三维数字社区（通用8篇）
西湖街道“民情通”智能管理呼叫服务中心服务网络示意图
西湖街道“三维数字社区”管理平台
边研发，边使用，边完善，兰州西湖街道历时3年研发设计出“三维数字社区”管理系统，精细整合了城市基层管理的100多项职责，极大地节约了人力，提高了效率，提升了服务，使街道社区工作模式发生了根本性转变。专家鉴定，这个系统在国内外尚属首创并具有极高推广价值，该项目于今年4月经国家版权局批准取得了软件著作权。
最为可贵和与众不同的是，西湖街道将其创建的“民情流水线”惠民服务品牌有机植入了“三维数字社区”，使得“小政府，大服务”成为现实。下一步，“三维数字社区”的应用推广，将会给城市社会管理带来一场什么样的深刻变革？让我们拭目以待。
本网记者 周文馨 赵志锋
9月2日中午12时整，75岁的孤寡老人刘淑珍准时按动了安装在她家的“民情通”呼叫服务装置上的绿色按钮。
伴随着一阵清脆的铃声，老人所在的甘肃省兰州市七里河区西湖街道的“三维数字社区”集成管理应用系统上的虚拟社区立刻显示出了老人家的位置：西湖街道建工中街。
工作人员一看是刘淑珍老人，立刻明白该给她配送餐了，随即联系老人所在的社区工作人员。不一会儿，热腾腾的饭菜就送到了老人家里。
刘淑珍老人告诉记者，自从街道办在她家安装了“民情通”呼叫服务装置后，平时她需要送餐、打扫房屋、看病什么的，只要轻轻一按，社区工作人员很快就上门服务了。“有了这个高科技的宝贝和热心肠的街道社区工作人员，我吃饭香，睡觉甜，身体好，心里感到前所未有的幸福和踏实！谢谢他们这些好心人！”老人笑呵呵地说。
事实上，为刘淑珍老人提供服务的“民情通”呼叫服务系统只是庞大的系统——“三维数字社区”集成管理应用系统上很小的一个子系统。
8月31日，兰州市七里河区政府召开新闻发布会宣布，由兰州西湖街道历时3年研发实施的“三维数字社区”集成管理应用系统正式问世。据悉，该系统为全国首创，将在兰州市、甘肃省乃至全国的基层电子政务建设和城市社会管理中发挥积极作用。
推进社会管理创新是今年全国政法工作三项重点之一。相关专家表示，“三维数字社区”系统在实践中已经取得了巨大成功，无疑将掀起一场城市管理的“基层政务革命”。
系统功能
将街道社区百余项职责纳入“数字化社区”
家里有事拨打“民情通”一键通，社区立刻上门为你提供服务；遭遇突发事件，鼠标一拉自动测量出最近的治安室、医院距离；辖区内任何背街小巷发生车辆丢失、井盖被撬、堆放垃圾，即时发现及时处理„„街道社区内几乎所有的公共及管理事务都可以通过“三维数字社区”系统来完成。
所谓“三维数字社区”系统，主要是利用GIS地理信息技术、传统的拍照技术、“三维数字”仿真模拟及实景视频技术，将街道社区100多项工作内容纳入5条管理主线，形成3 大基础平台、6大功能特点、8大管理模块和5大应用系统，具有综合受理、分类管理、分类统计汇总等功能，嵌入辖区实景视屏监控管理，真正实现“数字化社区”建设。
七里河区政府新闻发言人、区委常委、常务副区长王道珍介绍，“三维数字社区”系统将西湖街道辖区94个科级以上企事业单位、892家各类经济组织、1210栋各类建筑物、9条主次干道、56条背街小巷、114个小区院落、1.8万户、71978名居民家庭和区域地貌，立体、直观地搬上管理平台，形成了一个完整真实的三维实景立体虚拟街区。
西湖街道在辖区重点地段、重点区域、辖区单位、居民小区的关键部位都安装了电子监控设施，并于“三维数字社区”总控中心的街面视频监控系统相互连接，对辖区的治安状况、城市管理、环境保护、突发性事件等进行全天候、多方位监控。
系统一大特色就是对辖区常住人口、流动人口的个人信息、户籍信息、分类信息、居住联系信息等百余项信息进行了归纳整理，形成统一的人口信息平台。记者在平台上随机点开一栋楼，立刻弹出这栋楼的详细信息：所属社区、小区名称、楼宇名称、楼栋长姓名、治安负责人、楼层数、户数、常住人口数以及流动人口数等。
系统还建成了以司法所、人民调解、法律援助等内容为主的司法模块。记者点入该模块，发现重点普法单位、普法联络员、普法宣传员、社区矫正、人民调解、普法短信平台等二级栏目。以普法短信平台为例，只要在系统上输入普法短文，点击选中发送对象，轻点“发送”，一条条普法短信便飞入辖区千家万户百姓的手机上。
西湖街道“三维数字社区”系统
西湖街道“三维数字社区”系统总控中心。周文馨 赵志锋摄
研发初衷
基层八成工作人员受累于账表卡册
近年来，兰州西湖街道不断拓展“民情流水线”党建惠民品牌工程，探索打造出以“两代表一委员”民情联络站、未成年人校外教育“四点半”工程、居家养老“夕阳红”工程等为特色的一系理惠民党建品牌，受到辖区群众的广泛赞誉，街道先后获得“全国先进基层党组织”、全国“人民满意的公务员集体”等80多项荣誉。
但是，随着经济社会的飞速发展，传统的社会管理模式弊端逐渐显现了出来。西湖街道党工委书记陈冬梅介绍，伴随着城市的发展脚步，街道办的职能日益增多，据初步统计目前已有八大类108项工作职责，而各个相对独立的块状工作之间没有形成网格化，导致80%的工作人员将大部分精力用于建立填报纸质的账表卡册，相应的，对辖区居民“面对面”服务的时间就少了很多。
西湖街道地处兰州城区繁华地带，是七里河八个街道中社情较为复杂的街道之一。辖区内居民多、企事业单位多、流动人口多、吸毒人员多，且多民族杂居。特殊的社情需要更多的服务管理人员，但街道办170余名工作人员各管一摊，疲于应付。
而事实上，由于缺乏网格化管理，尽管工作人员费尽了周折，基层管理中依然存在着底数不清、数据不实、重复劳动、重复耗资、各部门工作相互分离、资源不能共享等问题。
“10年前，街道社区的工作职能相对单一，但近年来，随着医保、社保、廉租住房等惠民政策和大量新的社会管理服务项目的实施，逼着基层社区管理服务必须实现集成化、精细化。” 陈冬梅说，传统的工作模式已经跟不上老百姓的需求了，迫切需要把“民情流水线”这样的服务品牌进行提升和延伸。
针对这些现实需求，西湖街道在七里河区委、区政府的大力支持下，组织研发队伍，开始研发“三维数字社区”系统。他们3年来边研发，边使用，边完善，并在试运行中取得了巨大成功！
突破局限
居民足不出户便能享受各类“民情”服务
记者在 “三维数字社区”系统大平台上看到，西湖街道社区工作人员在辖区走访过程中发现的一条条各类信息，实时地出现在了管理大平台的信息审核页面上，管理人员迅速审核后加入系统，返回主页面后，这些新添加的信息已经自动分类统计并整合到各子系统中，管理数据实现了实时的动态更新。
社区工作人员发现的信息缘何能如此迅速地传递到系统的大平台上呢？原来是依靠“民情通”无线政务系统！走访的社区工作人员都随身携带了一个叫“PDA手持终端设备”，该设备和街道“三维数字社区“总控中心相互连接，将数字城管、治安防范、人口管理、社情民意采集、流动人口和出租房屋管理等功能有机结合，及时了解、受理反馈的各类信息，处理突发事件、采集基础数据信息。
就在记者采访过程中，街道“民情通”呼叫服务中心的服务热线突然响了起来。工作人员接通电话：“你好，请问我能给您提供什么帮助？” “我是小西湖东街的**号的居民李成花（化名），想咨询一下社区养老保险办理程序。”随着电话的接通，服务中心的显示大屏上立即出现了模拟街区与街区实景结合画面和一份详实的李成花个人资料数据。
西湖街道党工委书记陈冬梅介绍，“这些信息将帮助工作人员做出正确的决策，合理地调度社会服务力量。” “民情通”呼叫服务中心作为西湖街道“三维数字社区”系统的重要组成部分，已成为最繁忙的民情热线。
“小西湖立交桥下有一个井盖丢失了，能不能快点补上！” 一接到电话，电脑操作人员马上在投影屏幕上找到居民反映路段的实况视频，工作人员便通知具体地段的社区负责人，很快社区工作人员就前往现场调查处理。
为方便居民反映诉求，西湖街道还免费为空巢老人、特困老人家里安装了“一键通”，老人如果有什么需要，只要按一下“一键通”，呼叫服务中心电脑上就能显示出老人的具体住址，社区工作人员据此可立即上门提供服务和帮助。
这个“民情通”呼叫系统，突破了传统的大厅办理、电话办理、网络办理企事业单位及居民申报事项的局限，变以往的按需办理、逐个办理为统一指挥调度，能够应对当前基层遇到的复杂多变的问题。呼叫中心接到居民电话，就会自动转切到“三维数字社区”个人信息系统，帮助工作人员迅速判断反映人所处的方位、家庭情况等，以便及时答复或采取救助措施。
