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基于VRML的虚拟城市的建立
测绘通报2002年第5期17!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：（-7-03中图分类号：P208文献标识码：B基于VRML的虚拟城市的建立万剑华1，潘正风2，李清泉3（1.石油大学地球资源与信息学院，山东东营.武汉大学测绘学院，湖北武汉430079；湖北武汉.武汉大学空间信息与网络通讯技术研发中心，BuildingVirtualCityBasedonVRMLWANJian-hua1，PANZheng-feng2，LIOing-guan3摘要：简要介绍虚拟现实建模语言VRML，并根据VRML2.0创建的一个虚拟城市场景，用实例说明VRML在建立虚拟城市中的应用前景以及所存在的不足之处。关键词：虚拟现实；数字城市；VRML一、引言发了一个基于WWW，Client/Server结构的3D校园控制3D信息系统。VRML用于制作3D用户界面，数据的实时动态显示和交互探测，J***A用于Web浏览器和场景VRML之间的通讯，及到信息系统数据库PostgreSOL的连接；（1998）提出了一Zlatanova个VRML用于3D可视化的一个整体框架。但是迄今为止，VRML在创建虚拟城市中的应用还只是初步的，尚需做进一步深入研究。近年来关于虚拟现实（VR）技术在数字城市中应用的讨论越来越多，虚拟现实技术和GIS技术的结合已成为公认的数字城市的关键技术。虚拟现实和3维模拟是数字城市表现的主要形式，在虚拟技空间代替了传统的抽象地术的支持下，赛博（Cyber）图和用来解释、分析、讨论设计思想以及城市进展的描述性文件，以生动的图片展现在用户眼前。用（VirtualRealityModelingLanguage，虚拟现VRML实建模语言）创建的具有照片纹理的3维城市模型（3DimensionalCityModel，可以使人们身临3DCM）其境般地感受数字城市。在城市发展规划，城市景观建筑的评估，学校、医院、工厂等单位的选址，环境分析，公共设施的规划和管理，信号发射机的蜂窝网络连接，不动产管理，财产管理（地籍），突发事件的应急计划，保安，旅游，娱乐，决策支持等领域，用VRML建立的3DCM都具有广泛的用途。Web上已存在很多VRML模型：Tempfliand（1996）首次把VRML作为3DGIS的“walk-Pilouk引擎；（1996）成功地展示了一个大型through”Kofler（1997）对VRML应用于可视3DVRML世界；0gao化制图进行了研究；（1998）把VRML技术Gahedan（1997）建立了At-用于地质对象的可视化；Schicklerlanta机场的具有两个不同L0D的像片纹理模型；（1998）把VRML应用于市政信息的可视化；Bodum则着重于设计过程中avatars的Doyle!&#$（.1998）虚拟存在；Karlsruhe大学用Java和VRML语言开二、用VRML建立虚拟城市VRML是WWW上描述3维虚拟环境的标准能在Internet上创建3维虚拟方法。使用VRML，空间，诸如建造虚拟的房间、建筑物、城市、山脉、星球或能想象的任何东西。VRML最令人兴奋的特征是我们能够利用它在Internet上创建动态的世界和感觉丰富的环境，还包括以下的功能：!动画空间里的物体，使它们运动；&在虚拟的空间里播放声音和影像；#允许使用者和虚拟的空间进行交互；$使用脚本来控制、改进虚拟的空间。现在常用的浏览器，例如，Netscape的Commu-nicator4和Microsoft的InternetExplorer4.0都通过自身集成VRML浏览插件，可以直接浏览带有VRML的网页。VRML浏览器的主要功能是读入VRML代码文件，并把它解释成一图形映像。目前如Netscape公司的VRML浏览器软件种类很多，Live3D，PaperSoftware公司的WebFX，SGI和TemplateGraphicsSoftware公司的WebSpace，In-terVista软件公司的WorldView以及Microsoft公收稿日期：；修回日期：作者简介：万剑华（1966-），男，山东单县人，副教授，博士，研究方向为城市3维地理信息系统。测绘通报2002年第5期18!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!司的VirtualExplorer等。