基于Android的校园三维导览系统的设计与实现

第３１卷　第２期　哈尔滨师范大学自然科学学报　Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．２　２０１５　ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＡＲＢＩＮ　ＮＯＲＭＡＬ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　

基于Ａｎｄｒｏｉｄ的校园三维导览系统的设计与实现术　许林然　（哈尔滨师范大学）　【摘要】为了向用户提供更直观、更便捷的校园三维地图展示，基于Ａｎｄｒｏｉｄ　平台，运用ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ三维编程技术开发出了一个校园三维导览系统．系统实现了　三维地图的放大、缩小、平移以及地物的信息浏览等功能．该系统可以极大地推进　校园的数字化建设进程．　【关键词】Ａｎｄｒｏｉｄ开发；ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ；三维编程；数字校园　中图分类号：Ｐ２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—５６１７（２０１５）０２—００７７—０４　

０　引言　随着移动通信技术、计算机信息技术等新技　术的高速发展，平板电脑、智能手机等移动设备　层出不穷，智能手机等移动设备已经成为人们日　常生活的必需工具，快捷直观的地图查询越来越　受到人们的重视　．Ａｎｄｒｏｉｄ是Ｇｏｏｇｌｅ公司于　２００７年１１月５日发布的基于Ｌｉｎｕｘ内核的移动　平台，是一个真正的开源移动开发平台　．　ＯｐｅｎＧＬ是由ＳＧＩ公司开发的一套３Ｄ图形　软件接口标准．ＯｐｅｎＧＬ的体系结构简单、使用方　便，并且具有与操作平台无关的优良特性，这使　得其迅速成为一种３Ｄ图形接口的工业标准，并　陆续在各种平台上得以实现．Ａｎｄｒｏｉｄ平台下支　持的高性能的３Ｄ图像编程接口是通过ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ来实现的．ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ是专门根据手持及移　动设备的特点对ＯｐｅｎＧＬ标准进行裁剪定制产　生的　Ｊ．ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ是ＯｐｅｎＧＬ三维图形ＡＰＩ的　子集．　为了加快校园的数字化进程以及方便外界　和广大学生对校园的地理环境进行了解，开发一　个基于Ａｎｄｒｏｉｄ的校园的三维导览系统具有重要　意义．该系统提供的移动端三维地图的展示相对　收稿日期：２０１４—０９—２２　哈尔滨师范大学大学生实践创新基金资助　传统的二维地图展示，具有方便快捷、直观形象　的特点．　１　系统设计　在ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ当中只支持点、线和三角形面　这三种基本图元的绘制，三角形面是最基础的平　面类型，同时也是ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ中唯一的平面类　型，利用若干个三角形面可以构成复杂的三维物　体．由于在ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ中并没有提供构建复杂三　维模型的高级命令，所以使用ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ程序来　建立三维模型时过程比较繁琐、直观性较差、编　程量较大．此外如果建模时需要对模型的数据进　行修改，那么修改的效率也是很低的．　运用三维建模软件进行建模不需要编程便　可以直观地构造外观精细的三维模型，大大提高　了软件的开发效率．由于最终的目的是能够在　Ａｎｄｒｏｉｄ平台上对三维场景进行控制和交互，于　是，需要把三维建模软件中已建立好的模型的数　据导人到Ａｎｄｒｏｉｄ平台上加以利用，然后在　ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ程序中对模型数据进行解析　Ｊ，运用　光照、纹理和模型变换等函数，就可以把三维场　景在Ａｎｄｒｏｉｄ平台上渲染出来．　Ａｎｄｒｏｉｄ中的用户界面视图的显示与交互是　７８　哈尔滨师范大学自然科学学报　２０１５年第３１卷　通过Ａｃｔｉｖｉｔｙ组件加载用户界面Ｖｉｅｗ来实现的，　同样对于三维场景的显示也需要借助于Ｖｉｅｗ．　Ａｎｄｒｏｉｄ专门定义了ＧＬＳｕｒｆａｃｅＶｉｅｗ类，该类是　Ｖｉｅｗ类的子类，它为ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ提供了一个专　用的渲染线程．