2024年6月6日发(作者：)



文章编号：（）：／／

１６７１４５９８２０２１０１０１４００６

　　

ＤＯＩ１０．１６５２６ｔ．２０２１．０１．０２９

　　

中图分类号：

ＴＰ３１１．ｃｎｋｉ．１１－４７６２

ｐｊ

文献标识码：

Ａ

　

·

　

１４０

·

计算机测量与控制

．２０２１．２９

（

１

）

　

犆狅犿狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾

　

狆

设计与应用

基于

犅犐犕＋犆犲狊犻狌犿

三维可视化校园系统的

设计与实现

叶

　

娜，严昱欣，张

　

翔，董丽丽

（西安建筑科技大学信息与控制工程学院，西安

　

７

）

１００５５

摘要：构建具备“三维可视化”、“信息化”、“数字化”特征的校园平台是智慧校园建设的基础点，现有校园平台大多使用传

／统建模工具融合

ＣＳ

架构的

ＧＩＳ

平台搭建，缺乏模型信息统一整合、趋于平面化且可视化水平较低、不具备跨平台等问题；

ＢＩＭ

技术因其数据整合模式有效提高了建筑业信息化水平，文章结合

ＢＩＭ

技术二三维信息整合及

ＷｅｂＧＩＳ－Ｃｅｓｉｕｍ

框架免插件、可

／跨平台的优点，以本校作为建模原型借助

Ｒｅｖｉｔ

软件建模及二次开发、文件流等技术，基于

ＢＳ

架构开发兼备可视化、信息化及

跨平台能力的校园平台，实现了地图显示模块、建筑物信息查询模块、空间

ＧＩＳ

模块、地物对应查询模块及其子功能；通过测

试，设计的系统工作可靠可行，满足校园平台需求。

关键词：三维校园；

ＢＩＭ

；

Ｃｅｓｉｕｍ

；可视化校园

犇犲狊犻狀犪狀犱犐犿犾犲犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳犜犺狉犲犲－犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犞犻狊狌犪犾犆犪犿狌狊

犵狆狆

犲狊犻狌犿犛狊狋犲犿犅犪狊犲犱狅狀犅犐犕＋犆

狔

，

Ｙ

，

ＤＹｅＮａａｎＹｕｘｉｎ

，

Ｚｈａｎｉａｎｏｎｉｌｉ

ｇ

Ｘ

ｇｇ

Ｌ

（，，）

ＳｃｈｏｏｌｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｅｎｉｎｅｅｒｉｎＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＸｉａｎ１００５５

，

Ｃｈｉｎａ

　

７

ｇｇｙ

ｏ

ｇｙ

：

Ｂ

”，“”，”

犃犫狊狋狉犪犮狋ｕｉｌｄｉｎａｍｕｓ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ

“

３Ｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄ

“

ｄｉｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｔｈｅ

ｇ

ａｃ

ｐｇ

ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｃａｍｕｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｍｏｓｔｅｘｉｓｔｉｎａｍｕｓ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｓｕｓｅｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｔｏｏｌｓａｎｄＧＩＳ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈ

ｐｇ

ｃ

ｐｇ

，，

Ｃ

／

Ｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅａｒｅ

ｐ

ｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｌａｃｋｏｆｕｎｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｎｄｉｎｔｏｂｅｆｌａｔｌｏｗｌｅｖｅｌｏｆｖｉｓｕａｌ

ｇｇ

，

ａｎｄｌａｃｋｏｆｃｒｏｓｓ－

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍ．ＢＩＭｔｅｃｈｎｏｌｏａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｍｒｏｖｅｄｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎｂｅｉｚａｔｉｏｎ

ｇｙ

ｈ

ｙ

ｉ

ｐｙ

ｉ

，

Ｔｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｄａｔａｉｎｔｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｈｉｓ

ｐ

ａｅｒｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｓｏｆＢＩＭｔｅｃｈｎｏｌｏｔｗｏ－ａｎｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｇｐｇｇｙ

，，

ｃｒｏｓｓ－

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍａｄｖａｎｔａｅｓｕｓｉｎｕｒｓｃｈｏｏｌａｓａ

ｐ

ｒｏｔｏｔｅｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｔｅｒａｔｉｏｎａｎｄＷｅｂＧＩＳ－Ｃｅｓｉｕｍｆｒａｍｅｗｏｒｋ

