三維gis開發(fā)技術(shù) 三維gis開發(fā)平臺

3D GIS地理信息系統(tǒng)解決方案？

一）主要研究開發(fā)內(nèi)容

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空間數(shù)據(jù)的獲取是GIS建設與運行的基礎，數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)獲取方式的不同，對數(shù)據(jù)模型的生成產(chǎn)生很大的影響，如何根據(jù)不同的需要，采取合適的方法來獲取數(shù)據(jù)，以及如果保證數(shù)據(jù)的精確度，最終使可視化程度更接近現(xiàn)實，提高系統(tǒng)的空間查詢分析能力。

由于客觀世界的多樣性和復雜性，可視化要涉及多方面的數(shù)據(jù)集成，要采用較復雜的數(shù)據(jù)模型。為了有效的管理和分析三維GIS中的各種數(shù)據(jù)，要求三維GIS的數(shù)據(jù)模型有著很強的數(shù)據(jù)表達能力。三維GIS數(shù)據(jù)模型不但要滿足三維空間分析的需要，也要滿足三維圖形空間生成和管理的需要。如何選擇一種快速而且有效的建模方法來滿足不同應用的需求。

如何使人們能夠在一個虛擬的三維環(huán)境中，用動態(tài)交互的方式對場景進行全方位的審視，比如可以從任意角度、距離和精細程度觀察場景，可以選擇并切換多種運動模式，如行走、駕駛、飛翔等，還可以自己控制瀏覽的路線等等。

（二）技術(shù)關鍵

1、空間數(shù)據(jù)采集方法

空間數(shù)據(jù)采集是GIS建設和運行的基礎，廣義GIS空間數(shù)據(jù)不僅包括地理、測繪數(shù)據(jù)，還包括地質(zhì)環(huán)境與工程設計數(shù)據(jù)。人類在認識自然和改造自然的過程中，發(fā)現(xiàn)和發(fā)明了一系列空間定位方法與定位工具，使得人類能夠認識地球表面、內(nèi)部及其外部空間。隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)、地質(zhì)勘探和地球物理技術(shù)的發(fā)展，三維空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)不斷發(fā)展和豐富，極大地提高了人類認識自然的能力。

1.1 空間數(shù)據(jù)采集方法

空間數(shù)據(jù)的獲取既可以直接在野外通過全站儀或者GPS、激光測距儀等進行測量，也可以間接地從航空影像或者遙感圖像以及既有地圖上得到。其中地圖數(shù)字化和攝影測量是大規(guī)模空間數(shù)據(jù)采集最有效的兩種方式，應用也最為普遍。

1.1.1 地圖數(shù)字化技術(shù)

從現(xiàn)代意義上講，以往的大比例尺、航測各種比例尺成圖等，都是模擬的紙質(zhì)圖、膠片或影像。要進入GIS實現(xiàn)計算機管理，必須是數(shù)字化的電子地圖。將現(xiàn)有圖像負載的大量信息輸入數(shù)據(jù)庫的過程稱為數(shù)字化。廣義的數(shù)字化泛指將信息轉(zhuǎn)化為計算機能接收的形式的過程，而狹義的數(shù)字化則指將地圖/影像轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮氖噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。目前，地圖/影像數(shù)字化包括手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化兩種方式。前者是借助計算機和平板狀數(shù)字化儀，從已有紙質(zhì)地圖上進行重采樣，并形成數(shù)字化的坐標點列數(shù)據(jù)的過程；后者借助計算機和平板式或滾筒式掃描儀，從已有紙質(zhì)地圖上進行重采樣，并形成坐標點列數(shù)據(jù)的過程。

（1）手扶跟蹤數(shù)字化

手扶跟蹤數(shù)字化設備包括固定地圖用的數(shù)字化板和采樣用的游標，手扶數(shù)字化過程包括以下三步：圖件的預處理：在進行圖件的數(shù)字化之前，應根據(jù)圖幅內(nèi)容及圖件各要素進行編號。編號時要按照編號系統(tǒng)的統(tǒng)一要求進行，通常以小比例尺分幅或經(jīng)緯度位置分區(qū)域統(tǒng)一編號，以便于圖幅的拼接和處理；也可以按行政區(qū)域的管理范圍分區(qū)域編號。在區(qū)域編號時，對圖斑、結(jié)點、鏈段、獨立點均要事先分別編號，而主要鏈段上的特征點和特征線可在數(shù)字化時按順序遞增編號。編號結(jié)束后，應做必要的記錄，以便查詢。記錄內(nèi)容包括：圖幅編號、圖幅坐標及編號內(nèi)容等。圖幅編號之后，即可在數(shù)字化儀上進行圖件定位。