依托“三维数字社区”系统，西湖街道将近年来创新的社区管理特色品牌纳入，极大地提高了社会管理的能力和水平。如未成年人校外教育“四点半”工程：由于双职工家庭孩子在下午四点半放学后无人接送、教育管理缺失、进网吧、路上不安全等实际问题，“三维数字社区”将西湖街道在全国率先启动实施的该工程设立的社区“四点半”辅导站、义务接送孩子的志愿者、校外辅导课程等全部纳入系统管理，建立了未成年人校外教育“四点半” 工程信息基础库，只要有家长求助接送孩子入社区“四点半”辅导站，根据“三维数字社区”显示的地理信息，社区工作人员可立即提供服务和帮助。
“有了‘三维数字社区’系统，居民可以足不出户就享受到规范化的信息服务，也使街道和社区的工作更加贴近群众，居民可通过热线电话、网络等方式，反映自己的诉求。” 陈冬梅说，对于居民反映的每一个诉求，服务中心将自动生成处理结果及考核评价，评价结果自动传入总控中心，成为效能考核的依据。
西湖街道”三维数字社区”系统嵌入的实景视屏监控管理中心。周文馨 赵志锋摄
西湖街道“民情通”呼叫服务中心。周文馨 赵志锋摄
全员参与
历时一年采集录入 80万条信息
西湖街道研发的“三维数字社区”系统采集录入的各类信息量高达80余万条。对此，甘肃省科技厅专家鉴定委员会副主任委员、甘肃省政府政策研究室处长沈俊涛表示很震撼。“电子政务信息系统最难的是整合，而西湖街道‘三维数字社区’系统把辖区80万条信息分门别类地整合起来，自成系统，确实是一个奇迹！”
西湖街道办事处主任郑先喜介绍，为了让项目尽快投入使用，全街道办干部及工作人员利用休息时间深入辖区所有住户，按照以房管人的原则，挨门挨户登记人口信息，整整用了一年时间跑遍了辖区18198户，访问登记人数达到了69147人，每个人的信息多达30项。
在采集信息过程中，有些家庭住户外出不在，街道社区工作人员就跑三趟、四趟，直到登记上为止。参与了信息采集的西湖街道工作人员周肇刚说，有些居民一开始不理解，拒绝采集信息，他们就反复做工作，终于使其感动，同意提供信息；有的怕个人信息泄露，他们就反复讲解“三维数字社区”系统的原理及保密性措施，使居民明白系统是一个政务管理信息内网、不连接互联网，并且实行密码设置，分层分级、按岗按人设置登录及管理权限等，消除了大家的顾虑。
“为了使人口信息动态化，社区工作人员还在各居民小区选举了楼栋长，由热心社区工作的积极分子担任，主要职责就是了解每家每户人口变动情况，主动为社区提供最新的人口信息。” 郑先喜说，通过建立楼栋长制度，使人口信息做到了动态化管理，始终保持人口数据的准确性。
信息采集付出了巨大的艰辛，而系统研发同样如此。技术人员施国乾介绍，为了攻克 “民情通”呼叫系统中存在的技术难题，有一次技术小组的8 个人3天只休息了8小时，终于研发成功，以最快速度将该项服务送到了迫切需要帮助的老人家中。据统计，技术小组3年内共完成了25万行以上的基础代码程序编写。
据悉，该系统在研发过程中前后共投入了800余万元。西湖街道党工委书记陈冬梅告诉记者，系统之所以能够顺利问世，得益于兰州市委市政府的有力指导和七里河区委区政府在人力、财力上的大力支持。区委、区政府主要领导多次到街道检查系统的研发进度，协调解决有关问题。
专家鉴定
系统在国内外尚属首创具有极高推广价值
“我们一个街道有6000户居民，工作人员挨个走一遍要2个月的时间，一个社区有13个工作人员，要负责计生、民政、医保、廉租房等多方面的工作，根本忙不过来，有了‘三 维数字化社区’系统，我们就可以腾出手来为社区居民做更多的服务。”西湖街道党工委书记陈冬梅欣喜地说。
项目技术组人员赵晋锋介绍，以前街道的计划生育工作需要5个人同时在办公室忙碌，现在只需一人录入信息，其他人员则可以深入到社区从事实际服务工作。“这是一场‘基层政务革命’，大大减少了基层工作人员的工作量，提高了工作效率。”
七里河区政府新闻发言人、区委常委、常务副区长王道珍用“五个转变”来形容该系统带来的这场“基层政务革命”：
——实现了社区管理的网格化，使街道社区工作由被动应对向主动服务型转变；
——实现了社区管理的数字化，使街道社区工作由传统模式向电子技术转变；
——实现了社区管理的动态化，使街道社区工作由滞后型向动态管控型转变；
——实现了社区管理的精细化，使街道社区工作由粗放型向精细化方向转变；
——实现了社区管理的信息化，使街道社区工作由管理型向服务型转变，对于推进和谐社区建设、提升街道社区管理和服务水平，落实以人为本的服务理念，具有重要的现实意义。
据了解，该项目于今年4月经国家版权局批准取得了软件著作权，6月由兰州市工信委列入市科技扶持项目，7月通过了甘肃省科技厅组织的省级科技成果鉴定。
甘肃省科技厅专家鉴定委员会在鉴定中一致认为，该项目立足街道社区工作实际，选题准确，设计合理，技术路线正确，研究成果达到了国内领先水平。而根据国家一级科技查新咨询单位——甘肃省科技情报所查新，该系统将基层多项工作集于一个街道社区综合管理应用平台，在国内外目前尚无相同文献报道。
参与鉴定的兰州理工大学计算机系教授李明表示，数字社区系统的核心是基础数据。西湖街道研发的这套系统基础数据非常详实，使得现代电子技术应用与软件开发相得益彰，从有限的数据挖掘出很多东西，形成数据库，自动保存。他表示，这套系统具有极高的推广价值。
据悉，西湖街道“三维数字社区”系统研发初步确定为六期，前三期已完成，四期对现有三维地图进行精细建模，实现社区全景漫游功能。五期拓展现有平台，增加卫星定位模块，实现治安防控、城市管理等内容的标准化、清晰化。六期强化系统安全机制，增加更加严密的研判功能。
数据是GIS系统中最基本、最重要的组成部分。据统计, 在一个完整的GIS系统中用于数据建设的费用大约占总投资的80%。数据的质量是决定数据价值的核心因素之一, 高质量的数据能够确保正确的分析和决策, 低质量的数据往往会产生错误的决策。
近年来, 三维地理信息系统在城市规划、社区管理中得到越来越广泛的应用。但是三维模型数据的采集、制作、更新和维护缺乏统一的标准和规范, 而且在三维城市建模中缺乏可适用于城市多尺度复杂对象的模型标准, 对真实对象的三维模拟较多地依赖于人的经验和技巧, 这在一定程度上制约着三维地理信息更加深入的应用。本文针对三维数字社区建模的流程, 分析误差来源, 结合相关标准的内容, 总结归纳三维数字社区建模过程中质量控制体系, 并通过分析**市揽翠社区“三维数字社区”项目的实施过程及成效, 验证三维数字社区建模过程中质量控制体系的可靠性。
2三维数字社区建模的生产流程
“数字城市”是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础, 以宽带网络为纽带, 运用3S技术、遥测、仿真虚拟技术等对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述, 利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来全部在网络上进行数字化虚拟现实。
三维数字社区信息系统是指从社区管理的实际出发, 以维护社会稳定和服务社区群众为目标, 依托现代地理信息技术、虚拟现实技术、网络技术、信息系统技术等, 建立起的“管理信息化、服务集成化”的社区综合管理和服务平台。现阶段, 三维数字社区模型的建模主要是基于图像处理软件和建模软件制作三维模型的基础上, 结合数字地形图, 依靠虚拟现实软件平台实现模型的管理和可视化。其生产流程如图1所示。
3三维数字社区建模过程中的误差分析
3.1数据采集过程中的误差。数字高程模型 (DEM) 是三维建模的基础数据, 在三维建模过程中, DEM的质量直接影响地物模型与地面是否正确匹配与相切, DEM的分辨率直接影响三维数字社区建模的质量。正射影像 (DOM) 是三维建模的重要数据, DOM结合DEM能够形象地展示社区地貌。所以DOM的分辨率也是影响三维建模质量的因素。除此之外, DOM影像的接边效果也会对三维建模质量产生较大的影响。数字线划图 (DLG) 是矢量空间数据的重要来源, 作为空间定位的数据源, DLG影响着三维模型的空间位置。DLG的地物几何精度影响模型的平面精度。此外, DLG的数据质量和DEM的分辨率不统一也会产生地物模型和地表不相切的问题。纹理数据决定三维模型的整体效果和逼真程度。在拍摄建筑物等实体时, 拍摄环境和人为因素会影响纹理影像的真实性, 从而影响到三维模型的视觉效果。