ｐ

ｌｕ－ｉｎ－ｆｒｅｅ

ｇｇ

ｏ

ｙｐｇｇ

，

ｉｎｎｄＲｅｖｉｔＳｅｃｏｎｄａｒｅｖｅｌｏｍｅｎｔｆｉｌｅｓｔｒｅａｍｉｎｎｄｏｔｈｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｔｏｄｅｖｅｌｏａｍｕｓ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｂａｓｅｄｏｎＢ

／

Ｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ｇ

ａ

ｙ

ｄ

ｐｇ

ａ

ｇｐ

ａｃ

ｐ

，，

ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｃｒｏｓｓ－

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｃａａｂｉｌｉｔｉｅｓ．ＴｈｉｓＳｓｔｅｍ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍｄｅｓｉｎｅｄｔｈｅｍａｉｓｌａｏｄｍｏｄｅｗｉｔｈｂｏｔｈｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ

ｐｙｇｐ

ｄ

ｐｙ

ｍ

，，，

ｕｌｅｂｕｉｌｄｉｎＩＭｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｑ

ｕｅｒｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｕｂｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｅｍｏｄｕｌｅｓ．Ｔｈｒｏｕｈｔｅｓｔｉｎｔｈｅｄｅｓｉｎｅｄｓｓ

ｇ

Ｂ

ｙ

ｍ

ｇｇｇｙ

ｔｅｍｗｏｒｋｓｒｅｌｉａｂｌｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｃａｍｕｓ

ｐ

ｌａｔｆｏｒｍ．

ｙ

ａ

ｐ

：

３

；

犓犲狑狅狉犱狊ＤｃａｍｕｓＢＩＭ

；

Ｃｅｓｉｕｍ

；

ｖｉｓｕａｌｃａｍｕｓ

ｐｐ

狔

０

　

引言

为迎合信息化社会发展的趋势，响应国家建设“数字

校园”、“智慧校园”的号召。三维可视化校园作为建设

“数字化、智慧化”校园的基础关注点而得到广泛重视，如

清华大学、华中科技大学、长安大学、哈尔滨工业大学等

纷纷以本校建筑模型为基础研发了原型校园平台系统。但

目前大多可视化校园系统存在以下问题：（

１

）展示的内容

较单一，多数系统缺少展示其内部构造和构件属性信息；

（）系统缺乏跨平台能力，硬件要求高；（

２３

）部分系统欠

缺设计适合的地理空间分析，难以为校园的管理与二次规

划提供参考。在建筑信息模型（、地理信息系统

ＢＩＭ

）

（）发展日益成熟的当前，测绘地理信息科技发展“十

ＧＩＳ

三五”规划中明确提出开展面向社会化应用的

ＢＩＭ＋ＧＩＳ

１４

］

融合关键技术研究

［

。

本文针对上述问题，整合

ＢＩＭ＋ＷｅｂＧＩＳ－Ｃｅｓｉｕｍ

技

术构建以西安建筑科技大学为样本的原型系统，该系统能

收稿日期：

２０２００５２６

；

２０２００６１８

。

　

修回日期：

基金项目：国家自然科学基金项目（）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目（）；西安市科技局科技创新引导项目

６１７０１３８８２０１８ＪＭ６０８０

（（））；西安市科技局科技创新引导项目（（））。

２０１８０５０３３ＹＤ１１ＣＧ１７１２０１８０５０３３ＹＤ１１ＣＧ１７２

作者简介：叶

　

娜（，女，陕西西安人，硕士生导师，副教授，主要从事数据挖掘、云计算等方向的研究。

１９７９

）

Ｗｅｂ

应用、

张

　

翔（，男，陕西咸阳人，硕士生导师，副教授，主要从事增强现实、机器学习等方向的研究。

１９７２

）

董丽丽（，女，福建福州人，硕士生导师，教授，主要从事数据挖掘、机器学习等方向的研究。

１９６０

）

引用格式：叶

　

娜，严昱欣，张

　

翔，等

．

基于

Ｂ

］计算机测量与控制，：

ＩＭ＋Ｃｅｓｉｕｍ

三维可视化校园系统的设计与实现［

Ｊ．２０２１

，

２９

（

１

）

１４０

１４５．

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ

　