圖件的數(shù)字化：通常，數(shù)字化儀采用點模式、線模式和數(shù)據(jù)流模式采集數(shù)據(jù)。在點模式下，地圖上的各個孤立點通過將游標定位于采集點的位置上并按下按鈕進行記錄；線模式下，直線段是通過數(shù)字化線段的兩個端點來記錄的，曲線則通過對組成它的一系列直線的數(shù)字化來記錄；在數(shù)據(jù)流模式下，曲線是以時間或距離的規(guī)定間隔來自動采集曲線上點的坐標值。點模式和線模式的優(yōu)點是盡可能減少特征點丟失，重采樣精度高，缺點是采樣效率低，一般適合地籍圖、規(guī)劃圖的數(shù)字化。數(shù)據(jù)流模式的優(yōu)點是重采樣效率比較高，缺點是容易丟失特征點，一般適合地形圖、等高線圖的數(shù)字化。

圖屬關系連接：圖件數(shù)字化僅僅獲得了點、線、面要素的幾何坐標數(shù)據(jù)，還必須輸入點、線、面要素的屬性信息，并生成點、線、面要素之間的拓撲關系，拓撲關系可以通過全多邊形模式、手工模式或自動模式建立。

（2）掃描數(shù)字化

掃描數(shù)字化是使用掃描儀將整幅地圖掃描成像之后，再進行矢量轉(zhuǎn)換或屏幕跟蹤的方法。這種方式通常要求對原始材料進行預處理。例如將地圖中的各種色彩不同的地理特征先分色，復制在透明薄膜上，然后再進行掃描。目前已有自動的分色掃描儀，也有研究自動分層建庫的文獻。經(jīng)過光學掃描儀的柵格掃描方法得到地圖柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是以像素方式存儲的，在使用之前，需要將它轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)冗余、地圖縮放、漫游、存儲空間、編輯、修改以及地圖分析等方面具有柵格數(shù)據(jù)所不能比擬的優(yōu)越性，所以根據(jù)系統(tǒng)設計時選擇的地圖數(shù)據(jù)存儲格式還要進行必要的矢量化處理。柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)的方法主要分為三類，即點狀柵格的矢量化，線狀柵格的矢量化和面狀柵格的矢量化。

什么是GIS技術(shù)？

GIS是英文Geographic Information Systems的縮寫，中文習慣譯為地理信息系統(tǒng)。通常泛指用于獲取、存儲、查詢、綜合、處理、分析和顯示地理空間數(shù)據(jù)及與其相關之信息的計算機系統(tǒng)。它是隨著計算機技術(shù)和地理科學等的發(fā)展而發(fā)展起來的，它通過計算機對各種地理空間數(shù)據(jù)進行組織、管理、統(tǒng)計、分析和顯示，生成并輸出用戶所需要的各種地理信息，它由計算機、地理信息系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)庫、分析應用模型和圖形用戶界面及系統(tǒng)管理人員所組成。

自從20世紀60年代初GIS概念在加拿大提出以來，隨著多學科、多技術(shù)的發(fā)展和密切結(jié)合，尤其是計算機技術(shù)和空間分析理論的飛速發(fā)展，GIS的含義和應用在不斷擴大，GIS技術(shù)在最近20多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，并廣泛地應用于各個領域。例如，土地信息系統(tǒng)可看成是GIS技術(shù)在土地管理的具體應用，因此，GIS技術(shù)是土地信息系統(tǒng)建設最為關鍵的技術(shù)之一。

目前，GIS技術(shù)的幾個發(fā)展主要表現(xiàn)在：

（1）三維GIS和時態(tài)GIS的發(fā)展已取得了一定進展。

（2)GIS和GPS、RS三者結(jié)合的技術(shù)日益成熟。

（3）空間數(shù)據(jù)的存儲管理技術(shù)發(fā)展迅速。

隨著對象—關系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，將空間數(shù)據(jù)無縫集成在DBMS中已成為現(xiàn)實。關系數(shù)據(jù)庫（RDBMS）和GIS的結(jié)合，利用RDBMS存儲GIS數(shù)據(jù)，并通過RDBMS存取和操縱這些數(shù)據(jù)。新的RDBMS（如ORACLE產(chǎn)品）支持新的對象—關系模型，從而可以更好地支持空間數(shù)據(jù)類型（4）組件GIS技術(shù)。地理信息系統(tǒng)的組件化，就是采用組件（Component）技術(shù)實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)基礎平臺和應用系統(tǒng)。其本質(zhì)就是軟件可復用技術(shù)。COM GIS就是采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件軟件技術(shù)的GIS系統(tǒng)，其基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個組件，每個組件完成不同的功能。各個GIS組件之間以及GIS組件與非GIS組件之間，都可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS基礎平臺及應用系統(tǒng)。組件式GIS代表著當今GIS發(fā)展的潮流。