3.2数据处理过程中的误差。纹理影像数据处理是利用图像处理软件进行操作的。影像像素的大小会影响后期纹理数据的可视化和显示速度, 软件本身误差和人为操作的误差不可避免地会影响纹理影像处理过程中的质量。模型的制作是利用3ds Max等建模软件, 利用DLG数据的几何大小和元数据信息模拟社区现状的过程。在对复杂建筑物模型顶部进行整合时, 在追求逼真性的同时, 还需要考虑面片距离对后期模型可视化的影响, 由于建模软件和DLG显示平台的差异, 会产生模型位置误差。同样, 软件本身误差和人为误操作的影响将不可避免地影响模型制作过程中的质量。
3.3数据管理和可视化过程中的误差。数据库管理过程中, 数据转换、纹理映射、坐标校正等过程会产生误差。数据格式之间的转换会丢失数据, 影响数据的质量;空间纹理像素映射到屏幕的过程会影响纹理数据的质量;由于建模软件与数据管理平台之间坐标的差异, 造成模型入库过程中的偏移。
4三维数字社区建模过程中的质量控制
4.1数据采集标准与要求
4.1.1基础数据采集标准。在选取DEM时, 需要分析DEM的分辨率, 同时还要尽可能地获取地貌中必要的特征点和特征线。具体指标按《城市基础地理信息系统技术规范》中的相关规定执行。在选取DOM时, 应考虑DOM的地表分辨率和地物的几何精度;相邻DOM影像镶嵌处的接边有相关的规定。具体指标根据《城市测量规范》中的相关规定处理。DLG是城市地形要素的主要表达形式。在《城市基础地理信息系统技术规范》中对DLG的质量作了要求。
4.1.2 DLG采集数据采集要求。4.1.2.1几何精度。根据比例尺的大小, 城市DLG的平面精度、基本等高距和高程精度不同;相邻存储单元要素的几何位置应该按有关规定接边。4.1.2.2图形质量。DLG的图形表示应正确并符合现行图式的规定;由DLG生成的可视化图形应整洁、清晰、美观, 无遗漏、无明显变形。4.1.2.3属性精度。地形要素的分类编码应正确无误;地形要素的属性信息应完整、正确;相邻存储单元同一要素的属性信息应一致。4.1.2.4逻辑一致性。面状区域应闭合, 属性应一致;结点匹配应准确, 线段相交应无悬挂点或过头现象;要素应具有唯一性, 几何类型和空间拓扑关系应正确;相关要素处理应正确。4.1.2.5完整性。地形要素应符合现行行业标准《城市测量规范》规定的取舍要求, 无遗漏。
4.1.3纹理数据的采集要求.4.1.3.1选择光线较为柔和均匀的天气, 按照正视角度进行拍摄, 应避免逆光拍摄。4.1.3.2拍摄地物所有方向的表面影像。有重复单元的表面, 宜拍摄局部;无重复单元的表面, 应拍摄完整表面。对于结构复杂或无法正视拍摄的表面, 应进行多角度拍摄, 并利用图像处理软件进行拼接处理。4.1.3.3根据不同细节层次的模型确定拍照需要表现的细节。4.1.3.4拍摄有代表性的表面影像, 制作材质库。
4.1.4属性数据的采集要求。4.1.4.1各类地物模型数据的属性字段根据地方使用习惯与应用特点进行补充和调整。4.1.4.2属性数据采集宜与框架数据、纹理数据的采集同步进行, 而且应保证数据的一致性。4.1.4.3实地调查采集数据应进行内业校核检查, 保证建模地物的属性信息完整。
4.2数据处理标准与要求
4.2.1纹理影像处理标准与要求。4.2.1.1纹理影像整体色调均匀, 真实美观。4.2.1.2对影像的变形部分作纠正处理, 减少视角或镜头畸变引起的变形。4.2.1.3对影像进行图像处理, 使纹理数据不含有建模影像以外的其他影像。4.2.1.4对影像进行比例变换, 使同一细节层次模型的纹理具有相近的分辨率。4.2.1.5作纹理拼接时, 应保证图像细节表现清晰, 无拼接镶嵌缝隙。
4.2.2模型制作标准与要求。4.2.2.1模型建造单元分区。在模型建设前, 应根据社区现状对建模区域进行分区, 作为模型建造的基本单元;在建设过程中, 先对典型区域进行试点, 然后逐步铺开。4.2.2.2模型坐标系要统一。为使三维模型能够顺利、正确地导入数据库, 所有坐标都应基于统一的坐标系。4.2.2.3模型的基本单位为米。社区大比例尺地形图通常采用平面坐标系, 以米为单位, 因此模型建造应以米为单位, 按实际地物的实际尺寸建模。在建模的过程中, 应该保证三维模型底部的平面精度和模型的高程精度。4.2.2.4模型制作必须使用捕捉工具。禁止产生漏缝模型或重叠闪烁现象。4.2.2.5禁止使用镜像工具, 如有镜像物体必须使用XFORM工具, 再使用NORMAL翻转法线, 避免导入平台后模型偏移、飞出或轴心点错误。4.2.2.6一般圆柱用6段或8段表示, 复杂的或直径较大的圆柱用12段表示。4.2.2.7模型的制作要尽量减少面片的数量。考虑到模型数据量的问题, 在保持地物形状和特征的基础上, 应尽量减少面片的数量, 同时还要注意模型中重面的现象。
4.3数据的管理与可视化标准。为了保证三维数字社区模型数据的管理和可视化, 应注意:
4.3.1尽量优化模型, 在保证模型符合现实的前提下, 尽量减少模型的面数。
4.3.2应保证纹理图贴的图像大小为, 保证三维模型的可视化。
4.3.3在模型坐标归位过程中, 考虑建模软件和数据可视化平台之间坐标差异, 减少模型和地形图之间的误差。
4.3.4数据格式也影响数据之间的精度, 应分析研究建模软件导出的各种模型的格式。选择合格的模型保存, 保证模型入库的位置精度。
结束语
本文通过分析三维数字社区建模的流程及误差来源, 归纳了三维数字社区建模过程中质量控制的指标体系, 并通过**市揽翠社区“三维数字社区”项目实施的成效验证了三维数字社区建模过程中质量控制的有效性, 为开展的数字城市建设的质量控制提供了参考, 需要进一步深化和研究, 以完善三维数字社区建模过程中的质量控制体系。
参考文献
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5月18日是世界博物馆日。为此,本栏目邀请业内专家撰写了三维数字技术在博物馆中的应用。现在的博物馆更注重参观者的用户体验,无论是复原文物、展览文物还是网上浏览,应用了三维数字技术之后,可让参观者在互动的过程中,感受到文物的魅力。
作为一项最新的前沿技术,三维数字技术也可应用于博物馆,并在博物馆的展览、展示、科学研究、社会教育等方面发挥着革命性的作用。
博物馆作为社会文化的特殊载体,会充分利用数字技术整合文物、文化资源以及结合科学研究,最大限度地发挥服务社会的职能。这是博物馆顺应时代潮流,拓展博物馆未来发展空间的必然举措。
虚拟中复原
近年来,越来越多的数字化技术应用到博物馆中,如故宫博物院与日本凸版印刷株式会社合作的“数字故宫”项目、浙江大学开发的敦煌石窟虚拟漫游与壁画复原系统、秦兵马俑博物馆与西安四维航测遥感中心合作的“秦俑博物馆二号坑遗址三维数字建模”项目等。这些项目的共同之处就在于它们都使用了一个核心技术——三维数字技术。三维技术对于文物的展示有着比传统照相技术更直观的特点,而三维扫描也具有传统人工测绘无法比拟的优势。因此,该技术最早被应用于大型遗址或者建筑的测绘与展示项目中。
传统博物馆理论将保管、展示、社会教育作为博物馆最基本的三大职能,其中保管既包括文物安全,也包括文物保护和科学研究。文物修复的研究工作是建立在科学的文物保护分析和文物修复理论基础上开展的。文物是不可再生的,但也不能是永生的,文物保护的最终目的是运用现代技术最大程度地维持文物的状态,无限延长其寿命。对于文物保护分析的研究,最主要的一个任务就是在最小干预的前提下要尽可能多地获取文物包含的原始信息,在这点上,三维扫描数字建模的意义是非常广泛的,且具有巨大潜力。
由于三维激光扫描技术具有非接触式测量、扫描速度快、点位和精度分布均匀等特点,在工艺精细、形状复杂的单件文物保护领域也有很多应用和成功案例。国外最为著名的有斯坦福大学的“米开朗基罗项目”,该项目将包括著名的大卫雕像在内的10座雕塑数字化,其中大卫雕像模型包括2亿个面片和7000幅彩色照片。
参观者通过触摸屏了解文物。
首都博物馆的网上展览页面。
三维激光在文物保护研究的重要意义如下。
在器物描述中发挥作用
器物描述是文物保护分析和修复的第一步。三维扫描得来的数据是文物最原始的精确尺寸数据,在图像中可以测量器物任意位置的长度、面积,并且可全方位地了解器物形貌特征。这不仅是传统照相及绘图技术无法实现的,而且对原器物不会造成二次破坏。同时,对于文物病害的展示,也是最直观的方式。
对文物复制的帮助