同时提供校园内建筑物的模型信息与外部的周边环境信息，

实现三维全景展示、地图切换、建筑构件查询、校园用户

兴趣点（）定位、导航、空间分析等核心功能。在为校

ＰＯＩ

内师生提供便利的同时，尽量满足管理者对建筑物室内外

信息一体化的需求，达到学校对外文化宣传展示的目的。

１３

　

软件选型

系统软件开发采用软件类应用如表

１

所示。

表

１

　

软件环境参数表

软件环境

Ｒｅｖｉｔ２０１６

ＩｎｔｅｌｌｉＩＤＥＡ

ｊ

Ｔｏｍｃａｔ８

ＧｅｏＳｅｒｖｅｒ２．１０

ＭＳＱＬ５．７

ｙ

ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２０１５

ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏＣｏｄｅ

参数说明

ＢＩＭ

模型建模工具

Ｊａｖａ

开发平台

部署数据及本系统服务

部署发布地图数据

属性数据库

Ｒｅｖｉｔ

二次开发

前端集成调试工具

第

１

期叶

　

娜，等：基于

ＢＩＭ＋Ｃｅｓｉｕｍ

三维可视化校园系统的设计与实现

·

　

１４１

·

１

　

整体设计

１１

　

功能分析

三维校园可视化系统的受众群体为学生、校园管理者、

校外访客，旨在校园内三维场景的浏览器端展示，其将校

园内的建筑物、地理环境、校园资源等信息整合。本系统

／采用

ＢＳ

结构体系，经需求分析将系统划分为地图展示模

块、

ＢＩＭ

信息模块、空间

ＧＩＳ

模块与地物对应模块，根据

功能需求分析后设计如下子功能，如图

１

。

２

　

系统实现的关键技术

因数据格式不同，使用

Ｒｅｖｉｔ

所建的

．ｒｖｔ

模型无法直接

应用于

Ｃｅｓｉｕｍ

引擎，所支持的文件格式包含

ｇ

３ＤＭｌＴＦ

、

ｂ

与

３

。

ｇ

ｌＴＦ

格式是

３ＤＴｉｌｅｓＤＴｉｌｅｓ

瓦片内部模型采用的数据

格式，将

ｇ

，

ＬｌｅｖｅｌｏｆｄｅｔａｉｌＯＤ

）

ｌＴＦ

加入层次细节模型（

［］

构成

３ＤＴｉｌｅｓ

瓦片格式

７８

。

２１犲狏犻狋

二次开发模型数据提取

　

犚

本节借助

Ｒｅｖｉｔ

二次开发将模型的几何与属性数据解

耦，分别以

．ｏｂｓｏｎ

文件格式存储。其关键步骤为：

ｊ

与

．

ｊ

）获取模型的几何数据。首先通过构件的几何属性

１

；其

ＧｅｏｍｅｎｔｒＥｌｅｍｅｎｔ

实例，遍历实例得到几何实体

Ｓｏｌｉｄ

ｙ

）获取三角网格；次获取实体各面，通过

ｆａｃｅ．Ｔｒｉａｎｕｌａｔｅ

（

ｇ

继而使用

ＬｉｓｔＹＺ

＞

存放三角形的顶点、计算法线与贴图

＜

Ｘ

坐标；最后以表

２

所示属性拼接写入

．ｏｂ

ｊ

文件。

表

２

　

几何表属性类型

图

１

　

系统总体功能图

类型

ｏ

ｖ

ｖｎ

ｖｔ

ｆ

简介

以模型对象划分

几何模型顶点坐标

顶点法线坐标

贴图坐标

以点数据构成的面数据

地图展示模块主要负责校园三维模型的显示与多种地

图模式的切换，其主要功能有飞行漫游、鹰眼地图与控制

场景展示。

建筑信息查询模块为校内管理员提供辅助分析，当用

户选中建筑物构件时，显示族名、尺寸等属性信息。

空间

ＧＩＳ

模块重点体现空间分析效果，其包含图形绘

制、地图量测、通视分析、剖面分析等。

地物对应查询模块用户可在该模块中，查询学校设施、

教学楼、自习室等基本信息。用户可通过地物对应查看建

筑物位置与周边环境，帮助快速定位；也可通过自习室环

境查询功能，选择合适的自习室。

１２

　