VRML文件的最基本的组成部分是节点，VRML文件的主要内容就是节点的层层嵌套以及节点的定义和使用，由此构成整个的虚拟世界。节点包括基本的空间几何造型节点、文本造型节点、造型空间定位旋转和缩放节点、空间造型外观控制节点、空间背景节点、大气效果节点、声音节点、光照节点、锚点节点以及空间视点、VRML文件内联节点、浏览者和节点控制节点等。这3个节点都可以作为Appearance节点etexture，但的texture域的域值来为空间造型指定表面贴图，3者各不相同：Imagetexture节点用于制定一个静态的外部文件作为造型的表面贴图，可指定的外部文件的格式可以是JPEG，在GIf和PNG3种，当浏VRML文件中可以指定这些贴图文件的位置，览这个VRML文件时浏览器从这些目录中读取文件并把它们映射到指定的空间造型的表面上去；Movietexture节点用于指定一个动态的外部电影文VRML中有两种造型方法可应用于城市模型的建立：一是运用基本的造型节点（Box，Cylinder，Cone，Sphere）结合Group节点等节点控制进行规则建筑物的建模（类似于CAD技术中的CSG造型方法）；二是运用点线面造型法对城市建筑物进行建模。鉴于目前的GIS系统很多支持点、线、面组成的边界表示，且大部分3D模型是根据对面的量测数据建立起来的，很难用简单体素的组合来完成，另外选择面表示法也有利于建筑物的表面的纹理贴加。因此，选择点线面造型方法进行城市建模应是一个相对来说比较好的方案。从理论上说，通过点线面造型可以创建出虚拟城市空间中任意的3维造型，因为点线面造型可以创建出空间中任意的一个点、一条线和一个面，而众所周知的是，点线面是空间造型的最基本的元素。其实在VRML中创建点线面造型的基础就是给出的一系列有序空间点的参数，而最后在虚拟空间中所得到的空间点线面就是由这一系列的有序参数所创建出来的。VRML中点线面造型的节点包括：1.Coordinate节点。此节点创建了一张坐标列表并且被作为基于坐标的几何节点的coord域值使用；2.PointSet节点。通过PointSet节点可以在虚拟空间中创建出一系列的点，通常作为Shape节点的geometry域的域值。可以通过Shape节点的ap-pearance域值为其着色，也可以通过PointSet节点中的color域为单独每个点指定所需要的颜色；3.IndexedLineSet节点。此节点创建空间折线几何造型，同时可以被用作造型节点的geometry域值；4.IndexedfaceSet节点。此节点创建面几何造型，同时可以被用作造型节点的geometry域值。在VRML中通过Material节点来指定空间造型的外观材料，而Material节点通常是作为Appear-ance节点的material域的域值出现；指定造型表面贴图的节点有Imagetexture，Pixeltexture和Movi-件作为造型的表面贴图，指定的电影文件通常应该是MPEG格式，在VRML文件中可以控制这个电影文件的播放时间、播放速度等特征；Pixeltexture节点则不需要外部文件作为材质贴图，而是直接在VRML文件中指定贴图的各点的颜色值，即相当于将贴图文件嵌入到了VRML内部。三、实验图1、图2是根据模拟数据，在VrmlPad1.0中利用VRML2.0创建的虚拟现实城市视图，模型中
没有考虑地形的表示。图1
虚拟城市灰度图图2虚拟城市全景图四、结论VRML将3D模型转化为简洁的数学表达式，测绘通报2002年第5期19&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&因而只需在网上发送转化后的少量数据，而且一旦发送出去就不再需要对模型进行下一步发送，在这一过程中，全部的变化仅仅是在模型中观察者视点的变化。这样，在网上仅需不断传输观察者的方位，大大地节省了数据带宽。VRML和设备无关，它是作为一种描述虚拟境界的语言独立存在。以这一VRML为基础可以建立不同档次的系统实现，特点也是VRML得以迅速发展的根本动力之一。尽管VRML在创建虚拟3D城市场景方面具有诸多优点，但也存在着以下缺陷：1.文档大。VRML是未经压缩的ASCII文本，因此导致文档太大，文件传输时间长。一些浏览器支持gzip压缩，会稍微减少传送时间。但保证不2.可以保证每一个对象内部的拓扑，了对象之间的拓扑。因此，这种表示法不能直接应用于空间查询和空间分析，可把VRML仅作为3DGIS模型和浏览器内部结构之间的中间步骤。3.缺乏一个数据库接口。VRML建立的模型是一个图形文件，不能连接到数据库中，语法中并没有包括SOL节点，新版本的VRML中考虑了对数据库的访问问题，增加了SOL节点的语法。