ＧＬＳｕｒｆａｃｅＶｉｅｗ类是Ａｎｄｒｏｉｄ和　ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ联系的纽带．　系统的设计思路如图１所示．　图１　系统设计思路图　２　系统关键技术实现　２．１　三维场景的建模与ＯＢＪ格式文件的解析　三维场景建模的首要任务就是收集建模的　数据…，系统所需的建模数据主要有校园的二维　平面图、校园的地形图、实测图片、三维观测数据　等．其中校园的二维平面图是指校园的规划设计　ＣＡＤ图，它是三维场景建模的主要数据源；校园　的地形是指校园的遥感卫星图像，它可以作为三　维场景的地形底图；实测图片是指建筑物、道路、　草地等的表面纹理图片；三维观测数据指的是建　筑物的高程数据．系统在进行三维场景建模时所　采用的三维建模软件是３ＤＭＡＸ，该软件具有模　型表达精细、建模工具丰富等特点．由于校园规　划设计ＣＡＤ图是三维建模的主要数据源，使用　３ＤＭＡＸ进行三维建模可以实现与建模数据源的　无缝融合　．　在３ＤＭＡＸ中完成校园三维场景的建模后，　由于Ａｎｄｒｏｉｄ平台上的ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ无法直接读　取模型文件，所以就需要把模型文件保存为　ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ可以读取的文件，３ＤＭＡＸ中提供了　几种可以被ＯｐｅｎＧＬ　ＥＳ读取的输出文件格式，在　此选择了比较通用的ＯＢＪ文件格式．ＯＢＪ文件是　以纯文本的形式记录三维模型的顶点、法向量、　纹理坐标和材质使用信息．在ＪＡＶＡ程序中结合　正则表达式对ＯＢＪ文件进行解析，把解析过程中　所获取的顶点坐标、纹理坐标、法向量坐标等模　型信息存放到数组ＡｒｒａｙＬｉｓｔ当中，以便ＯｐｅｎＧＬ　Ｅｓ进行模型的绘制与渲染时使用．其代码如下　所示（以获取顶点坐标为例）：　Ｓｔｒｉｎｇ［］ｔｅｍｐｓａ＝ｔｅｍｐｓ．ｓｐｌｉｔ（”［］＋”）；／／　用空格分割行中的各个组成部分　ｉｆ（ｔｅｍｐｓａ［０］．ｔｒｉｍ（）．ｅｑｕａｌｓ（”ｖ”））　｛／／此行为顶点坐标　／／若为顶点坐标行则提取出此顶点的　ＸＹＺ坐标添加到原始顶点坐标列表中　ａｌｖ．ａｄｄ（Ｆｌｏａｔ．ｐａｒｓｅＦｌｏａｔ（ｔｅｍｐｓａ［１］））；／／Ｘ　坐标　ａｌｖ．ａｄｄ（Ｆｌｏａｔ．ｐａｒｓｅＦｌｏａｔ（ｔｅｍｐｓａ［２］））；／／Ｙ　坐标　ａｌｖ．ａｄｄ（Ｆｌｏａｔ．ｐａｒｓｅＦｌｏａｔ（ｔｅｍｐｓａ［３］））；／／Ｚ　坐标　／／ａｌｖ为ＡｒｒａｙＬｉｓｔ＜ｆｌｏａｔ＞型数组｝　２．２三维地图的平移功能的实现　三维场景的平移功能的实现需要用到平移　变换函数ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（ｆｌｏａｔ　，ｆｌｏａｔ　Ｙ，ｆｌｏａｔ　ｚ），在　Ｒｅｎｄｅｒｅｒ类中定义两个成员变量ｘｏｆｆｅｓｔ和ｙｏｆ－　ｆｅｓｔ，分别表示沿　轴和Ｙ轴的位移，并对其进行　初始化，然后传给ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ函数．在ＧＬＳｕｒ－　ｆａｃｅＶｉｅｗ的屏幕触摸事件下，如果发生ＡＣＴＩＯＮ—　ＭＯＶＥ操作，则根据屏幕拖动的起点和终点计算　轴方向的位移和ｙ轴方向的位移，分别赋给　ｘｏｆｆｅｓｔ和ｙｏｆｆｅｓｔ，然后调用ＧＬＳｕｒｆａｅｅＶｉｅｗ的重绘　方法ｒｅｑｕｅｓｔＲｅｎｄｅｒ（）屏幕上即呈现出三维场景　平移后的效果．　２．３　三维地图的放大、缩小功能的实现　在Ｒｅｎｄｅｒｅｒ类中定义两个成员变量ｘＳｃａｌｅ　和ｙＳｃａｌｅ，分别表示在　轴和ｌ，轴上的缩放因　子，并对其进行初始化，在ｏｎＤｒａｗＦｒａｍｅ（）函数　中调用ｇｌＳｃａｌｅ（ｘＳｃａｌｅ，ｙＳｃａｌｅ，１．Ｏｆ）．当发生放　大或缩小操作时，根据预先设定的放大或缩小比　例，修改ｘＳｃａｌｅ和ｙＳｃａｌｅ的值，然后调用ＧＬＳｕｒ—　ｆａｃｅＶｉｅｗ的重绘方法ｒｅｑｕｅｓｔＲｅｎｄｅｒ（）屏幕上即　呈现出三维场景放大或缩小后的结果．能够产生　放大和缩小的操作有以下两种．　．　第一种是直接点击屏幕上的放大、缩小按　钮．ＩｍａｇｅＢｕｔｔｏｎ按钮是Ａｎｄｒｏｉｄ　ＳＤＫ提供的基本　的ｕＩ组件，为了能使ＩｍａｇｅＢｕｔｔｏｎ按钮能够“悬　浮”在ＧＬＳｕｒｆａｃｅＶｉｅｗ上，把ＩｍａｇｅＢｕｔｔｏｎ按钮布　局在另一个ＸＭＬ文件中，并在该ＸＭＬ文件中设　置ＯｎＣｌｉｃｋ属性，以便响应在主程序中定义的放　大、缩小方法，然后通过Ｌａｙｏｕｔｌｎｆｌａｔｅｒ把这个　ＸＭＬ文件和程序默认的ＸＭＬ合并在一起．其代　第２期　不同受限条件下纳米ｃｕ液体的结晶过程研究　ｌｌ５　［５］　