非功能分析

在性能与效率方面，本系统从时间与硬件资源特征两

方面保证了用户请求系统功能

ＵＲＩ

响应迅速；在维护性与

扩充性方面，系统采用前后端分离、接口开发的模式，实

现前后台“高内聚、低耦合”；在易用性与易理解性方面，

系统设计了简洁美观的页面布局；在移植性与跨平台方面，

本系统选择无插件、可跨平台的

Ｃｅｓｉｕｍ

框架，由支持显示

［］

三维地球的开源

Ｊａｖａｓｃｒｉｔ

工具库构成

５６

。

ｐ

）获取构件材质。首先利用

Ｅ２ｌｍｅｎｔ．ＧｅｔＭａｔｅｒｉａｌＩｄｓ

获

取

Ｅ

，转化为

Ｍ

、透明度

ｌｅｍｅｎｔＩｄａｔｅｒｉａｌ

对象获取颜色

ｃｏｌｏｒ

、光泽度

Ｓ

；其次设置

ＴＴｒａｎｓａｒｅｎｃｈｉｎｉｎｅｓｓｅｘｔｕｒｅ

对象，

ｐｙ

导出纹理贴图；接着将

Ｃ

／／

ｏｌｏｒ．ｒｅｄｂｌｕｅｒｅｅｎ

做归一化处

ｇ

理，记作散射光

Ｋ

，／

ｄ１．０－Ｔｒａｎｓａｒｅｎｃ１００．０

记作渐隐指

ｐｙ

；最后以表

３

所示属性拼接写至

．ｍ

数

ｄｔｌ

材质文件。

表

３

　

材质表属性类型

类型

Ｎｅｗｍｔｌ

Ｋａ

Ｋｄ

Ｋｓ

Ｎｉ

Ｎｓ

ｄ

简介

材质名

材质的环境光

散射光

镜面光

折射值

反射指数

渐隐指数描述

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ

　



）提取模型的属性数据。首先定义对象

Ｄａｔａ

及属性

　　

３

、族名

Ｆ

、类别

Ｃ

、底部约束

ｂＩｄａｍｉｌＮａｍｅａｔｅｏｒａｓｅＣｏｎ

ｙｇｙ

、顶部约束

ｈ

、体积

ｖｓｔｒａｉｎｅｉｈｔＴｅｏｌｕｍｅ

等属性；其次创

ｇｙｐ

，根据类别

Ｃ

建

Ｌｉｓｔａｔａｌｅｍｅｎｔｓａｔｅｏｒｅｖｉｔ

的

ｅｌ

＜

Ｄ

＞

ｅ

ｇｙ

将

ｒ

，存入

ｌ

；随后使用

Ｉｅｍｅｎｔ

元素循环赋值给

ｄａｔａｉｓｔＯ

流创建

本地

．ｓｏｎ

文件，读取并序列化写入数据

ＪｓｏｎＣｏｎｖｅ

ｊ

）；最后保存本

ｉｓｔａｔａ

＞＞

（

ｍＳｔｒｒｔ．ＳｅｒｉａｌｉｚｅＯｂｅｃｔ

＜

Ｌ

＜

Ｄ

ｙｊ

地

ｊ

ｓｏｎ

文件，关闭流。

以学校图书馆为例，通过上述四步将模型的几何、材

片段）。质、属性解耦，其数据提取结果如图

２

（

·

　

１４２

·

　　

计算机测量与控制

　

第

２９

卷

图

３

　

系统总体功能图

犜狅狋犪犾犆狅狊狋

狀

）根据预设总删除点数，将

ｖｅｒｔｉｃｅｓ

数组按平均坍塌

　　

４

成本排序，以小至大的规则删除，并重构其三角面。

犆狅狊狋

（

狌

）

＝

）逐一将八个子模块送入边折叠算法，拼接显示出最

５

终模型，并保存至新

Ｏｂ

ｊ

文件。

图

２

　

图书馆几何、材质、属性数据

２３犐犕

到

犆犲狊犻狌犿

平台数据转换

　

犅

通过上节将

Ｏｂｂ

ｊ

模型的三角网格简化，本节研究将

Ｏ

ｊ

模型转换为

３ＤＴｉｌｅｓ

模型格式方案，主要分为

Ｏｂ

ｊ

转换至

３ＤＭ

、以及

ｂ３ＤＭ

转换为

３Ｄｔｉｌｅｓ

三个

ｌＴＦ

、

ｇ

ｌＴＦ

至

ｂ

ｇ

步骤。

２．３．１ｂＴｏｌＴＦ

　

