三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统.pdf

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1、第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 .三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统陈 旭 邹 滨 谢 静.中南大学 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室 湖南 长沙)(.中南大学 地球科学与信息物理学院 湖南 长沙 摘要:针对目前校园安保监控措施脆弱的实际问题 以及积极推动我国智慧城市建设的实际需求以中南大学新校区为实验区 基于 软件的快速建模方法与 三维模型渲染技术 使用 语言开发了基于三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统 该系统不仅可以进行校园的三维场景动画漫游还提供了基于学生实时手机定位的监控功能 关键词:数字校园校园安保中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言也是校

2、园快速协调健康发展的必然要求 所谓和谐校园应是充满活力、朝气蓬勃、无忧无虑、无隐无患的校园 然而虽然摄像头监控设备已遍及各大校园 但是在摄像头的覆盖范围之外或多或少存在着一些安全隐患随着智慧城市建设上升为我国的国家战略同时随着地理信息系统技术、大数据技术和互联网 技术的发展智慧城市建设已经进入了一个崭新的阶段仅具有单一的动画漫游功能的三维虚拟校园系统已不能满足公众的需求 公众迫切希望丰富智慧城市建设成果的应用 软件对校园内的建筑物、道路、草地、湖泊等地物进行快速建模并结合建模场景设计并开发了基于三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统系统使用 和 技术对建模结果进行三维场景服务的发布与加载 同时融合

3、百度地图 为学生提供轨迹采集 并在学生校园活动监控系统中以人物模型形因此本文以中南大学新校区为实验区使用 构建和谐校园是我国和谐社会进程中的重要一环建模技术得到了极大发展 众多学者使用、与 等软件建立了三维校园模型三维虚拟并借助 等技术开发了场景浏览系统 但是这些系统仅收稿日期:可作为校园的宣传手段 不能为校园安保工作添砖加瓦 基金项目:国家重点研发计划课题()湖南省教育厅科学研究开放平台项目()资助作者简介:陈 旭()男重庆人测绘工程专业硕士研究生 主要研究方向为地理信息服务 通讯作者:邹 滨()男湖南常德人教授博士 年毕业于中南大学地图制图学与地理信息工程专业主要从事大气污染时空精细与制图

4、、环境暴露风险评估与服务方面的研究工作 第 期陈 旭等:三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统式对学生的移动轨迹进行实时监控与模拟再现 系统功能设计整个系统包含两个子系统 即学生使用的轨迹采集系统子系统和校园管理员使用的学生校园活动监控子轨迹采集 子系统主要包括登录注册功能、实时定位功能、学生定位数据上传功能 登录注册功能主要是为了识别用户身份 以便对不同的学生进行区分 实时定位功能是指通过手机以 为间隔周期性地请求百度定位服务器以获得学生的实时定位经纬度 学生定位数据上传功能是指把定位获得的经纬度数据和登录获取的学生身份信息数据一起上传到系统的后台并保存在数据库中学生校园活动监控子系统主要包括三

5、维场景加载功能、学生轨迹数据获取以及人物模型渲染显示功能 三维场景加载功能是指通过型到浏览器的三维 发布的三维场景服务 控件中 学生轨迹数据获取是指加载校园三维场景模 使用以 为周期周期性地请求学生的实时位置数据 人物模型渲染功能是指通过用户的最新经纬度数据 通过 渲染出人物模型 并在场景中的指定经纬度处加载显示 子系统间数据流向如图 所示图 系统功能数据流图.技术选型与系统架构在用户端方面市场上移动手机设备的操作系统主要为安卓和苹果 综合考虑轨迹采集 子系统的设备兼容性系统采用浏览器/服务器(/)架构模式进行开发 在此架构下 轨迹采集 子系统的运行环境只依赖于浏览器 只要安装有浏览器的手机都

6、可使用 再引入、技术以达到自适应不同手机屏幕大小的目的 同时综合考虑 所建立的三维场景模型与前端显示的兼容性学生校园活动监控子系统也使用/架构进行开发 并使用 公司的 进行三维相关功能的开发 在系统后台方面 使用关系型数据库 来保存学生的经纬度数据同时台数据业务的快速开发开发框架结合 采用 语言编写的 数据业务主要是处理上传的学软件作为 服务器进行后生身份信息数据与学生定位数据 同时后台采用 三层架构模式 包含数据访问层、业务逻辑层以及用户视图层以此来实现系统后台的最大解耦 扩展系统的可维护性 采用 作为 服务器结合 景服务以供浏览器端显示 把 系统架构如图制作的场景发布成三维场 所示图 系统

7、架构设计.系统关键功能实现.快速建模随着智慧城市建设进程的不断推进对成熟且高效的三维虚拟建模技术的依赖也日益迫切 目前常用的三维虚拟但是使用三者都具备细致的纹理描绘与三维建模功能建模软件主要有、与 与 软件建模的工作量较大只适合某座建筑物的精确描绘 不适合在大地理范围内对建筑物群进行快速建模 而 是基于 规则进行建模这种建模语言使得某些具有相同特征的建筑物可以共用相同的规则 具备很好的重用性 提高了建模速度.建模数据准备及预处理分几何建模主要是构建地物的大小形状 快速建模分为几何建模和纹理建模两部需准备地形数据、地图影像数据并对其进行预处理 首先通过 对地形图、影像图进行投影转换 将其导入 中

