数字化校园论文Word格式.docx
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提供了更好的描述空间地理实体的技术,更好的将地理数据用图形形象逼真的表现出来。
图像处理很多方法,本文主要以photoshop为主进行介绍;
纹理粘贴是利用IMAGIS软件实现的。
最终形成三维数字化校园。
第2章数字化校园
2.1数字化校园概念[3]
“数字化校园”是以数字化信息和网络为基础,在计算机和网络技术上建立起来的对教学、科研、管理、技术服务、生活服务等校园信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用,使数字资源得到充分优化利用一种虚拟教育环境。
通过实现从环境(包括设备,教室等)、资源(如图书、讲义、课件等)到应用(包括教、学、管理、服务、办公等)的全部数字化,在传统校园基础上构建一个数字空间,以拓展现实校园的时间和空间维度,提升传统校园的运行效率,扩展传统校园的业务功能,最终实现教育过程的全面信息化,从而达到提高管理水平和效率的目的。
2.2数字化校园意义
数字化校园建设是学校一项基础性、长期性和经常性的工作,是学校建设和人才培养的重要组成部分,其建设水平是学校整体办学水平、学校形象和地位的重要标志。
当前信息技术飞速发展,对高等教育产生了巨大冲击,从教育环境、教育模式到教育理念、教育目标,都在这场冲击中发生着变革。
根据自身发展的需要,顺应信息技术的发展潮流,采用先进的信息技术来构建数字化校园,加快信息化建设的步伐是高校占领信息制高点的一个有力的举措,也为各个高校信息化建设提供了机遇和条件。
数字化校园建设是实现跨越式发展的研究型基础性工程,特别是数字化学习环境建设实现了学校教育跨越地域和时空,为实现大联合提供了无限发展空间;
数字化校园工程又是建设开放性一流大学的标志性工程,是学校改革与发展战略不可缺少的组成部分;
数字化校园建设不仅仅是实现教
学、科研、管理及服务手段的现代化,更重要的是人才培养的观念和教育理念的异常深刻变革。
以高性能校园网为基础,实现电子教务管理、电子校务管理、科研管理、教学资源管理、后勤与服务管理的全面整合,达到信息化增值服务的目的,是信息经济条件下高等院校发展的大势所趋,也是我国高校向世界一流大学迈进的必由之路。
2.3数字化校园构成
网络基础,是数字流动的基础设施。
没有相应的网络基础设施,数字就不能流动,就不可能形成数字空间。
网络基本服务,是数字流动的软件基础,包括电子邮件、文件传输、信息发布、域名服务、身份认证、目录服务等。
应用支撑系统,处理业务逻辑,是数字化校园的核心支持系统,包括办公自动化系统、数字化图书馆、管理信息系统和网络教学系统等。
信息服务系统,处理用户逻辑,是校内用户的主要使用界面,为校内用户提供各种服务,如后勤服务、信息查询、决策支持、电子商务等。
是虚拟大学,是数字化校园的总入口,为用户提供与其身份相对应的信息与服务。
2.4数字化校园特征
数字化校园与传统校园相比,表现出如下特征:
①开放性与共享性。
建立在现代信息技术基础上的数字化校园,通过Internet,可以使全世界的教育资源连成一个信息海洋,大学与大学之间更加开放,各校信息资源实现共享;
远程教育和网络大学的出现使得每个社会成员都有机会接受高等教育。
这在很大程度上突破了传统校园的时空限制,表现出极大的开放性和共享性。
②高效性与迅捷性。
多媒体、网络技术、远程通信等信息技术应用于校园教育,使得教育资源传播的速度和效率大大加快;
师生可同时获取网络上的任何信息,快捷而有效地进行工作、学习、合作、交流等,极大地提高了资源的利用率。
③交互性与协作性。
通过网络教学不仅能实现人机交互,而且通过网络能实现教师与学生、学生与学生之间的教与学的交互;
协作性是指利用网络,教师、学生采取合作、竞争、讨论、交流等多种协同学习形式完成一定的学习任务,实现比传统校园范围更广、质量更高的协作学习过程。
④有形性和无形性。
传统校园受地域、空间限制,由校区、教室、图书馆、宿舍区等有形物质所构成,而数字化校园则是以有形的校园为根基,以网络为手段而衍生出来的无形校园为主体的虚拟社区。