Ｏ

ｊｇ

关键步骤如下：

①

通过

ｏｂ

ｊ

路径，加载文件；

②

按行解

析

Ｏ

，

ｏ

，

ｇ

，

ｖ

，

ｍｂｔｌｌｉｂ

分别找到面、

ｊ

文件数据，划分

ｆ

组、顶点和纹理。

③

定义结点

ｎ

、网格

ｍ

、基元

ｏｄｅｅｓｈ

Ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ

的获取方法和一些辅助变量，如二维坐标系

Ｃａｒ

、包围

ｔｅｓｉａｎ２

、三维坐标系

Ｃａｒｔｅｓｉａｎ３

、三维矩阵

Ｍａｔｒｉｘ３

盒

ＢｏｕｎｄｉｎＢｏｘ

等；

④

分析与定义

ｇ

ｌＴＦ

的生成规则，如位

ｇ

置、法向量、

ＵＶ

、索引等缓冲区

ｂ

，及访问缓冲区的

ｕｆｆｅｒ

访问器；定义增加结点、材质、纹理、三角网格、数组索

引的方法。

⑤

将解析后

ＯｂｌＴＦ

方法

ｊ

文件，根据定义写出

ｇ

转换并存储在相应的属性。

２．３．２ｌＴＦＴｏｂ３ＤＭ

　

ｇ

关键步骤如下：

①

根据

ｂ３ＤＭ

切片格式要求，创建其

相应的属性。创建一个的

ｂ３ＤＭ

切片，头文件长度为

２８

位，定义特征表

Ｊ

、特

ｓｏｎ

长度

ｆｅａｔｕｒｅＴａｂｌｅＪｓｏｎＢｔｅＬｅｎｔｈ

ｙｇ

征表二进制数组长度

ｆ

、批处

ｅａｔｕｒｅＴａｂｌｅＢｉｎａｒＢｔｅＬｅｎｔｈ

ｙｙｇ

理表

Ｊ

、批处理表

ｓｏｎ

数据长度

ｂａｔｃｈＴａｂｌｅＪｓｏｎＢｔｅＬｅｎｔｈ

ｙｇ

，以及该切片二进制数据长度

ｂａｔｃｈＴａｂｌｅＢｉｎａｒＢｔｅＬｅｎｔｈ

ｙｙｇ

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ

２２

　

建筑模型轻量化

本节使用基于八叉树剖分的近似曲率边折叠简化算法

来简化

Ｏｂ

ｊ

文件内的三角网格，其思想为以八叉树结构进

行管理与剖分模型，将原始

Ｏｂ

ｊ

网格对象划分为八个子模

９

］

型后，使用近似曲率的边折叠算法

［

简化三角网格。通过

该方法相比仅用边折叠算法保留更多模型特征，其算法流

程如图

３

。

该算法分为以下几步：（）用八叉树结构管理

Ｏ１ｂ

ｊ

模

型；（）与面

２

）步骤二：

Ｏｂｖｅｒｔｉｃｅｓ

ｊ

模型解析，定义点（

（）的数据结构，将原始几何数据放入不同的数据结构

ｆａｃｅｓ

中。（）遍历

ｖ３ｅｒｔｉｃｅｓ

数组点，计算点与其所有相邻边的坍

塌成本，计算该点的坍塌总成本如下：

犱

＝

‖

狌

－

狏

‖

（｝

犽

＝

ｍａｘ

｛

ｍｉｎ

｛

１

－



）

÷

２

｝

犉狌

∈

犜狌犉狌狏

∈

犜狌狏

犮狅狊狋

（

狌

，

狏

）

＝

犱

×

犽

犜狅狋犪犾犆狅狊狋

＝

狅狊狋

（

狌

，

狏

）

∑

犮

１

狀

犱

为边长，

犽

为曲率值，

犜狌

是含有顶点

狌

的所

　　

其中：

有三角形集合，

犜狌狏

是同时包含顶点

狌

和

狏

的三角形集合，

犜狅狋犪犾犆狅狊狋

为

狌

点的坍塌总成本，

狀

为

狌

点的邻接点个数。

最终该点的平均坍塌成本为：

　