［６］　［７］　

Ｓｉｖｅｂａｅｋ　Ｍ。Ｓａｍｏｉｌｏｖ　Ｖ　Ｎ，Ｐｅｒｓ￥ｏｎ　Ｐ　Ｎ．Ｅｆｉｅｃｔｉｖｅ　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒ，２０１２，　ｌＯ８（３）：０３６１０２．　Ｇａｏ　Ｊ　Ｐ，Ｌｕｅｄｔｋｅ　Ｗ　Ｄ，Ｌａｎｄｍａｎ　Ｕ．Ｌａｙｅｒｉｎｇ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｎｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ　ｆｉｌｍｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒ，　１９９７，７９（４）：７０５—７０９．　Ｍｉｙａｈａｒａ　Ｍ，Ｇｕｂｂｉｎｓ　Ｋ　Ｅ．Ｆｒｅｅｚｉｎｇ／ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｆｏｒ　Ｌｅｎｎａｒｄ—Ｊｏｎｅｓ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｎ　ｓｌｉｔ　ｐｏｒｅｓ：Ａ　Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　ｓｔｕｄｙ．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９７，１０６（７）：２８６５—２８８０．　

［８］　Ｍａｄｄｏｘ　Ｍ，Ｇｕｂｂｉｎｓ　Ｋ　Ｅ．Ａ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ／ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｆｏｒ　Ｌｅｎｎａｒｄ—Ｊｏｎｅｓ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｎ　ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　ｎａｎｏｓｃａｌｅ　ｐｏｒｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ．　１９９７，１０７（２２）：９６５９—９６６７．　［９］Ｄａｓ　Ｃ　Ｋ，Ｓｉｎｇｈ　Ｊ　Ｋ．Ｍｅｌｔｉｎｇ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｆｉｎｅｄ　Ｌｅｎｎａｒｄ—　Ｊｏｎｅｓ　ｓｏｌｉｄｓ　ｉｎ　ｓｌｉｔ　ｐｏｒｅｓ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ａｃｃｏｕｎｔｓ．　２０１３，１３２（４）：１３５１—１—１３．　［１０］张瞍，张晓茹，管立，等．金属ｃｕ熔化及结晶行为的计算　机模拟．金属学报，２００４，４０（３）：２５１—２５６．　

Ｔｈｅ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｉｔｉ０ｎ　ｏｆ　Ｎａｎｏ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｕ　Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　ｂｙ　Ｄｉｆｅｒｅｎａｔ　Ｗａｌｌ　Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｎｌｏｎｇ　（Ｈａｒｂｉｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｕ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｏｎｆｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｗａｌｌ　ｕｓｉｎｇ　ＥＡＭ（ｅｍｂｅｄ　ａｔｏｍ　ｍｏｄｅ１）ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ　ｉｓ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（Ｔｍ）ｉｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ａｎｄ　Ｔｍ　ｏｆ　ｗｅｔｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ（ｓ　＝０．６　ｅＶ）ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｗｅｔｔｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ（　＝０．２　ｅＶ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｄｙｎａｍｉｃｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　ｌｉｑｕｉｄ；Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