师生员工在虚拟社区与校园社区的学习、工作、生活把各类虚拟社区与校园社区紧密联系起来,形成校园“无形性”和“有形性”之间相互作用的统一体。
第3章三维GIS
3.1三维GIS的数据获取技术[1][2]
三维GIS技术最重要的进展之一就是三维数据获取技术的进步,特别是航空与近景摄影测量、机载与地面激光扫描、地面移动测量与GPS等传感器的精度与速度都有了明显的提高。
大量的研究致力于地物(尤其是人工地物)的三维自动重建,而依据分辨率、精度、时间和成本等的不同已经有许多不同的技术方法可供选择。
将三维建筑物模型的重建方法分为以下三类:
1.基于地图的方法,利用已有GIS地图和CAD提供的二维平面数据以及其他高度辅助数据经济快速建立盒状模型;
2.基于图象的方法,利用近景、航空与遥感图象建立包括顶部细节在内的逼真表面模型,该方法相对比较费时和昂贵,自动化程度还不高;
3.基于点群的方法,利用激光扫描和地面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。
三维重建的数据源还可以分为远距离获取的数据(卫星影像、航空影像、空载激光扫描等)、近距离获取的数据(近景摄影、近距激光扫描、人工测量)和GIS/CAD导出数据三种。
不同的数据源对应着不同的三维模型细节和应用范畴。
比如,基于遥感影像和机载激光扫描的方法适用于大范围三维模型数据获取、车载数字摄影测量方法适用于走廊地带建模、地面摄影测量方法和近距离激光扫描方法则适用于复杂地物精细建模等等。
其中,基于影像和机载激光扫描系统的三维模型获取方法能够适用于在大范围地区快速获取地面与建筑物的几何模型和纹理细节,虽然现有技术在很大程度上还依赖人工辅助,但这无疑是最有潜力的三维模型数据自动获取技术之一。
基于已有二维GIS数据的简单建模方法具有成本低、自动化程度高的优点,在某些需要快速建立三维模型的领域也有着广泛的应用,这也是现有大多数二维GIS提供三维能力的最主要方式。
基于CAD的人机交互式建模方法将继续被用于一些复杂人工目标的全三维逼真重建。
另外,基于图象的建模和绘制作为一种新的视觉建模方法,在不需要复杂几何模型的前提下也能够获得具有高度真实感的场景表达,能够较好的解决三维建模过程中模型复杂度与绘制的真实感和实时性三者之间的矛盾,大大简化了复杂的数据处理工作。
因此也被越来越多地用于各种虚拟环境的建立,特别是基于图形和图象的两种建模技术被综合用于高度真实感的三维景观模型的创建。
上述技术主要应用于重建目标的三维表面模型,而有关地球科学领域的真三维重建技术在吴立新教授的“真三维地学模拟的若干问题”一文中有详细介绍。
随着三维GIS的深入发展和广泛应用,人们越来越关注三维模型数据的准确性、逼真性和有用性。
在追求三维模型逼真和准确的同时,也带来了数据生产的高投入。
与二维空间数据相比,三维空间数据不是简单的一一对应或者扩展,三维空间数据库的建设至今仍然是一项复杂而昂贵的综合性工程。
大型三维GIS系统建设的生产效率、质量控制、数据安全和有效存储与管理等问题日益突出,并直接关系到系统建设与应用的成败。
决定空间数据具体生产方案的三个要素分别是精度、成本和效率,最终系统的有用性和提供的空间分析能力又取决于模型的逼真程度以及所选择的数据源和建模方法。
因此,三维GIS缺乏有关数据内容、细节程度、定位精度和生产工艺等的技术标准已经成为制约其推广应用的关键问题之一。
3.2三维GIS的数据分析技术
随着对地观测和计算机技术的发展,空间信息及其处理能力已得到极大的丰富和加强,人们渴望利用这些空间信息来认识和把握地球和社会的空间运动规律,进行虚拟、科学预测和调控。
三维GIS在提供三维视觉认知的同时,还提供更深刻的解析的空间分析功能,而缺乏新的三维空间分析方法与功能正是制约三维GIS更广泛深入的专业化应用的主要瓶颈之一。
根据空间分析所处理的对象进行划分,空间分析方法主要有基于图形的方法与基于数据的方法两类。
基于图形的空间分析方法如常规的缓冲区分析、叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析与空间联结等能直接从2D扩展至2.5D乃至3D。
