空三加密制作正射影像图DOM和数字高程模型DEM，再利用TerraBuilder平台生成三维大场景地形地貌；

三维建筑物模型：以1：500地形图和实地拍摄照片为基础，利用3DMax建模软件，建设高精度三维建筑物模型；麦积山山体建模：利用STONEX X300脉冲式静态三维激光扫描仪扫描麦积山山体，获得麦积山三维点云数据，对点云数据进行处理生产山体TIN模型，再讲山体纹理贴图附着到TIN从而得到1：1的高精度麦积山山体模型。

3.2 软件平台

基于Skyline Pro6.5三维地理信息平台开发“三维虚拟仿真系统”，将三维场景数据、三维建筑物模型和麦积山山体建模整合到该平台下，实现了漫游、定位、查询等功能。

3.3 系统应用

基于Skyline的三维景观建立需要将利用 TerraBuilder 对遥感影像、地面高程以及矢量数据等进行融合，生成一个具有较高精度并且含有地理坐标的.MPT 文件即地形数据文件。将已经生成的三维地形数据和三维模型数据导入TerraExplorer Pro中，生成三维景观据.FLY文件，并且进行打包压缩，生成最终三维景观。

4 小结

本研究对天水市麦积山和南郭寺两大景区进行三维虚拟系统的研究，利用基础地理数据进行三维建模，逼真的还原了景区面貌，基于skyline软件对数据进行整合，实现了数字景区的三维显示、场景漫游、视觉仿真等效果。随着人们生活质量的提高，旅游产业越来越受到大家的青睐，各个地区都在想法设法宣传自己景区的特点，利用三维虚拟旅游系统对景区进行宣传，将对旅游业的发展有很大的促进作用。

【参考文献】

[1]张占龙，罗辞勇，何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真，2005，3（4）：21-24.

[2]北京东方道迩信息技术有限责任公司. Skyline数字规划管理信息平台解决方案[Z]. 2010， 5.

[3]王之顺.基于Skyline和SketchUp的三维可视化技术研究[D].福建师范大学， 2012，6.