全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (增刊 ) : 134～137
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008)增刊 20134204
VRGIS在森林资源管理中的研究与应用
蒋 　贱 , 温小荣 , 佘光辉
(南京林业大学森林资源与环境学院 ,江苏 南京　210037)
关键词 :虚拟现实地理信息系统 ; A rcEngine;森林资源管理 ;虚拟场景
中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007212210
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (3057149)
作者简介 : 蒋　贱 (19822) ,男 ,南京林业大学森林资源与环境学院 ,主要研究方向 :虚拟地理信息系统.
Research and Applica tion of VRG IS in Forest ResourcesM anagem en t
J IANG J ian, W EN X iao2rong, SHE Guang2hui
(College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing　210037, J iangsu, China)
Abstract: This paper is based on the theoretical research of visual reality geographical information system, including
the acquisition of three2dimensional space model, three2dimensional data model, D igital Terrain Model, D igital
Elevation Model and the exp ression of levels of detail of 3D space date and three2dimensional data visual exp ression
etc. Based the A rcEngine as tool, this paper created virtual reality topographical scene of Zijin mountain region,
realized the interactive operation, just like Zoom ing in, Zoom ing out, Rotating, Roam ing and Simulating, and
SAconstructed a case of VRGIS on Zijin mountain region.
Key words:VRGIS; A rcEngine; forest resources management; virtual landscape
　　随着信息技术和相关学科的发展及应用的不断
深入 ,二维地理信息系统在森林资源管理中已得到了
普遍的推广 ;但是随着森林资源管理信息化的进一步
深入 ,用户提出了一个更高的要求 ,希望建立以林业
空间数据为依托 ,用宽带网连接各分布式数据库 ,以
虚拟现实技术为特征 ,具有三维显示和无边无缝多级
分辨率浏览的开放式林业信息系统 ,用户可以根据自
己的需要实时地调用和获取自己需要的信息 [ 122 ]。
VRGIS ( V irtual Reality Geography Information
System)是地理信息系统与虚拟现实技术相结合的
产物 ,是目前地理信息系统和虚拟现实技术研究的
热点和前沿方向之一。在 20 世纪 90 年代初期 ,
Fuast[ 3 ]比较成功地进行了地理信息系统和虚拟现
实系统的集成试验 ,并提出了虚拟现实地理信息系
统 (VRGIS)。简单地说 , VRGIS是一种以 VR技术
作为主要的用户界面和交互方法 ,同时 ,具备空间数
据的存储、处理、查询和分析等功能的 GIS系统 [ 4 ]。
目前 ,森林资源管理的发展不再仅仅满足于二维
几何 ,使用具有真三维、每个目标数据具有三维空间
坐标的位置特征化的 VRGIS技术在森林资源管理中
有很好的应用前景。虚拟现实地理信息系统 (VR2
GIS)可真实地再现林区的地形地貌 ,为全面了解森林
资源环境提供了一个理想的空间支撑 ,为科学地开发
自然界、合理的配置资源提供科学依据 ,可极大地提
高森林资源的建设和管理水平 ,为各级领导管理、指
挥、调度、协调工作提供快速、准确的信息服务 ,从而
全面实现林业部门对森林资源管理工作的数字化 ,为
实现林业的现代化和可持续发展奠定基础。
1　系统实现及其关键技术
1. 1　系统概述
本文研究案例 :森林资源管理虚拟现实地理信
息系统 (简称 FRMVRGIS)是以紫金山林区为研究
区域、以数字正射投影 ( DOM )、数字高程模型
增刊 蒋 　贱等 : VRGIS在森林资源管理中的研究与应用
(DEM )、数字地面模型以及三维数据可视化的表
达等技术在森林资源管理中的应用为目标 ,基于
A rcEngine开发组件建立虚拟现实地理信息系统。
它将先进的三维可视和虚拟现实技术进行集成 ,再
现了现实世界的地理地貌 ,用户可以用键盘、鼠标
控制视点的位置和视线的方向进行漫游 ,同时可以
进行火灾事故的动态扩展和救援模拟及影响范围
的分析。
1. 2　系统实现过程
具体过程如图 1所示。