由于三维数据本身可以降维到二维,因此三维GIS自然能包容二维GIS的空间分析功能。
三维GIS最有特色的也许是其基于三维数据的复杂分析能力,如计算空间距离、表面积、体积、通视性与可视域等。
结合物理化学模型提供一些更具增值价值的真三维空间分析功能,如水文分析、可视性分析、日照分析与视觉景观分析等已成为三维GIS分析研究的重要内容之一,并正积极朝结合属性数据和其他专题数据开发知识发现的新方
法、“面向解决与空间有关的问题”提供定量与定性结合的空间决策支持方向发展。
3.3IMAGIS2.3软件
本设计的三维建模以及最后的纹理粘贴是基于IMAGIS2.3软件的。
IMAGIS2.3三维可视化地理信息系统是适普软件有限公司自主开发的三维可视化地理信息系统实用套件。
IMAGIS高度集成了计算机视角技术、数字摄量技术、图形图像处理技术和应用数据库技术,是目前国内外影测唯一可以为用户提供包括:
三维空间真实场景重建与虚拟建模实用工具、基于三维真实场景的可视化GIS平台和海量影像数据显示管理系统的三维可视化地理信息系统整体解决方案。
其突出特点包括:
具有真实表面纹理的三维空间场景的快速重建与虚拟建模的完美无缝结合、基于真实三维场景的各种空间分析和属性管理功能、与数据量无关的海量影像数据显示管理功能等。
它所具有的ODBC数据库接口和开放式的数据库结构能使其真正实现海量数据管理、分析、显示和漫游等功能,并实现了与国际著名二维GIS软件ArcInfo、MapInfo功能的无缝链接。
IMAGIS是一个功能强大、适用范围广泛、面向企业级的3D地理信息系统实用平台,既可用于二次应用GIS系统的开发,又是最终用户的实用GIS产品。
它由IMAGISClassic,IMAGISMagiXity和IMAGIS3DBrowser三个独立的软件平台构成。
2.3版本对IMAGIS的分析、量测功能有了很大提高和更新,进一步增强了与Oracle数据库的接口功能,采并用新的纹理压缩技术极大地提升了海量数据的管理漫游能力。
新增功能
IMAGISMagiXity
1.增强建筑物的三维量测功能。
2.建筑物三维模型编辑。
IMAGISClassic
1.可导入海拉瓦SOCETSET?
Version4.3.1版本的MPASCII数据文件。
2.可将经过编辑后的DEM直接导出为DEM文件,方便利用编辑后的DEM数据文件。
3.添加纹理对象功能添加了Undo,Redo过程。
4.成批种植纹理对象功能添加了Undo,Redo过程。
5.可给无源水淹面指定任意洪水图片,并修改其透明度使无源水淹更加真实。
6.添加注释时可以选择是否不随着场景旋转(Billboard功能)。
7.线编辑中增加了Offset功能,可方便地制作偏移线。
8.隧道建模功能,可方便地创建出隧道。
9.增加了对Oracle数据库的支持。
IMAGIS3DBrowser
1.采用纹理压缩技术,极大地降低了场景数据文件的数据量。
2.采用新的鼠标点选技术,极大地提高了点选的精确度。
3.采用全新的细节层次(LOD)计算方法,提高了各个LOD等级间切换的平滑度。
4.新增有源及无源水淹分析功能。
5.新增碰撞检测以及重力模拟功能。
增强功能
IMAGIS系统
1.属性数据库支持属性分层,引入层次概念。
2.图元对象的属性赋予了层次概念,相应于属性数据库的升级,图元对象的属性也同时被赋予层次概念,。
3.提升了开窗口放大的响应(执行)速度。
4.完善了透明度控制功能,使纹理具有更好的透明效果。
5.提供恢复到默认复位角度的功能。
对于CAD图形,IMAGIS2.3只能导入以CADR14制作的图形。
第4章纹理信息的采集
数码相机也叫数字式相机,英文全称DigitalCamera,简称DC。
数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。
它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件,具有数字化存取模式,电脑交互处理和实时拍摄等特点。
数码相机与传统相机不论是外型或功能上都相同,主要都是在将动态或静态图像作瞬间捕捉并保存下来。