4.缺乏模型的语义描述。VRML并不能维护。语义信息，因此需应用其他标准（如HTML）只是一5.用VRML建立的3D虚拟城市模型，个高级可视化系统，而不是城市3维地理信息系统。参考文献：［1］阳化冰，等.虚拟现实构造语言VRML［M］航.北京：空航天大学出版社，2000.［2］黄心渊.虚拟现实技术与应用［M］科学出版.北京：社，1999.［3］万剑华.城市3维地理信息系统的若干问题研究［D］.武汉大学，2001.［4］OGAOPJ.VisuaIisationof3DSpatiaIDataUsingVirtu-［D］aIReaIityModeIIingLanguage（VRML）.Am-stedam：ITCPubIication，1997.［5］GAHEDANM.ScatterpIotsandScenes：VisuaIisation［J］putersEn-（1）：43-56.vironmentandUrbanSystems，1998，22［6］DOYLESMD，etaI.TlePotentiaIofWeb-basedMap-pingandVirtuaIReaIityTeclnoIogiesforModeIIingUr-［J］putersEnvironmentandUr-（2）：banSystems，-155.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!划层，然后按先绘面层，再绘线层，最后绘点层和注（上接第13页）记层的顺序生成图形文件，经过图面整饰就可输出图形在屏幕上查询任意图斑或地块的图斑号、用地类型、面积、权属性质、权属单位名称、乡名、村名、扣除线面积等多种属性信息，或查询到线状地物的用地类型、长度、宽度、权属性质、权属单位名称等多种属性信息。同时用户还可以通过权属单位名称、用地类型等属性信息查询图形数据的位置及分布情况，并可根据用户需要统计出其总面积。可实现土地变更信息的动态管理，实现土地利用变更的宏观监测，为土地管理部门及时提供多种信息，使土地利用管理更加科学合理。乡镇土地利用总体规划图、基本农田保护区图和林地规划图。输出土地利用总体规划的国际标准分幅图分两步：首先，用国际标准分幅图廓裁切乡镇存储的土地利用总体规划分区与规划线状地物层，生成分幅存储的土地利用总体规划分区与规划线状地物层。其次，参照上述的乡镇土地利用总体规划图的制图方法输出土地利用总体规划分幅图。任意区域土地利用总体规划图的制图方法与土地利用总体规划分幅图的编制方法相似。六、输出地图土地利用规划信息管理系统的一项重要功能是：可根据用户需要按乡镇、按国际标准分幅或按任意区域输出土地利用总体规划图。采用上述数据组织方法很容易实现这项功能。输出乡镇土地利用总体规划图的方法是：从土地利用总体规划分区与规划线状地物层中提取派生出的规划线状地物层、基本农田保护区层和林地规七、结束语经过两年多的实践与研究，我们采用
基于VRML的虚拟城市的建立作者：作者单位：万剑华， 潘正风， 李清泉万剑华(石油大学,地球资源与信息学院,山东,东营,257061)， 潘正风(武汉大学测绘学院,湖北,武汉,430079)， 李清泉(武汉大学空间信息与网络通讯技术研发中心,湖北,武汉,430079)测绘通报BULLETIN OF SURVEYING AND MAPPING2002(5)22次刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
1.阳化冰 虚拟现实构造语言VRML 20002.黄心渊 虚拟现实-技术与应用 19993.万剑华 城市三维地理信息系统的建模研究[学位论文] 20014.OGAO P J Visualisation of 3D Spatial Data Using Virtual Reality Modelling Language (VRML) 19975.GAHEDAN M Scatterplots and Scenes: Visualisation Techniques for Exploratory Analysis[外文期刊]1998(01)6.DOYLE S M D The Potential of Web-based Mapping and Virtual Reality Technologies for ModellingUrban Environments[外文期刊] 1998(02)
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