在传统方法中,文物的复制往往是在原器物上进行翻模,这在一定程度上对器物的表面造成危害,特别是一些脆弱的器物容易在翻模过程中发生无法弥补的损失。而应用三维激光扫描技术,可以在非接触状态下为文物建立数字模型,并通过成型技术得到高精度的复制品,这样大大简化了文物复制的程序,而且最重要的是不会对文物进行任何破坏。
文物虚拟修复试验
利用三维处理软件对已建模的器物数据进行模拟修复,可以预览修复完成的形貌,这对文物修复方案的制定实施具有指导作用。同时,模拟修复还可以避免由于实际修复操作过程中反复比对、拼接对文物造成的二次破坏。例如破碎瓷器的修复,可以预先经过建立碎片的三维模型,利用计算机进行拼接复原,还可以对缺失部分进行模拟修补,恢复器物原始形貌。当然,这些操作要建立在计算机辅助系统和大量识别算法的基础上,目前还处在研究阶段。
博物馆创新性地将三维扫描技术应用在文物复原领域,是三维扫描技术应用推广的一项突破。三维扫描技术的应用,不仅对文物保护和文物修复工作有重大意义,也为博物馆的展示方式开辟了新的领域,为博物馆发挥社会教育职能起了积极的推动作用。
全方位展览
当前,不论是国内还是国外的博物馆,所面临的最大挑战就是采用何种方式来普及传播博物馆知识、文化,同时又让受众体会到乐趣和观赏价值。大部分参观者,尤其是本应作为博物馆核心参观者的年轻人,对博物馆惯常沉闷的表现方式感到厌倦。同时,如今的展览已经不是传统意义上的展览了,它是一个立体的、全方位的展示,要从不同层面与角度展示主题,运用多样的展示手段和方法,深化展览主题。但是,一些珍贵文物出于安全和保存条件的限制,不允许参观者从任意角度观摩实物。因此,很多博物馆在面对以上问题时,采用了多媒体的表现方式。对比其他多媒体技术,三维数字技术在文物展示方面具有很多优势。
首先,如同在文物保护研究中一样,运用三维激光扫描技术可以将文物的尺寸最为精确地记录下来,并通过模型优化、纹理匹配等技术手段将文物逼真再现; 同时,可以多角度、高清晰地展示参观者在展柜旁无法观赏的任意角度和精度的文物细节; 其次,这种方式为非接触式的,对文物保护具有重要意义。
精品文物的展示能吸引普通观众的兴趣,但由于陈列手段的限制,许多展品只能观赏器物的一面,不能看到全部,特别是器物的底部和细节部分。因此,利用先进的三维扫描技术和单位建模技术,把部分文物进行完全复原,这样不仅可以让观众在屏幕上自由欣赏文物,任意旋转文物从各个角度欣赏,还可以放大文物观看细节; 在丰富展览形式和内容的同时,更大程度地满足了观众的求知欲和好奇心,丰富了观众参与的互动项目。
文物高精度三维展示项目,需要对所展示的文物进行三维扫描、数字建模、纹理匹配、艺术加工等多道程序。文物复原的精度和质量,直接决定了最终的展示效果。
但几个技术难题需要解决如下。
模型优化
文物模型的高精度、高准确度与程序、机器设备、制作速度的承受能力的矛盾决定了模型优化具有较高的复杂度和技巧性。
复杂的双曲面文物模型对贴图匹配有较高的要求,需要对模型网格进行良好的优化。这种优化虽然耗费时间,但会极大提高后期制作的速度和品质。
在制作中需要将百万面甚至几百万面精度的原始模型进行优化,要保障程序的承受能力,同时又要保证有足够的细节。
纹理匹配
在虚拟现实器物制作中,双曲面模型难度最大,贴图与模型的映射关系也最为复杂。纹理匹配是工作中最为复杂和繁琐的工序,佛、玉石、陶瓷、青铜这些文物几乎都是这类模型,要保证高品质的展示效果,以人类当前自动贴图匹配技术是达不到的,这样就需要技术娴熟且对文物熟知的工作人员手动完成制作。
文物的高还原性决定了纹理匹配的难度,在色彩和纹理校正、无缝拼接方面需要投入更多的精力。
艺术性
文物的准确性和艺术性对制作也提出了很高的专业要求,在质感、布光、视觉表达方面同样需要投入更多的精力。不同质感的文物需要不同的布光设置、反射环境、实时渲染设置。
经过技术制作和艺术加工的文物精品高精度三维展示作品,以触摸屏为载体,被设计在博物馆展览的展线中,它不仅是对实体文物展的一个有益补充,也为博物馆观众带来了全新体验。现在观众可以在首都博物馆的文物精品展厅里,通过触摸屏轻松地浏览文物的各个角度、充分欣赏文物局部、仔细观看文物表面的纹理。
3.1利用三维数字化技术设计陶瓷产品
陶瓷产品的造型与设计注重产品曲面的弧度，因此在设计之中需要有严格的曲线率控制，传统的陶瓷产品，例如茶壶(图2)、茶杯等艺术工艺品在设计创造中多依赖手工艺人的技术和经验，通过肉眼观察来塑造陶瓷工艺品的曲面曲线，尽管茶壶等工艺产品的曲面设计难度不大，但是为了展现出陶瓷茶壶工艺品的艺术性就必须创造出具有最优化曲面和舒适度的艺术工艺品.利用三位数字化技术对陶瓷茶壶工艺品进行设计，能够有效的减少茶壶曲面率差错，在计算曲面率数据中得到更准确数值，这比单纯依靠肉眼进行判断要准确很多.要想实现茶壶曲面精准设计，可以选择具有曲面计算功能的绘制工具，在实践中设计人员常用Rhino软件来进行茶壶的造型设计工作.借助Rhino软件可以先进行简单的框架设计，绘制出简单的茶壶模型，然后利用软件功能进行造型的分析和评价，再进一步优化茶壶造型设计.茶壶分为两个部分，即由壶盖、壶身组成，壶身上又从左到右依次分为壶嘴、壶肚、壶把，所以总体来看茶壶在设计时要着重从四个节点入手.在使用Rhino软件时，应当先从整体着眼，把握这四个部件的具体规格，在设计过程中更加注重每两个相连部件之间的数据，利用曲线工具、圆弧工具琢磨连接处，保证茶壶的四个部分能够组成协调的一体模型.
3.2利用三维数字化技术设计琉璃产品
在三维数字化技术中，3D打印技术成为各方设计人员重点关注的内容，国际上已经有人开始利用这种3D打印技术制成工艺产品.3D打印技术将三维数字化设计功能和工艺制造功能结合，能够在设计图纸定型后直接“打印”出立体产品.尽管3D打印技术刚刚兴起，但是已经引发了几轮热潮，目前在服饰行业、首饰行业、工艺产品行业中已经有设计人员利用这种技术制作出成品，当然由于3D打印技术还只是出于初级阶段，对于一些产品并不能直接利用相应的材料进行“打印”，只能以替代性材料来提前“打印”产品[3].对于琉璃艺术产品而言，当前的3D技术已经可以实现脱蜡铸造玻璃，因而在利用三维数字化技术设计琉璃工艺产品时，能够借助3D打印技术完成琉璃工艺产品.传统的脱蜡铸造玻璃过程，需要经过一系列复杂的处理环节，而使用三维数字化技术进行玻璃的设计与“打印”，可以节省许多步骤，
3.3利用三维数字化技术设计湘绣产品
我国刺绣艺术产品可以说是传统艺术产品的突出代表，刺绣的种类有许多，本文主要讨论的是湘绣艺术.传统湘绣需要绣工手工制作，手工湘绣在制作前也会绘制出效果图，但是由于手工绘制图与实际的刺绣图案存在较大不同，实际上也会影响湘绣的设计和制作效果.对此，运用三维数字化技术，采用具有多项功能的设计软件，可以在屏幕上设计出湘绣艺术产品模型，利用三维数字化技术创造的湘绣模型与人们最终制作出的艺术成品具有极高的相似性，若要提前观察湘绣艺术产品的制作效果就可以通过设计模型进行预览.并且在预览中对模型进行纠错和改进，当湘绣产品的规格尺寸出现问题时，可以直接利用修改软件进行改正[4].例如，在设计湘绣作品《牡丹》时，共需要绘制4朵牡丹花，每朵牡丹花的标准色都有细微差别，利用三维数字化软件Rhino先将牡丹花的造型设计出来，然后利用分类功能绘制牡丹花的用色图表.牡丹花花色偏艳丽，多为粉红色，所以选取的主色调为粉色，在设计期间可以在模型上标明每朵花的主色型号，这样可以避免在成品制作过程中出现混淆.一幅湘绣绣稿，除了图案设计以外，最重要的就是绣线颜色和绣线类型，湘绣绣线有许多不同分类，如果在设计之中没有精准把握好绣线的分类，容易在绣制过程中引发失误.所以现代湘绣艺术产品在设计上会借助三维数字化技术提前做好效果图，标明重要组成部分的基础数据，可以提高湘绣工艺产品的制作水平.结论：综上，三维数字化技术在传统工艺美术中的应用具有重要的意义和作用.在新的时代背景下，传统工艺美术行业应当加快引入三维数字化技术，促进传统工艺设计手段与现代化的设计技术相结合.相信未来三维数字化技术会更加成熟，3D打印技术也可以在传统工艺美术行业中大放异彩，提高产品的制造效率和质量.
参考文献：
〔1〕高原,丁剑.三维数字化传统工艺产品美术设计技术研究———评《产品造型设计材料与工艺》[J].宏观经济管理,(01):97-98.
〔2〕董春波.三维数字化造型在雕塑艺术中的运用研究[D].武汉纺织大学,.
〔3〕侯可新.论三位数字化技术在传统工艺美术传承与创新中的优势———以湖南传统工艺美术为例[J].艺术科技,(11):36-39.