二进制

ｇ

ｌｂ

数据的长度。

②

ｇ

ｌＴＦ

到

Ｂ３ＤＭ

的转换，根据

ｌＴＦｂａｔｃｈＩＤ

进行划分，判断被切分到哪个切片中。随后将

ｇ

的数据对应

Ｂ３ＤＭ

的属性格式内。

③

Ｂ３ＤＭ

文件的设计及

创建，将

ｇ

ｌｂ

二进制数据划分在各个瓦片中，设计头文件的

各部分对应关系和长度限制，单位为位。

④

返回

ｂ３ＤＭ

切

片头文件

ｈ

、批处理表

ｂ

、二进制数

ｅａｄｅｒａｔｃｈＴａｂｌｅＪｓｏｎ

。据

ｇ

ｌｂ

２．３．３３ＤＭＴｏ３ＤＴｉｌｅｓ

　

ｂ

关键步骤如下：

①

引入前两步转换好的

ｇ

ｌＴＦ

和

Ｂ３ＤＭ

文件，定义瓦片集的规则。

②

根据每一个瓦片的数据和属

性，计算每层瓦片的几何误差、转换方法、包围盒等。其

中在

３ＤＴｉｌｅｓ

这种

ＨＬＯＤ

的结构中，根节点为最粗糙模型，

其几何误差最大，叶子节点为原模型，其几何误差为

０

；本

设计选择标准的长方体

ＡＡ

，

３ＢＢ

包围盒的

ｂｏｘＤＴｉｌｅｓ

中用

一个有

１２

个元素的数组来表示包围盒，前三个元素为包围

盒中心坐标，后面每三个元素组成包围盒

狓

，

狔

，

狕

轴的方

向及半轴的长度（这个长度用向量的长度来表示）。

ｔｒａｎｓ

ｆｏｒｍ

属性是一个以列主序存储的

４×４

矩阵，通过此属性，

Ｔｉｌｅ

的坐标就可为其局部坐标系内坐标，最后通过自身

ｔｒａｎｓｆｏｒｍ

矩阵变换到父节点的坐标系内。属性信息通过

ｂａｔｃｈＴａｂｌｅ

的

ｉｄ

关联到

３ＤＴｉｌｅｓ

的

ｔｉｌｅｓｅｔ．ｓｏｎ

中。

③

将计

ｊ

算结果，按照官方文档定义的顺序，写入

ｔ

。

ｉｌｅｓｅｔ．ｓｏｎ

ｊ

控制相机视角。

３．１．２

　

鹰眼地图

其功能为主视图与鹰眼视图相互控制，各视图内地图

数据保持一致，方便用户快速定位；主视图中显示当前地

图范围，而鹰眼视图以“红框”框选出其范围；用户也可

操作红框位置，改变主视图中地图范围，实现效果如图

６

右下角。

图

５

　

内部场景建模效果

第

１

期叶

　

娜，等：基于

ＢＩＭ＋Ｃｅｓｉｕｍ

三维可视化校园系统的设计与实现

·

　

１４３

·

放、旋转、点击等操作，借助

Ｃ

，加载地球并

ｅｓｉｕｍ

中

ＡＰＩ

３

　

三维可视化校园系统设计与实现

本系统通过人工收集校园的三维空间数据、纹理数据

与属性数据，根据数据特征采用诸如尺寸批处理、格式转

换等预处理方法。基于此，完成校园地表建模，并将校园

场景分类为点状、面状、线状和体状元素，使用

Ｒｅｖｉｔ

参数

化建模特性完成建模工作。最后，结合真实场景给出

ＢＩＭ

信息携带量、内外观相似度等评价指标，衡量建模效果。

其整体建模效果如图

４

，部分内部场景如图

５

。

图

６

　

三维校园可视化系统展示图

３．１．３

　

飞行漫游

在校园场景中，用户可随时调整相机视角查看模型细

节，故在此制作了一种飞行漫游的方式，可通过绘制不同

的飞行路线和角度，俯瞰可视化场景。其实现步骤为初始

），漫游列表函数

ｌ

化定义界面监听函数

ＩｎｉｔＥｖｅｎｔ

（

ｏａｄＤａｔａ

图

４

　

整体校园建模效果

（）；结合相机视角函数定义高度、倾斜、旋转角度、位置、

线条、飞行坐标队列等元素定义漫游路径；定义开始、暂

停、结束等飞行状态。

３２

　