数码相机与传统相机最显而易见的不同点就在储存媒介上,数码相机是利用可记录图像的磁盘片或记忆卡来存取图像,拍摄完毕之后则可以使用rs-232、epp、usb等标准计算机联机方式传输到计算机做处理,也可以由具有特殊功能的打印机直接打印出来,其最大的优点在于当拍摄效果不满意时,可以及时删除并且重拍,同时在储存媒介上也不需要像传统相机一般时常购买底片,可以节省底片的费用,并且同时节省冲印费。
而在处理的效率方面,数码相机也比传统相机占了非常大的优势,过去一个活动下来所拍摄的数百张照片,假使透过传统相机的话,必须等待冲洗、邮寄的时间,而现在却只要透过数码相机将图像传至计算机中,再利用电子邮件邮寄就可以实时传给所参加的人员,因此数码相机在这个事事讲究效率的时代,可以说是一项非常方便的图像设备之一
4.1纹理信息的采集工具
纹理信息的采集对象主要是本校的建筑物,根据实际条件,我们以数码相机为采集工具,所用相机型号为“宾得S6”型,主要性能及参数如下:
上市时间:
2005
总像素:
640万像素
有效像素:
600万像素
光学变焦倍数:
3倍光学变焦
数码变焦倍数:
4倍数码变焦
操作模式:
带部分手动功能
LCD液晶屏:
2.5英寸,约23.2万像素
拍摄技术参数:
传感器类型:
CCD传感器
传感器尺寸:
1/2.5英寸
最大分辨率:
2816×
2112
光圈范围:
F2.7-F5.2
白平衡模式:
自动,自动,钨丝灯,荧光灯,自定义
快门:
4-1/2000秒
机身闪光灯:
内置闪光灯,模式:
自动,强制,关闭,柔闪光,防红眼
外接闪光灯:
无外接闪光灯
ISO感光度:
64,100,200,400,自动
曝光模式:
程序曝光
曝光补偿:
-2.0EV-+2.0EV,1/3EV级调节
测光方式:
多区测光,中央重点测光,点测光
场景模式:
全自动,夜晚模式,全景拍摄,风景,花朵,肖像,运动,海浪或雪景,食物,宠物,文本,烛光,画面合成
短片拍摄功能:
支持不间断有声短片拍摄功能,AVI(MPEG-4)格式,短片防抖功能,640×
480(30fps),320×
240(30fps)
其它参数:
存储介质:
MMC卡,SD卡,内置23M内存
数据接口:
AV接口,USB接口,DC-IN接口
电池:
可充电锂离子电池D-LI8
重量:
100g
尺寸:
86×
54×
19mm
其它性能:
支持PictBridge直接打印功能
4.2纹理信息采集
纹理信息采集,就是对生成的三维框架中相对应的建筑物实体进行拍照。
纹理信息的采集要求拍摄正射影像,由于学校的建筑物群比较拥挤所以很难拍到完整正射影像图,我们采取分割拍摄的方法对同一建筑表面进行多次、小面积拍摄,然后记下相邻两部分之间的标记,如:
条幅,或者同一扇开启的窗户,排水管等。
在纹理信息时还应避免建筑物前的遮挡物以便处理信息时更为方便。
主要应注意:
(1)建筑纹理的采集应本着以拍摄正射影像图为重点的原则,同时注意尽量
避免建筑前的树木等遮挡物,在光线充足且没有阳光直射的合适地点拍摄。
(2)建筑群比较拥挤的地方,拍摄正射影像会有很大的困难。
所以应在有最小角度并能把建筑物全部拍摄下来的地方进行拍摄,此方法虽然不能保证纹理的变形最小,但是毕竟也反映了建筑的全貌,给以后的软件处理带来方便。
(3)像本校教学楼这样的对称建筑物,可以只拍摄一半或一部分,另一半可以由软件处理而得到,这样可以有效减少工作量。
(4)在纹理采集时,有些纹理在IMAGIS中能自动生成,如道路、草坪、树木等,像这样的纹理是不必采集的。
这样能节省时间和人力。
第5章图像的处理
5.1图像的基本知识
5.1.1位图图像和矢量图形
图像和图形虽只有一字之差,却有天壤之别.
①首先,我们先讲位图图像,PhotoshopCS和其它绘画及图像编辑软件都可以产生位图图像,也叫栅格图像.位图图像是用网格,即用象素来代表图像,每个象素都被分配一个特定位置和颜色值,简单说位图图像是由组成图像的最小单位象素组成的.
那么象素是什么呢?
它是图像的最小单位。
我们把一幅图像放大1600倍,大家看会出现什么效果?
我们的屏幕上出现了类似马赛克似的方块,这些小方块就是象素.