摘 要 介绍运用三维数字化技术进行的教学方法改革，阐述三维数字化技术在机械制图课程中的应用和对于制图能力的帮助。能更好地培养学生的创新意识和实践能力，不断提高教育教学质量。实践证明，三维数字化技术的应用对教学质量的提高起到重要作用。
关键词 三维数字化技术；教学改革；机械制图；空间思维能力
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）10-0098-02
Mechanical Drawing Teaching Reform and Practice based on 3D Digital Technology//ZOU Zechan，CHEN Zhongshi
Abstract This article is to introduce the use of three-dimensional（3D）digital technology to reform teaching methods，and describe the applications of 3D digital technology in mechanical drawing courses，which can better develop students awareness of innovation and practical ability to continuously improve the quality of teaching.Practice has proved that the 3D digital technology to improve the quality of teaching plays an important role.Key words 3D digital technology； teaching reform； mechanical drawing； spatial thinking ability
2012年教育部出台的《教育信息化十年发展规划》明确指出，以教育信息化带动教育现代化，是我国教育事业发展的战略选择。教育信息化的根本不是将信息技术引入学校，而是要将信息技术充分融入到课堂教学之中。传统信息化技术与三维数字化技术充分融合运用，是教育信息化的大势所趋。近年来，数字化技术在教学之中的应用越来越广泛[1-3]。
机械制图是高职院校机械类专业的一门主干技术基础课。机械制图以形体构造和图形表达为核心，以形象思维为主线，培养学生空间想象能力、形象思维能力和图形表达能力等工科基本素质，为培养高职技能型应用型人才打好基础，以适应现代设计与制造的发展。然而，随着近年来高职招生录取分数线的下降，为提高教学质量，进一步深化机械制图课程建设，深化教学改革，积极探索和实践是十分必要的[4]。机械制图教学现状分析
大部分学生在入学后第一学期开始学习机械制图时感到枯燥和吃力。从投影理论入手去分析各种零件图甚至装配图，是很难想象复杂的实体形状的，学生学习积极性也很难调动起来，从而影响教学效果。
在传统课堂教学中，对挂图或实物木模的微小的内部结构，坐在后面的学生无法看清，同时模型实物和投影视图之间的转换比较麻烦，因此采用黑板加粉笔、挂图加实物木模的教学方法，效果不够理想。而替代了传统教学中板书及挂图的多媒体课件教学法，对三维零件的实时动态观察、剖切、虚拟装配及装配体的爆炸动画显示等效果基本没有，已不能满足对人才培养的需求。随着计算机技术的发展及其在教育中的应用，基于三维数字化虚拟技术的教学方式有助于教学质量的提高。运用三维数字化技术进行的教学方法改革
刚入学的新生没有丰富的空间思维能力，应结合当时教学的内容，利用三维数字化设计软件将备课时准备的数字化模型打开，以任意方向和任意角度对零件图形进行实时动态观察，将所讲的知识点通过不同的实际案例直观地呈现给学生，同时利用动态剖切、模拟装配及仿真动画功能，图形更加生动逼真，更能帮助学生培养空间思维能力和设计思想的表达能力，激发学生的学习兴趣，增强教学效果。
目前普遍使用的三维数字化技术软件有SolidWorks、UG、Pro/E、CAXA、CATIA、Inventor等。在众多软件当中，SolidWork作为一款功能强大的三维设计软件，可以实现参数化建模、虚拟装配、运动仿真、干涉分析等，并能自动生成精确的各种二维工程图样，因为它的操作直观、简单易学、界面友好、基本功能全面，已经成为较为普遍的应用软件。
教师根据教学时的实际情况，利用三维SolidWorks软件，从数字化处理的教学资源中随时添加一些日常生活中看到的模型，一步一步地示范建模和讲解，使学生对该软件的操作和建模过程有更直接的认识，使学生的空间概念更实际。这种理论联系实际的教学过程生动有趣，激发了学生的学习兴趣，启发了学生的积极思维，同时可以使学生对现代工程设计方法有切身的体验，有利于后续课程的学习。三维数字化技术在机械制图教学中的应用
投影理论、基本视图 点的正投影和零件的多面投影是机械制图教学的重点。将上课前准备的实体模型导入SolidWorks软件中，工程图模块直接转换成三视图，可使学生轻松地理解投影理论和视图概念。采用标准视图中的前视、后视、左视、右视、上视、下视、正视等轴测图，可以使学生形象、直观地看到演示模型的空间结构、与视图的投影关系及各种视图的形成过程，有利于学生对投影理论及视图的理解。
基本体、组合体 利用特征建模中的拉伸、旋转、扫描或放样创建基本形体，使学生可以逼真地看到各种基本体的形成过程和建模方法。同时，可以由零件直接生成工程图，让学生更深刻地了解三维实物与二维投影图之间的关系，将“教、学、画”融为一体，是教学内容和教学方法的改革，培养了学生的学习能力和创新能力[5]。
组合体第三视图的补画是教学的重点和难点，经常出现学生多画线或少画线的现象，是由于学生对诸多细节没有掌握和理解。因此，在讲解组合体的形体分析时，利用SolidWorks软件的设计特征树及回放功能，可以完整清楚地演示组合体中各个基本体的形成和组合过程，培养学生的空间想象能力。
截交线、相贯线 传统教学中很多课时花费在截交线和相贯线的作图上，尤其是回转体组合相贯线的空间形状分析想象困难，教学效果不理想。利用SolidWorks软件可灵活逼真地讲解相贯体的种类、空间位置和截交形状。组合体的相对尺寸变化时会产生截交线和相贯线的变化，比如两圆柱直径比值的改变，会引起交线的性质、弯曲程度和走向发生变化，学生很容易观察到相贯线的变化趋势。通过SolidWorks软件，学生对实体的内部和外部结构能有更直接的认识和理解，使教师的教学更加轻松。
剖视图 剖视图是机械制图教学中机件表达方法的重点，利用Solidworks的工程图将三维零件模型自动生成详细的工程图，可完成各种形式的剖视图。教学中，在零件的三维视图下，以直观的三维旋转动态形式进行剖切，随时改变剖切平面的位置，全剖视图立即生成，能够促进学生对复杂零件内部结构的想象，激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果，这是传统教学或者课件无法实现的。
零件图 在三维数字化设计中，零件模型是产品整个设计周期的承载体。在零件图章节的教学部分，应将二维零件图和三维实体零件结合起来，充分利用SolidWorks的工程图功能，直接将零件生成基本视图、标准三视图、剖视图（全剖、半剖、旋转剖、阶梯剖、局部剖等）、断面图、局部放大图、尺寸标注等各种视图，有利于培养学生识读较复杂零件图的能力，为适应以后工作岗位的要求做好准备。这部分内容结合典型的实际零件图，进行三维实体造型，培养学生三维造型能力与工程应用能力。
装配图 讲授装配图时利用SolidWorks软件的装配功能，根据不同装配约束关系和位置要求，将一个一个零件装配成部件或产品。同时制作成的装配动画可以演示零件的具体装配过程，装配的爆炸视图和生成的爆炸线可以展示整个装配的位置关系和装配关系。这样可以使学生更好地理解装配图的工作原理，提高阅读装配图的能力。结语
将三维数字化技术引入机械制图教学中，实现教学方法的改革与创新，既可以改变以往学生学习机械制图过程中表现出的枯燥无趣现象，又能将学到的知识内容与机械行业生产设计与制造实际联系在一起，将现代计算机技术与课程基础知识有机结合，极大地提高了学生的学习兴趣和空间想象能力，同时提高学生三维数字化设计能力。实践证明，三维数字化技术的应用对教学质量的提高起到重要的作用。
参考文献
关键词:数字化社区;一键通;呼叫中心;vpn
随着城市社区化建设的日益深入,以及居民对社区事务的日益关注,面对常住人口、下岗职工、老龄工作等各种问题,各社区原有的管理方式已很难适应形势发展的需要。为此,迫切需要一套高效的社区综合管理服务系统。同时,数字化社区是电子政务功能的延伸和拓展,是电子政务的落脚点,是以人为本的具体体现,完成了政府的行政管理职责。数字化社区是社会公众共享信息化发展成果的最直接体现,也是提高国民信息化应用水平,提升信息能力的有效平台,更是直接服务于人民群众的窗口。
一、数字化社区功能设计
1.公共服务版块
面向全社会开放,居民、服务企业均可通过该版块了解各自所需求的服务信息和平台运行的实时状况。注册居民可通过该版块寻求相关服务信息,注册服务企业也可利用该版块发送服务信息,居民可通过其来查询为其服务的企业和员工的所有详细资料,企业性质、规模、员工姓名照片及工号等多项信息来保证即将为其服务的工作人员的合法性,从根本上杜绝服务诈骗情况的发生;并可通过平台了解有哪些优秀服务企业和被通报批评的服务差的企业,为其所享受的服务把关设卡。同时,服务企业也可利用平台宣传其企业形象,接受社会公众监督,公布其服务项目信息及相关优惠措施。建立企业人员自身数据库供居民来比对服务人员素质及服务技能水平。