建筑信息查询模块

该模块实现了两个子功能，分别为经纬度查询与

ＢＩＭ

建筑构件信息查询。以“综合楼”为例，将子功能显示于

。左上角查询了该建筑空间的经纬度，中间方框处显示图

８

出该控件的属性，如“综合楼

－Ｆ

。

２－Ｆ５－２４０ｍｍ－

外墙”

３１

　

地图展示模块

该模块满足用户可通过多角度、多方位浏览校园全景

的需要，其中包括三维校园可视化场景的浏览和控制、鹰

眼地图与飞行漫游。

３．１．１

　

校园场景的浏览和控制

用户可通过鼠标操作地图，对地图模型进行拖拽、缩

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ

　



边形，实现效果如图

１

。

０

·

　

１４４

·

　　

计算机测量与控制

　

第

２９

卷

Ｄｒａｗ．ｓ

方法来实现绘制坐标点、线段、正方形、圆形与五

ｊ

图

７

　

飞机漫游展示效果图

图

１０

　

图形绘制效果图

３．３．３

　

卷帘地图

卷帘地图旨在地图视口中构建一个卷帘，以天地图影

可更改）与原地图场景左右两侧分布，用户通过鼠标像（

拖动滑块重新绘制

ｃａｎｖａｓ

渲染地图范围，从而改变左右图

层的显示尺寸，该功能方便用户进行二三维地图对比，如

。图

１１

图

８

　

建筑物

ＢＩＭ

信息查询效果图

３３犐犛

模块

　

空间

犌

空间

ＧＩＳ

模块由四个子功能构成，分别为地图量测、

图形绘制、卷帘地图和空间分析。

３．３．１

　

地图量测

１０

］

地图量测实现了测距与侧面，为校园规划提供辅助

［

。

其核心实现步骤为：

①

定义鼠标移动事件、单击事件和双

击事件；

②

完成鼠标事件代码编写，其中包括拾取点、转

换坐标系、定义单位和换算方法等；

③

通过两点间距离公

式计算两点间距离（公里）与微元法计算测量区域面积

（平方公里）。图

９

为测量整个校园边界长度（去掉三维模

型后）。

３．３．４

　

空间分析

图

１１

　

卷帘地图效果图

空间分析实现了通视分析与剖面分析，在本系统采用射

线法来判别两点之间是否有其他物体遮挡（如实体

Ｅ

、

ｎｔｉｔ

ｙ

基元

Ｐ

、地形

Ｔ

，所需调用的

ｒｉｍｉｔｉｖｅｅｒｒａｉｎ

、

３ＤＴｉｌｅｓ

等元素）

、

Ｃ

、

Ｃ

接口

ＡＰＩ

中支持

Ｃｅｓｉｕｍ．Ｒａｅｓｉｕｍ．Ｃｅｓｉｕｍ３ＤＴｉｌｅｓｅｔｅ

ｙ

、

Ｃｅｓｉｕｍ．Ｃａｒｔｅｓｉａｎ３

方法。

ｓｉｕｍ．Ｓｃｅｎｅ

图

１２

　

通视分析效果图

裁剪分析是指在三维场景内，可模拟动态的裁剪模型

效果，浏览模型在某一剖面下的内部细节。本系统仅实现

了基于

３ＤＴｉｌｅｓ

模型的裁剪效果，所使用的关键接口为

Ｃｌｉ

ｐ

、

Ｃ

、

Ｐ

、

Ｃ

、

ｉｎＰｌａｎｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎｌｉｉｎＰｌａｎｅｌａｎｅｅｓｉｕｍ３ＤＴｉｌｅｓｅｔ

ｐｇｐｐｇ

。

ＣａｌｌｂａｃｋＰｒｏｅｒｔ

ｐｙ

图

９

　

地图量测实现

３．３．５

　

导航

本系统引入百度地图

ａ

，获取浏览器位置来确定当前

ｉ

ｐ

实时定位的方法制作二维导航，其效果如图

１４

。

图

１５

为将路线显示于地图中，本示例为查找

６

号宿舍

３．３．２

　

图形绘制

图形绘制为地图的量算与分析提供素材，本系统定义

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ

　



发送数据，电脑端用串口调试软件接收数据；使用

Ｓｏｃｋｅｔ

通信将数据发送至后台接口，使用

ＩＤ

与自习室关联，通过

ｉｎｓｅｒｔ

方法插入到数据库中，将上一时刻的数据覆盖，只保

留最新数据。用户点击查询时，后台返回最新数据显示于

前端界面。自习室环境数据查询结果，搜索图书馆查询当

。前人数、温湿度和噪音，如图

１７

图

１３

　