②矢量图形:
矢量图形是由矢量所定义的直线和曲线组成的。
矢量图形是由组成图像的曲线或直线(路径)组成。
这些路径放在特定的位置并填充特定的颜色,所以矢量图形不会因为移动,缩放或更改颜色改变图形的品质。
5.1.2分辨率
分辨率是用来衡量图像细节效果的一个概念。
图像分辨率即图像中每单位的打长度显示的象素数目,通常用象素/英寸(ppi)表示。
相同打印尺寸的图像高分辨率比低分辨率的象素数多,因而象素点较小。
例如:
72ppi分辨率1×
1平方英寸总共包含5184个象素.即(72×
72=5184个)同样大小分辨率为300ppi的图像共包含9000个象素.如屏幕所示.大家可以明显看出,72ppi分辨率的图像品质明显不如300ppi的图像。
那么怎么样确定使用分辨率,这取决于图像最终发布的媒介。
如果制作的图像用于网络上显示,图像分辨率只需满足典型的显示器分辨率.(72ppi或96ppi)如果用于印刷,图像的分辨率应该在300ppi,用太低的分辨率会导致图像的品质降低,而使用太高的分辨率则会增加文件的体积,影响打印速度。
图像处理在吉林建筑工程学院校园地理信息系统中的应用中起到重要的作用。
当三维模型建立完成后,将进行对应纹理的采集和图像的处理,编辑过的纹理粘贴,使生成的校园三维景观更加逼真和生动。
5.2图像处理的概念
图像处理包括遥感图像的处理和非遥感图像(简单的BMP、JPEG图像)的处理。
遥感技术的目的是为了获得地物的几何属性和物理属性。
原始的遥感图像并不能地提供实现这个目的,为了实现这个目的,原始遥感影像需要经过图像处理,来消除成像过程中的误差,改善图像质量。
而对于非遥感图像的处理定义的外涵就比较广泛了。
遥感图像处理和分析可定义为应用一系列方法获取、校正、增强、变换或压缩可视图像的技术。
其目的是提高信息的相对质量,以便提取信息。
图像处理中的变换属于图像输入-图像输出模式,而在图像分析中的操作属于图像输入-数字信息输出模式。
已有许多图像生成技术问世,但除图像恢复技术以外,图像处理技术在很大程度上与图像形成的过程无关。
一旦图像已被采集并且已对获取过程中产生的失真进行了校正,那么所有可用图像处理技术本质上是通用的。
因此,图像处理是一种超越具体应用的过程:
任何为解决某一特殊问题而开发的图像处理新技术或新方法,几乎肯定能找到其他完全不同的应用领域。
遥感图像处理主要包括图像恢复、图像增强、图像分割、图像测量、图像配准等方法。
所使用的软件主要为:
ERDAS、ENVI等。
非遥感图像的处理为本设计所采用的主要方法,主要包括:
图像的拼接、遮挡物的消除、变形的处理等。
5.3AdobePhtoshopCS29.0软件
Adobe公司推出的专门用于图形、图像处理的软件Photoshop以其强大的功能、集成度高、适用面广和操作简便而著称于世。
它不仅提供强大的绘图工具,可以直接绘制艺术图形,还能直接从扫描仪、数码相机等设备采集图像,并对它们自发进行修改、修复,台调整图像的色彩、亮度,改变图像的大小,而且还可以对多幅图像进行民并增加特殊效果,使现实生活中很难遇见的景像十分逼真地展现;
同时可以改变图像的颜色模式,并能在图像中制作艺术文字等。
在图片的处理上,它具有丰富的工具可以使用,可以任意的选择、复制、粘贴、剪切、缩
放等功能,可以做出很有创造力的艺术图片。
AdobePhotoshopCS2可称作为Photoshop9,因为从Photoshop8开始,Adobe就已经把Photoshop整合到AdobeCreativeSuite内,并称其为PhotoshopCS。
PhotoshopCS2是对数字图形编辑和创作专业工业标准的一次重要更新。
它将作为独立软件程序或AdobeCreativeSuite2的一个关键构件来发布。
PhotoshopCS2引入强大和精确的新标准,提供数字化的图形创作和控制体验。
PhotoshopCS2主要更新:
*SpotHealingBrush,处理常用图片问题,如污点,红眼,模糊和变形。
*SmartObjects允许用户在图形不失真的情况下测量和变换图片和矢量图。
*创建嵌入式链接复制图,以便一次编辑,更新多张图片。
*支持非破坏性编辑,创建和编辑32位HDR图片,3D渲染,高级合成。
*FireWirePreviews是一个直接输出功能,支持在电视监控器前浏览。
*测试创作极限的新工具,如VanishingPoint和ImageWarping。
VanishingPoint可剪除冗余图形,修改图片,如可视化下复制,填色和转换图片。
*重新设计的工作流程,如产品包装发展,ImageWarping。
*流行的文件浏览器更新成AdobeBridge,内含一个创作中心,提供多视图浏览方式,流畅的图片综合操作。
在AdobeBridge内,还可访问AdobeStockPhotos。
*CameraRaw3.0工作流程,支持多种初始文件修改,并处理成JPEG,TIFF,DNG或PSD格式。
*简化Photoshop界面,基于任务的菜单边框,方便用户查找功能。
*Mu
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