2.服务审核监督版块
主要面对平台运营部门和市有关职能部门。中心管理人员可通过该版块审核居民、服务企业提供的各种服务信息,筛查不合格的信息和不友好的言论,防止在公众服务平台上出现非法信息来误导公众造成不良影响,针对超出中心管理人员权限的违法信息,可通过该版块提交给有关职能部门进行处理;职能部门也可利用自己的权限发布有关规定和通知,可浏览整个平台信息处理过程,如其发现有害信息,也可通过平台专设通道向中心提出协查通报,进行相应处理。
3.服务管理版块
二、数字化社区典型应用
1.设计目标
改善社区基层职能机构的工作环境;增强各级政府业务部门管理和服务的能力,推广统一的社区业务规范;形成统一的社区基础信息数据库、数字城市的信息化枢纽,为社区职能转变和效益实现提供了坚实基础。
2.应用管理模式
考虑到社区的信息化程度和网络的负载能力及数据的安全性,系统本身数据分布采用“集中式为主,分布式为辅”,即数据集中存放在中心的数据库服务器上,但社区根据网络条件允许设置本地数据库,采用三层结构体系和数据库集中管理的设计思想。
3.“数字化社区”建设的内容
某区“数字化社区”的建设是由区、街道、社区三级分布式系统构成的统一“数字化社区”平台。该平台由社区综合服务网站、社区服务专线和社区服务管理系统组成。集中突出了便民、利民、安民、乐民的服务理念,整合和优化社区内各类资源,进而为社区居民提供优质、简便、快捷、高效、经济、安全的星级服务。
(1)社区综合服务网站
①统一社区信息资源标准规范。应用先进的管理方法把分散在各街道、社区居委会密切相关的社区服务信息有效地联系起来,经过优化与重组,构造完整合理、规范统一的社区服务信息资源管理体系,并能与其他电子政务业务系统规范协调一致。
②完善可行的社区服务网站资源管理体系。在完善的统一信息门户、数据管理中心的架构内,共享丰富持续的社区信息资源,并实现有效的管理;实现社区内部办公信息资源共享,推进政务公开,加快政府信息资源开发利用。
③以统一的信息发布平台为核心,建立分布式的信息发布管理机制。网站内容由内容管理发布系统进行发布,实行分布式管理的方法,通过对系统管理进行安全的权限设置,不同用户可根据不同的权限对网站内容进行有效地管理,方便开展网上应用,也便于以后业务的扩展。网站功能有服务资源信息发布、服务申请、用户登录、论坛、服务流程、状态公示、全面咨询等。
(2)社区服务专线
社区服务专线具备所需的几乎全部呼叫处理应用功能,如:模拟中继、数字中继(一号和七号信令)、internet接入;自动语音导航、自动语音应答、人工坐席服务、多媒体坐席服务、语音合成、传真、语音的录放等,交换能力强劲,功能齐备。通信公司可以提供坐席出租的方式,采用预先制定的呼叫号码,提供最专业的24小时语音服务,可以节省了大量的人力和财力。
(3)社区服务管理系统
我国城市现行的城区管理体制,是以区、街道、社区三个层次组成的,以行政管理为主的体制;与其相伴生的还有一个属于条条管理的独立板块,即隶属于不同行业和系统的驻城区的各类企事业单位,它们与城区块块基本上不发生横向联系,由各条条直接管理到每一个基层单位和人员。这样一种与计划经济相适应的城区管理体制和社会构成模式,随着改革开放的深入和城市化进程的加快,越来越不适应新的形势发展要求,一系列尖锐而复杂的矛盾逐步暴露出来:
其一,城市单位的社会职能外移,原有的城区管理体制和功能难以承接。
其二,城市社会人口结构性变化加剧,实行管理和维护稳定的难度增大。主要表现在:体制外人员和流动人口不断地、大量地、长期地增加;城市人口开始呈现老龄化;下岗、失业人员的出现,复杂因素增多;社区治安问题日益突出;城市贫困人群随着经济体制改革和产业结构调整仍处于增长的趋势。
其三,城市管理任务日益繁重,自上而下的行政管理机制面临严峻挑战。
其四,经济结构的调整和居民生活质量提高的需求,为城市社区建设和管理赋予了新的使命。
随着改革的深化和居民对社区事务的日益关注,社区原有的管理方式很难适应形势发展的需要。面对外来流动人口、出租屋、计划生育、基层党建、下岗失业、老龄工作、社会治安、社区环境卫生、文体教育等各种问题,社区管理机构在管理和服务上都力不从心,存在着职责权利不统一、职责任务不明确、管辖范围不明确、人员老化、工作条件差等问题,而且上级政府机关与基层接触少,交流不够,基层上报的数据需要进行二次录入和手工统计,如此重复操作严重影响了社区管理的日常工作效率,为此,迫切需要开发一套高效的社区居委会管理信息系统,提高各级社区管理职能部门的工作效率,进一步推进社区建设。
①系统建设功能采用区、办事处和居委会分布式三级系统。功能为:系统采用方便快捷的全面基于b/s结构的维护方式,对系统日常的运行、维护和信息内容的采集、发布、更新、统计、信息审核、安全等进行统一管理。系统提供统一的基于电子证书技术的安全管理通道,各级管理员可以方便对系统各项内容进行管理。
②报表管理模块包括:社区基本情况、家庭与人口、社区党建、社区其他、自定义报表和自定义报表管理。
③系统管理模块包括:系统配置、用户管理、数据管理、个人管理、日志管理、角色设定。
(4)一键通报警系统
“数字化社区”主要服务社区居民,当代社会逐步进入老龄化时代,老年人口数量增加,“空巢”老人的数量更是逐渐增多,如何解决老年人以及社会弱势群体的求助问题是社会非常关注的问题。“一键通”报警功能正好解决了这一问题,给老年人以及社会弱势群体在遇到紧急情况时寻求帮助提供了条件。
一键通报警平台可以与小区物业、社区服务中心或者110/120平台相结合,从而实现信息的及时传递与受理。
4.网络建设
随着“电子政务”建设的进一步深入,政府信息化建设重点变化明显,电子政务业务系统的受重视程度继续加强;办公自动化、信息安全和政府门户网站建设的受重视程度显著加强。
(1)需求分析:根据某区政府现有的网络状况和实际情况,网络建设之后达到以下几个目标:
区政府、街道和社区之间能够相互访问;政府内网和外网必须隔离,以保障含有国家机密的信息;区政府网站公众可以访问;网络具有可扩展性,考虑用户及应用增加时网络的承受能力。
(2)解决方案:基于以上的几个目标,建议某区政府网络建设分为内网和外网建设。内网通过宽带vpn组网方式实现,外网通过宽带adsl或光纤方式解决。
(3)内网建设:利用现在比较成熟的adsl宽带网平台,搭建vpn专用网络,实现区政府对各街道、社区的联网,保证组网的安全性,同时具有高带宽、可延伸等特点。方案如下:
②在区政府中心机房和各街道、社区分点提供以太网接口,可直接连接路由器或交换机。
③各用户端ip地址可采用用户私网地址,由用户自行分配,组网灵活。
④利用adsl宽带网平台实现adsl-vpn专网,是在osi模型的第二层实现的,保证组网的高安全性。
(4)外网建设:通过通信公司稳定的城域网以及adsl宽带网平台,实现社区居民能够通过internet访问区政府网站的目的。方案如下:
①区信息中心需要单独建设一条光缆连接互联网,带宽10m,用于区政府网站发布和其他对外应用服务,同时也保证社区综合服务网站的相应速度。
②街道采用宽带adsl拨号方式接入,带宽2m,用于各街道互联网应用及触摸屏使用等方面。
目前, 三维地理信息技术发展迅速, 技术方法多样。笔者通过研究Arc GIS的Arcglobe模块, 完成了四平职业大学数字三维规划图的制作。现将自己的一些研究成果总结如下。
2、技术方法与技术流程
2.1技术方法:
本产品主要采用Arc GIS9.3产品的三维模块Arc Globe制作三维规划场景, 以四平职业大学三维规划图的制作为例, 研究三维规划图制作的关键技术。在实践过程中, .笔者通过比较分析, 总结出的三维规划图的主要技术包括以下三部分。1、遥感影像数据处理技术;2、三维数据建库技术;3、图形图像处理技术。其中, 遥感影像数据处理技术主要制作高分辨率真彩色航片, 处理成果作为三维规划图的影像底图;三维数据建库技术主要完成三维模型数据的制作与建库, 为规划图提供三维数据和平面数据;图形图像处理技术主要完成规划图的整饰工作。
2.2技术流程:
(1) 、遥感影像数据 (DOM) 处理 (包括全色航片和多光谱卫片) ;数字线划数据 (DLG) 处理。 (2) 、全野外实测规划图;进行三维数据库建设 (制图要素符号的设计) 。 (3) 、建立三维规划场景。 (4) 、出图、整饰。
3、数据采集与处理
3.1原始数据。
原始数据包括以下内容: (1) 、高分辨率全色航片, 分辨率为0.5米, 数据格式为TIF; (2) 、SPOT5多光谱卫片, 分辨率为2.5米, 数据格式为JPG; (3) 、全野外实测的四平职业大学矢量数据, 比例尺为1:500, 数据格式为DWG。
3.2遥感影像图 (DOM) 的处理。
1、遥感影像的配准。现有资料的高分辨率全色航片和SPOT5多光谱卫片是经过正射纠正的影像数据, 但是坐标文件丢失, 因此需要将影像数据进行配准处理。以全野外实测的四平职业大学矢量数据为参考, 分别对高分辨率全色航片和SPOT5多光谱卫片进行配准, 主要使用Arc GIS9.3的空间配准模块, 选择二项式纠正方法, 在测区范围内均匀选择9个配准点, 配准点主要选择在房角、道路交叉口中心点等明显地物点, 配准中误差控制在1个像素以下, 生成的成果分别叫做全色配准影像和多光谱配准影像。
2、遥感影像的融合。在遥感影像处理过程中, 全色高分辨率影像提供纹理信息, 多光谱影像提供色彩信息, 应用遥感影像处理技术, 实现全色数据与多光谱数据的的融合, 产生具有高分辨率多光谱信息的融合影像。影像融合可分为以下几个步骤:融合前处理, 融合, 融合后处理和结果检查。 (1) 融合前处理:主要处理航片的楼房阴影、曝光过度和曝光不足等问题, 使得处理后的成果能够保证色调过度自然, 拉伸不同地物的对比度。通过对比可以看出, 处理后的数据清晰, 消除了主要建筑区的楼体阴影, 拉大了影像色差。 (2) 融合与融合后处理:采用图像处理技术, 将全色配准影像和多光谱配准影像在Photoshop下作融合处理, 融合后的影像具有多光谱信息, 色彩反差适中, 图面美观。