裁剪分析效果图

第

１

期叶

　

娜，等：基于

ＢＩＭ＋Ｃｅｓｉｕｍ

三维可视化校园系统的设计与实现

·

　

１４５

·

图

１７

　

自习室查询结果图

图

１４

　

导航功能效果图

４

　

结束语

本文的工作及创新点为结合

ＢＩＭ＋ＷｅｂＧＩＳ

技术构建以

本校为原型的三维校园可视化系统，通过将局部的建筑模

型信息与宏观的空间地理信息相结合，尽量满足管理者对

建筑物室内外信息一体化的需求。在

ＢＩＭ

至

ＷｅｂＧＩＳ

平台

转换过程中，研究了

Ｒｅｖｉｔ

二次开发将模型的几何与属性分

离，以及

ＯｂＤＴｉｌｅｓ

格式的转换方法，保证其几何与属

ｊ

至

３

性数据的正确保留；最后结合三维可视化、空间分析、信

息查询三个方面设计并实现浏览器端三维校园可视化系统，

为校内外师生的生活学习提供帮助。

楼到体育馆的路线。

图

１５

　

三维导航功能效果图

参考文献：

［］黄伟航，王星捷

．

三维智慧校园系统的研究与实现［］

１Ｊ．

计算

）：

１

机技术与发展，

２０２０

，

３０

（

３６７１７１．

［］张会霞，马神兵，张亦弛

．

基于三维

Ｇ２ＩＳ

的虚拟校园环境研究

［］）：

Ｊ．

测绘通报，

２０１７

（

６１１８１２１．

［］刘卫军，张献伟

．

一种建立三维数字校园模型的方法探讨

３

［］）：

６Ｊ．

测绘地理信息，

２０２０

，

４５

（

２９７１．

［］谢爱萍

．

基于

Ａ４ｒｃＧＩＳ

的三维数字校园数据库系统建设与应用

的研究［］）：

３Ｊ．

测绘与空间地理信息，

２０１９

，

４２

（

１０９４１．

［］蔡周平

．

基于

Ｃ

］

５ｅｓｉｕｍ

的三维智慧社区开发［

Ｊ．

北京测绘，

）：

１２０２０

，

３４

（

２９０１９３．

［］马洪成，张玉驹，刘为民

．

基于开源

Ｃ６ｅｓｉｕｍ

框架的智慧街道

三维可视化平台的研究与应用［］

Ｊ．

测绘与空间地理信息，

）：

１２０１９

，

４２

（

８２１１２３．

［］吕

　

婧，金浩然，谭

　

军，等

．７ｌＴＦ

在

ＢＩＭ

模型轻量化中的应

ｇ

］）：用［

Ｊ．

科技创新与应用，

２０２０

（

６１７４１７６．

［］王占军，王

　

鹏，吕

　

婧，等

．

浅析基于

３８ＤＴｉｌｅｓ

的

ＢＩＭ

模型

网络共享方案［］）：

９Ｊ．

科学技术创新，

２０２０

（

８１９３．

［］张

　

茹，胡世昌

．

三角网格模型简化算法的研究现状［］

９Ｊ．

数

字技术与应用，

２

）：

１０１８

，

３６

（

１２８１２９．

［］李菁文，左凌霄，吴迪晟，等

．

校园控制测量与智慧校园建

１０

设［］）：

７Ｊ．

测绘与空间地理信息，

２０１９

，

４２

（

６３７５．

３４

　

地物对应查询模块

用户可在地物对应查询模块中，查询学校设施和教学

楼的基本信息，其中包括校园

ＰＯＩ

查询、行政部门查询、

教学设备查询与自习室查询。

３．４．１ＯＩ

查询

　

校园

Ｐ

通过前端的

Ａａｘ

和

ＪａｖａＳｃｒｉｔ

技术，将每个查询点的

ｊｐ

经纬度传入三维地球中与之定位。其实现的效果见图

１６

。

图

１６

　

超市

ＰＯＩ

查询效果图

３．４．２

　

自习室环境数据监测

自习室环境数据查询的主要流程为：单片机通过串口

投稿网址：

ｗｗｗ．ｓｃｌｋｚ．ｃｏｍ

ｊｊｙ