8、生成研究区三维地形图层 同时收集建筑物、道路、绿地、湖泊等的 数据添加建筑物高度、道路宽度、车道宽度等属性信息 方便建模时调用以节省时间 将其导入 中实现与三维地形图层的贴合 纹理建模是对地物的外观表征进行纹理贴图需准备纹理贴图数据主要通过数码相机拍摄获取 利用 等图片编辑软件进行处理矫正.规则建模保证贴图的横平竖直、清晰可见为不同地物的 数据赋予不同的规则文件 以生成对应模型包括建筑物规则建模、道路规则建模、绿地建模、湖泊建模等 建筑物规则建模是利用楼高属性进 测绘与空间地理信息 年行拉伸拆分屋顶和立面 然后在各面上切割门窗等最后通过规则中纹理函数调用纹理图片对建筑物各部分进行纹理贴片 提供

9、了道路的基础建模规则 结合道路的实际情况 对其进行改造扩展实现道路规则建模建模后导入对于比较复杂的模型如球场、路灯、树木等由.学生实时定位的实现学生实时定位是实现三维场景中学生校园活动监控的直接数据源 系统加入了注册登录功能 方便在后台区分数据的归属者 综合考虑到安卓设备与苹果设备的差异性和以及/架构的特点 本系统选用百度地图定位 作为学生实时定位的技术方案 百度地图开发者平台为开发者提供了基于请求 响应模式的定位服务接口 移动手机设备使用 接口即可发送定位请求给百度定位服务器 服务器解析请求后 以回调函数的形式返回定位结果/构造定位请求类 关键代码如下:.().()/定位经度结果 ./定位纬

10、度结果器保存/将学生.定位经纬度通过 发送给后台服务()/构造定位结果点在地图上显示.().(.).(.):.)基于三维虚拟仿真的学生校园活动监控.实现基于三维虚拟仿真的学生校园活动监控是本系统的三维场景服务发布与加载核心功能其实现的关键在于三维场景服务的发布与加载、实时人物模型的构建与展示 为了实现三维场景服务的发布首先要搭建 服务器并结合里包含了构建三维场景服务需要的所有信息软件导出建好的三维场景的软件实现 数据服务的托管 文件 接着通过该文件成功后软件中使用该文件即可发布三维场景服务在 会提供一个外界用来引用服务的接 发布口系统通过使用 题接口来使用服务的该框架与 都是来解决三维场景服务

11、的加载问前端框架的 公司的产品 数据是可以进行无缝衔接的 通过 加载三维场景服务的关键代码如下/根据场景服务的:(构造场景图层/:)/:/.:/构造三维 底图数据并加入场景图层:():/用以显示地图的 (:/三维场景的初始视角位置:.:.:.)三维场景加载成功后学生校园活动监控的实现为了仿真学生在三维场景中移动的效果客户端会以 的时间间隔 不停地向 服务器请求获取学生的最新位置信息在得到服务器返回的数据以后使用 构造人物模型并在三维场景中仿真出人物的移动轨迹 关键代码如下.()/设置一秒为周期的循环函数:()/仿真用户最新的位置函数调用)/仿真学生最新的位置/异步请求后台服务器().(/返回数

12、据:/.:/:().()/删除已有的人物模型/根据用户的最新经纬度构建点对象 (:):/构建人物模型:第 期陈 旭等:三维虚拟仿真的学生校园活动监控系统 结束语:/.:/将构建好的最新人物模型显示在三维场景中 (:).()随着物联网技术、大数据技术的发展 本系统未来可进一步集成手机摄像头 实时返回目标学生的手机拍摄画面 为学生的安全保驾护航 为构建和谐校园与和谐社会添砖加瓦参考文献:张建鹏.构建高校和谐校园的思考.河北农业大学学报:农林教育版 ():.郭曦榕 吴险峰.智慧城市建设模式研究.测绘科学技术学报 ():.赵雨琪 牟乃夏 张灵先.利用 进行三维校园参数化精细建模.测绘通报():.张会霞

13、 马神兵 张亦弛.基于三维 的虚拟校园环境研究.测绘通报():.黄长军 胡丽敏 周青山等.利用 的三维虚拟校园信息系统的设计与实现.测绘科学 ():.许捍卫 房晓亮 任家勇等.基于 的城市三维建模技术.测绘科学 ():.王庆栋 艾海滨 张力.利用倾斜摄影和 技术快速实现城市建模 .测绘科学 ():.刘媛 邓运员 刘立生等.支持下的传统民居复杂屋顶建模及优化 以衡阳市中田村为例.测绘通报():.基于/架构集成、百度地图 等技术本研究开发了一种集学生轨迹数据采集、三维场景动画漫游以及移动轨迹仿真功能于一体的学生校园活动监控系统 相比国内外其他的三维虚拟化系统该系统在实现三维场景动画漫游的同时 实现了基于学生实时定位的轨迹采集 与移动轨迹仿真 系统积极响应智慧城市建设战略 在推动智慧城市实际应用化的同时也为校园安保监控提供了一种全新的技术手段(上接第 页)编辑:张 曦 .():.():.():.():.():.():.():.():.():.():.邱金桓林耀荣.关于中国大气气溶胶光学厚度的一个参数化模式.气象学报():.赵春霞郑有飞吴荣军等.我国东南沿海地区城市太阳辐射变化差异及其影响因素分析.热带气象学报():.编辑:刘莉鑫