3、平面规划图的制作。参考全野外实测矢量数据, 在Photoshop下分层存储融合影像、注记、规划区、建成区等要素信息, 制作平面规划图。
3.3数字线划图 (DLG) 的处理。
根据规划图制图需要, 重点保留实测矢量数据的房屋、规划道路、规划区、规划房屋信息, 综合舍取行树的数量和位置, 为后期建立三维数据库提供基础数据。
4、三维数据库建设与三维建模
4.1三维数据的设计。
1、符号的表示。三维数据主要由点、线、面三部分构成, 根据地物的特点, 选择适当的符号表示。四平职业大学数字三维规划图主要采用了点状和面状符号表达空间实体, 树、路灯、和规划建筑物主要采用点状符号表示;围墙、广告牌双黄线等线状实体主要采用线状符号表示;路面、操场、绿地等面状实体主要采用面状符号表示。
2、数据分层。数据分层主要遵循以下原则: (1) 点、线、面要素要分别存储; (2) 同类信息的数据可以存储在相同的图层中, 比如房屋、树木等图层, 分别存储这房屋和树木方面的信息。 (3) 由于空间实体的方向不同, 因而需要建立不同的图层, 对于空间实体方向、模型相同的楼房, 可以存储在同一层中;对于空间实体方向、模型不相同的楼房, 要分层存储。
4.2三维建模。
三维模型主要来源于三个方面。1、Arc GIS提供的三维符号库该库提供了路灯、树木、楼房等模型, 这些符号可以直接使用;2、通过Sketch up、3D MAX等三维软件建模这种方法对建模技术的要求比较高, 建模工作复杂, 通过笔者对Sketch up、3D MAX的初步研究, 认为使用Sketch up建模可以满足三维数字规划图制作的需要。3、使用矢量数据批量建模使用Arc GIS的三维功能, 通过提供空间实体的高程信息即可快速完成大区域范围的建模工作, 这种方法建模的成果没有纹理信息, 但可以宏观表达各个空间实体的相对高度, 适用于总体规划图的宏观信息表达。四平职业大学数字三维规划图主要采用了“Arc GIS提供的三维符号库”和“使用矢量数据批量建模”的方法相结合, 完成了四平职业大学数字三维规划图的制作, 由于没有四平职业大学各个空间实体的数码照片数据, 因此, 没有为空间实体添加纹理信息。
5、数字三维规划图的输出与整饰。
在Arcglobe下完成三维场景制作后, 选取合适的角度输出三维规划图, 最后在Photoshop下制作标题、图框、制作单位等图面整饰内容, 这样就完成了数字三维规划图的制作。
6、结论
关键词:数字校园 建模方法 三维景观
中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0073-02
引言
数字校园是传统校园的数字化表达。在传统校园的基础上,利用计算机网络等技术,将学校的环境、资源等要素进行数字化。实现办公、管理和服务的网络化。作为数字化校园建设的重要组成部分——虚拟校园,是对大学校园的数字化和虚拟化。它在大学的优化管理、校园规划、辅助决策和学校发展等方面发挥了重要作用[1]。通过建立视觉效果逼真的三维虚拟校园,可以将真实的校园景观生动的展现在用户面前。用户可以利用计算机网络进行远程访问,并可通过计算机在虚拟校园中漫游[2]。
本文以某校园为例,对数字校园建设中的三维景观建模方法进行分析和实践,并建立部分虚拟校园三维景观。
1 三维景观建模方法分析
近年来,许多学者对三维景观建模技术进行了研究和实践。郝卫英研究了三维景观建模中地表山体的建模方法,利用二维矢量数据,通过三维地理信息系统软件IMAGIS平台,生成了研究区的DEM,并以此为基础构建了山体模型[3]。黄秀常等运用桌面式VR系统以3D MAX为建模工具,建立了虚拟校园漫游系统,并将其在网上发布,供用户浏览。毕晓佳等以遥感图像为基础数据,利用数字地球平台建立了成都理工大学虚拟校园系统[4]。从这些研究中可以看出,数字校园三维景观建模的关键问题是建模方法的选择。目前,用于数字校园三维建模的主要方法有基于AutoCAD、3DS MAX建模、基于MultiGen、ImaGIS建模及SketchUp建模等。这些方法各有优点。数字校园建筑物建模方法的选用,需充分考虑建筑物三维模型在数字校园系统的作用。本实验所建建筑物三维模型一方面是将现实校园景观进行虚拟化表达。另一方面还需满足后续建立数字校园三维地理信息系统的需求。因些,在选用建模方法时,选用了SketchUp软件平台。SketchUp是Goole公司的一款建筑草图设计工具软件。其主要特点是操作简单、建模速度快,使用者能方便地实现从二维平面图形到三维模型的设计。更重要的是其所建模型能够快速导入到地理信息系统软件ArcScene模块中。
2 建筑物三维建模过程
2.1 数据获取
在建筑物三维景观建模过程中,所需要的原始数据主要包括建模区域的二维平面图、建筑物的高度数据、粘贴纹理所需的建筑物照片和地形图。其中二维平面图和建筑物高度数据对于三维模型的质量有着重要的影响。目前地形图数据获取的方法主要有:原图数字化、航测方法、实地测绘等。在本实验中,我们利用全站仪和动态GPS对研究区域进行地形图的测绘。为保证数据质量,对主要建筑物的尺寸进行了检核测量。高度数据的获取采用了两种方法,一种是利用全站仪中的悬高测量程序,此方法的优点是测量的精度较高,缺点是安置仪器及观测的操作较复杂。对于建筑物高度测量精度要求不高时,可采用一些特殊的方法。在建筑物旁边适当位置立一个三米长的水准尺,在实地量取影子的长度,再量取建筑物影子的长度。根据影子的长度及水准尺的长度即可推算出建筑物的高度。
纹理数据是利用数码相机对建筑物侧面进行拍照,将所拍影像利用PhotoShop软件进行裁剪、拼接等处理。
2.2 建模步骤
(1)平面图形数据导入。
二维矢量图形在三维景观模型构建中的作用非常关键,是建筑物三维模型的数据基础,为建模提供了各地物的真实尺寸。本实验中建筑物平面图形的数据为CAD格式,所测平面图中包含了多个图层。为了加快软件的运行速度和减小文件数据量,在将数据导入SketchUp之前,需要將建模中不需要的部分图层和线条利用CAD中的“purge”命令清除掉。在数据导入时,一般采用的“单位”是mm,这样做的目的是使SketchUp中的图形尺寸与CAD中保持一致,在后续进行建筑物拉伸时可直接输入实际获得的建筑物高度,不必进行转换。导入的CAD数据不能直接用于三维模型的建立,需要将导入的线条进行连接处理形成面。导入的CAD平面图如图1所示。
(2)建筑物三维建模。
在SketchUp建模时,如需表达建筑物的细节,在建模时需要获取建筑物门、窗、阳台等细部尺寸。将这些部件模型建好,根据获取的位置数据将模型“安装”到建筑物的主体模型上。也可以在建模时只表达建筑物的主体部分,细节部分则通过纹理图片表达。初步建立的模型与真实的建筑物形状是一致的。如图2所示,为教学楼模型。为了使建立的三维模型更逼真,更具真实感,还需对模型进行纹理粘贴。SketchUp提供了两种贴图方式,普通贴图和投影贴图。对于模型中的平面墙体,采用普通贴图。贴图后通过调整贴图坐标即可达到满意的效果。弧形建筑物墙体需采用投影贴图,否则会出现贴图变形,不能达到预期效果。本实验中教学楼和实验楼的弧形墙体采用的就是投影贴图方法。如图3所示是粘贴纹理后的教学楼模型。图4所示为粘贴纹理后的实验楼模型。
(3)校园三维景观构建。
将校区二维矢量图或影像图导入到SketchUp中,生成三维场景底图。把建好的建筑物及相关附属设施模型导入到校园场景中。根据矢量图利用旋转、平移和缩放工具进行调整,使其大小和位置与底图相一致,形成校园三维景观。
3 建模应注意的问题
在利用SketchUp进行三维景观建模中,有以下几个问题需要注意。
(1)冗余数据的处理:作为建模所需的CAD格式的平面图,往往包含多个图层。而有些图层在建模中是不需要的。这些多余的数据会影响软件的运行速度。在图形数据导入之前,需要在CAD中将无用的图层数据进行删除,并利用purge命令进行处理。(2)平面的生成:图形数据导入后,多边形并没有自动生成面状区域,在操作时不需要沿多边形边线重新绘制,只需要绘制一条对角线,生成面状区域后将对角线删除即可。(3)分层管理:当所建场景中模型比较多时,一定要分层。将不同种类的模形定义为不同的图层,使模型的管理更加方便。(4)纹理贴图处理:数码相机拍摄得到的建筑物纹理,受拍摄位置及障碍物的影响,会存在着一定的变形。需要利用PhotoShop软件进行色彩平衡、纠正、裁剪和拼接等处理。对于相似的纹理,可只拍局部纹理进行拼接处理得到建筑物表面完整纹理。考虑到运行速度和数据量问题,纹理图片大小最好控制在100k以下。也可以在贴图时重点部位采用真实纹理,其他部位采用SketchUp软件本身提供的纹理和材质。
4 结语
利用SketchUp软件进行数字校园三维景观建模简单易行、效率高、建模周期短。所建模型可以直接导入到数字地球平台Google Earth或地理信息系统软件ArcScene模块中。对于大学校园新建校区建筑物进行建模时,还可以直接以校区建设的规划图作为源数据,通过规划平面图、立面图获取建筑物的位置、平面尺寸及相应细部构件(如门、窗)等几何尺寸。所建立的建筑物模型具有可量测性,为数字校园三维地理信息系统的建设提供可靠的基础数据。
参考文献
[1]徐峰,陈敏智.虚拟校园三维仿真系统的设计及实现[J].浙江工业大学学报,2007,35(2):156～158.