图 1　森林资源管理虚拟现实地理信息系统实现流程图
1. 3　关键技术
1. 3. 1　三维地形的生成 　A rcEngine的三维分析
模块可以从现有的数据集中创建新的表面 ,它允
许以规则空间格网 (栅格模型 )或不规则三角形
( TIN模型 )两种形式来创建表面以适合于某些
特定的数据分析 [ 5 ] 。本系统中采用等高线生成
TIN的方法建立表面模型 :首先对等高线进行处
理 ,用 A rcToolbox工具对等高线进行拉稀、光滑处
理 ,然后对等高线选择不同的算法 ,将参数进行
简化、平滑处理后 ,选择合适的方案高程值 ,建立
TIN。接下来把配准好的相关的场景图层 ,如遥
感图像等以 TIN 为表面 ,覆盖在上面 ,形成三维
场景。
1. 3. 2　三维模型的建立 　地表的建筑物和树木可
以分为两类 :普通地物和重要地物。对于普通地物 ,
使用外部建模工具建立模型 ,如 3D Max和 Sketch2
Up,然后 ,转换为 A rcEngine可读的 serverstyle格式
的模型数据。场景建模时 ,可以对大小和位置进行
调节 ,而重要地物 ,如标志性建筑物、重要的房屋、珍
稀名木等 ,这些地物由于需要真实的地理位置和大
小 ,这时需要在 A rcMap中首先进行二维真实地理位
置和大小的录入 ,形成地理图层 ,然后利用 A rcGIS
的 SketchUp插件 ,导入到 SketchUp中 ,进行建模 ,建
立三维模型后 ,保存为 A rcEngine中可使用的 multi2
Patch格式数据 [ 6 ]。
三维地物的基本模型建立后 ,由于这些模型只
能模拟形状 ,无法模拟地物的具体纹理特征 ,所以必
须通过实地采集地物的纹理 ,利用三维处理工具的
纹理映射功能 ,给所有三维地物贴上对应的纹理 ,使
生成的三维地物更加逼真。
本系统建模中构建树木的模型 ,采用的方法
是 :对于珍稀名木 ,系统采用 3D M ax对主要枝干
完全建模 ,然后 ,在枝干上贴上真实的树皮纹理
及以真实纹理建模的树叶 ;对于普通树木 ,先用
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
数码采集树木多角度的侧面照片 ,然后使用 3D
M ax等工具裁剪出成像部分 ,即清除照片上所有
空白的地方 ,然后把所有裁剪出来的部分以树干
为中心相交 ,最后保存为 A rcEngine中可读的 3 ds
格式 ,这样可以达到很好的视觉效果 [ 7 ] 。
1. 3. 3　数字林业虚拟现实平台的实现 　本系统基
于 A rcEngine的 GlobeControl三维分析模块开发 ,采
用等高线生成的 TIN作为地面模型 ,以遥感影像作
为地貌 ,导入 multiPatch格式的具有真实大小和位
置的标志地物 ,然后 ,根据场景情况 ,从模型库中批
量添加普通的地表物 ,形成高度逼真的数字林业虚
拟场景 ,最后添加 A rcEngine组件强大的分析和计算
功能 [ 8 ]。用户可以通过键盘、鼠标控制视点的位置
和视线的方向 ,对整个场景进行自由的浏览。此外 ,
还可以查询对象属性 ,进行模拟、分析和预测 ,并输
出分析和模拟结果。图 2为本系统生成的三维场景
的部分截图。
图 2　森林资源管理虚拟现实地理信息系统场景截图
2　系统的主要功能与特色
2. 1　虚拟漫游
虚拟漫游有两种方式 ,一种是手动方式 ,用户可
以使用键盘上的四个方向键控制漫游的前进、后退、
左转和右转 ,使用 Home、End、Page Up和 Page Down
键控制漫游视点的升高、降低、俯视和仰视 ;另一种
是自动方式 ,即用户可以预先定义一条漫游路径 ,在
需要漫游时直接播放即可。
2. 2　信息查询功能
本系统以 File Geodatabase为空间数据模型 ,实
现信息查询和信息管理 ,使用户在浏览过程中可以
随时查询各个实体的信息 ,如小班、林班或树种信息
等。本信息系统还具有完善的图层管理功能 ,可用
于复杂树种和地形地貌的观察、分析以及信息分类
管理等。
2. 3　虚拟造林的模拟
通过设置造树的区域、密度及树种的类型等
参数 ,系统可以批量生成树 ,并且以不同的符号
类型来表示不同的树种 ;通过设置相关的生长参
数 ,还可以生动的模拟再现树木生长、森林的形
成过程。
2. 4　森林火灾蔓延及森林火灾扑救指挥系统的
模拟
通过设置风速、风向以及爆发时间和其它天气
指数 ,可以动态的模拟火灾的蔓延范围 ,并进行影响
分析 ;同时可以进行动态的扑救路线分析等。
2. 5　利用 ArcEng ine的空间分析功能 ,提供空间
分析
系统的视域分析功能 ,以三维视点为中心 ,观察
四周区域 ,指定其视域范围 ,分析视通情况 ,从而合
理布局瞭望塔的地理分布。系统的地形分析功能可
以分析目标区域的关键点、最高点坐标、最低点
坐标。
2. 6　通过 GPS功能 ,进行实时显示 GPS位置
车辆即时显示效果如图 3所示。
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增刊 蒋 　贱等 : VRGIS在森林资源管理中的研究与应用
图 3　GPS救援即时位置显示
3　小结
本文通过收集资料、建立三维模型、导入模型、
制作现实场景、系统开发等一系列步骤 , 以 A r2
cEngine 3D分析扩展模块为依据 ,对 VRGIS在森林
资源管理中的应用进行了一定的研究 ,并建立了紫
金山林区 VRGIS的案例 ,为 VRGIS在林业领域的进
一步应用提供了很好的参考。
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