[2]汪娟娟,康玲.虚拟现实在数字校园中的应用[J].计算机仿真,2003,20(6):79～80.
[3]郝卫英.基于IMAGIS二维矢量数据的城市三维景观构建方法[J].城市勘测,2008(1),44～46.
[4]毕晓佳,苗放,叶成名.基于数字地球平台的三维虚拟数字校园建设[J].地理空间信息,2008,6(3),94～96.
引言
数字校园是传统校园的数字化表达。在传统校园的基础上,利用计算机网络等技术,将学校的环境、资源等要素进行数字化。实现办公、管理和服务的网络化。作为数字化校园建设的重要组成部分——虚拟校园,是对大学校园的数字化和虚拟化。它在大学的优化管理、校园规划、辅助决策和学校发展等方面发挥了重要作用[1]。通过建立视觉效果逼真的三维虚拟校园,可以将真实的校园景观生动的展现在用户面前。用户可以利用计算机网络进行远程访问,并可通过计算机在虚拟校园中漫游[2]。
本文以某校园为例,对数字校园建设中的三维景观建模方法进行分析和实践,并建立部分虚拟校园三维景观。
1 三维景观建模方法分析
近年来,许多学者对三维景观建模技术进行了研究和实践。郝卫英研究了三维景观建模中地表山体的建模方法,利用二维矢量数据,通过三维地理信息系统软件IMAGIS平台,生成了研究区的DEM,并以此为基础构建了山体模型[3]。黄秀常等运用桌面式VR系统以3D MAX为建模工具,建立了虚拟校园漫游系统,并将其在网上发布,供用户浏览。毕晓佳等以遥感图像为基础数据,利用数字地球平台建立了成都理工大学虚拟校园系统[4]。从这些研究中可以看出,数字校园三维景观建模的关键问题是建模方法的选择。目前,用于数字校园三维建模的主要方法有基于AutoCAD、3DS MAX建模、基于MultiGen、ImaGIS建模及SketchUp建模等。这些方法各有优点。数字校园建筑物建模方法的选用,需充分考虑建筑物三维模型在数字校园系统的作用。本实验所建建筑物三维模型一方面是将现实校园景观进行虚拟化表达。另一方面还需满足后续建立数字校园三维地理信息系统的需求。因些,在选用建模方法时,选用了SketchUp软件平台。SketchUp是Goole公司的一款建筑草图设计工具软件。其主要特点是操作简单、建模速度快,使用者能方便地实现从二维平面图形到三维模型的设计。更重要的是其所建模型能够快速导入到地理信息系统软件ArcScene模块中。
2 建筑物三维建模过程
2.1 数据获取
在建筑物三维景观建模过程中,所需要的原始数据主要包括建模区域的二维平面图、建筑物的高度数据、粘贴纹理所需的建筑物照片和地形图。其中二维平面图和建筑物高度数据对于三维模型的质量有着重要的影响。目前地形图数据获取的方法主要有:原图数字化、航测方法、实地测绘等。在本实验中,我们利用全站仪和动态GPS对研究区域进行地形图的测绘。为保证数据质量,对主要建筑物的尺寸进行了检核测量。高度数据的获取采用了两种方法,一种是利用全站仪中的悬高测量程序,此方法的优点是测量的精度较高,缺点是安置仪器及观测的操作较复杂。对于建筑物高度测量精度要求不高时,可采用一些特殊的方法。在建筑物旁边适当位置立一个三米长的水准尺,在实地量取影子的长度,再量取建筑物影子的长度。根据影子的长度及水准尺的长度即可推算出建筑物的高度。
纹理数据是利用数码相机对建筑物侧面进行拍照,将所拍影像利用PhotoShop软件进行裁剪、拼接等处理。
2.2 建模步骤
(1)平面图形数据导入。
二维矢量图形在三维景观模型构建中的作用非常关键,是建筑物三维模型的数据基础,为建模提供了各地物的真实尺寸。本实验中建筑物平面图形的数据为CAD格式,所测平面图中包含了多个图层。为了加快软件的运行速度和减小文件数据量,在将数据导入SketchUp之前,需要将建模中不需要的部分图层和线条利用CAD中的“purge”命令清除掉。在数据导入时,一般采用的“单位”是mm,这样做的目的是使SketchUp中的图形尺寸与CAD中保持一致,在后续进行建筑物拉伸时可直接输入实际获得的建筑物高度,不必进行转换。导入的CAD数据不能直接用于三维模型的建立,需要将导入的线条进行连接处理形成面。导入的CAD平面图如图1所示。
(2)建筑物三维建模。
在SketchUp建模时,如需表达建筑物的细节,在建模时需要获取建筑物门、窗、阳台等细部尺寸。将这些部件模型建好,根据获取的位置数据将模型“安装”到建筑物的主体模型上。也可以在建模时只表达建筑物的主体部分,细节部分则通过纹理图片表达。初步建立的模型与真实的建筑物形状是一致的。如图2所示,为教学楼模型。为了使建立的三维模型更逼真,更具真实感,还需对模型进行纹理粘贴。SketchUp提供了两种贴图方式,普通贴图和投影贴图。对于模型中的平面墙体,采用普通贴图。贴图后通过调整贴图坐标即可达到满意的效果。弧形建筑物墙体需采用投影贴图,否则会出现贴图变形,不能达到预期效果。本实验中教学楼和实验楼的弧形墙体采用的就是投影贴图方法。如图3所示是粘贴纹理后的教学楼模型。图4所示为粘贴纹理后的实验楼模型。
(3)校园三维景观构建。
将校区二维矢量图或影像图导入到SketchUp中,生成三维场景底图。把建好的建筑物及相关附属设施模型导入到校园场景中。根据矢量图利用旋转、平移和缩放工具进行调整,使其大小和位置与底图相一致,形成校园三维景观。
3 建模应注意的问题
在利用SketchUp进行三维景观建模中,有以下几个问题需要注意。
(1)冗余数据的处理:作为建模所需的CAD格式的平面图,往往包含多个图层。而有些图层在建模中是不需要的。这些多余的数据会影响软件的运行速度。在图形数据导入之前,需要在CAD中将无用的图层数据进行删除,并利用purge命令进行处理。(2)平面的生成:图形数据导入后,多边形并没有自动生成面状区域,在操作时不需要沿多边形边线重新绘制,只需要绘制一条对角线,生成面状区域后将对角线删除即可。(3)分层管理:当所建场景中模型比较多时,一定要分层。将不同种类的模形定义为不同的图层,使模型的管理更加方便。(4)纹理贴图处理:数码相机拍摄得到的建筑物纹理,受拍摄位置及障碍物的影响,会存在着一定的变形。需要利用PhotoShop软件进行色彩平衡、纠正、裁剪和拼接等处理。对于相似的纹理,可只拍局部纹理进行拼接处理得到建筑物表面完整纹理。考虑到运行速度和数据量问题,纹理图片大小最好控制在100k以下。也可以在贴图时重点部位采用真实纹理,其他部位采用SketchUp软件本身提供的纹理和材质。
4 结语
利用SketchUp软件进行数字校园三维景观建模简单易行、效率高、建模周期短。所建模型可以直接导入到数字地球平台Google Earth或地理信息系统软件ArcScene模块中。对于大学校园新建校区建筑物进行建模时,还可以直接以校区建设的规划图作为源数据,通过规划平面圖、立面图获取建筑物的位置、平面尺寸及相应细部构件(如门、窗)等几何尺寸。所建立的建筑物模型具有可量测性,为数字校园三维地理信息系统的建设提供可靠的基础数据。
参考文献
[1]徐峰,陈敏智.虚拟校园三维仿真系统的设计及实现[J].浙江工业大学学报,2007,35(2):156～158.
[2]汪娟娟,康玲.虚拟现实在数字校园中的应用[J].计算机仿真,2003,20(6):79～80.
[3]郝卫英.基于IMAGIS二维矢量数据的城市三维景观构建方法[J].城市勘测,2008(1),44～46.
[4]毕晓佳,苗放,叶成名.基于数字地球平台的三维虚拟数字校园建设[J].地理空间信息,2008,6(3),94～96.