（5)Web GIS技術(shù)。Web GIS是在INTERNET信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作基礎之上實現(xiàn)GIS的在線查詢和業(yè)務處理等功能，是Internet技術(shù)應用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet），尤其是萬維網(wǎng)（WWW），已經(jīng)成為GIS的新的操作平臺。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具，從WWW的任意一個節(jié)點，Internet用戶可以瀏覽Web GIS站點中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶。

三維GIS技術(shù)是什么?

地理信息系統(tǒng)-GIS

隨著GIS應用的深入,人們越來越多地要求從真三維空間來處理問題。在應用要求較為強烈的部門如采礦、地質(zhì)、石油等領域已率先發(fā)展專用的具有部分功能的三維GIS,如加拿大LYNX Geosystems公司的LYNX軟件,但由于它們一般是針對自己的領域開發(fā)的,沒有從理論上加以系統(tǒng)完整的研究,沒有面向通用平臺進行設計,因此具有較強的局限性。這是由當時的應用要求、數(shù)據(jù)獲取手段及相關的計算機技術(shù)發(fā)展條件決定的。

由于二維GIS數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的成熟,圖形學理論、數(shù)據(jù)庫理論技術(shù)及其它相關計算機技術(shù)的進一步發(fā)展,加上應用需求的強烈推動,三維GIS的大力研究和加速發(fā)展現(xiàn)已成為可能。

當前研究和開發(fā)三維GIS的思路可歸納為兩種:

● 由于三維GIS首先要將地理數(shù)據(jù)變?yōu)榭梢姷牡乩硇畔?因此人們一方面從三維可視化領域向三維GIS系統(tǒng)擴展,這一點同早期的二維GIS來源于計算機制圖管理一樣,是從可視化角度出發(fā)的。

● 另一方面,GIS需要存儲和管理大量的空間信息和屬性信息,因此另一部分人從數(shù)據(jù)庫的角度出發(fā)向三維GIS發(fā)展,從商用數(shù)據(jù)庫向非標準應用領域擴展,將三維空間信息的管理融入RDBMS中,或是從底層開發(fā)全新的面向空間的OODBMS, 如GODO,GeoO2,GEO++,SmallWorld GIS。一個新的發(fā)展方向是將三維可視化與三維空間對象管理藕合起來,形成集成系統(tǒng)。

（2）三維GIS相關軟件發(fā)展概況

但是迄今為止,目前國際國內(nèi)還沒有一個成熟完整的三維GIS系統(tǒng),與三維GIS相關的系統(tǒng)大多集中在三維可視化方面,如EVS,Vis5D,Voxel,醫(yī)學可視化及各種CAD軟件等,也有一些三維系統(tǒng)部分實現(xiàn)三維GIS的功能,比較有名的軟件有:LYNX, IVM（Interactive Volume Modeling）, GOCAD,I/EMS,SGM等。

迄今為止,目前國際國內(nèi)還沒有一個成熟完整的三維GIS系統(tǒng),與三維GIS相關的系統(tǒng)大多集中在三維可視化方面,如EVS,Vis5D,Voxel,醫(yī)學可視化及各種CAD軟件等,也有一些三維系統(tǒng)部分實現(xiàn)三維GIS的功能,比較有名的軟件有:LYNX, IVM（Interactive Volume Modeling）, GOCAD, I/EMS,SGM等。

gis三維可視化技術(shù)所使用的主要原理有

三維可視化技術(shù)與GIS工程

一、前言目前，科學可視化、計算機動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)蓬勃發(fā)展，并

成為計算機圖形學領域的三大熱門研究方向，它們的核心都是三維真實感圖

形[1],也就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是目前計算機技術(shù)和圖像

圖形學發(fā)展的熱點之一，它是依靠視覺效果將數(shù)據(jù)所要表達的信息直觀顯示出來的一種最好的方法。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)對實物的空間立體感表達就比

較抽象，將三維可視化技術(shù)引入GIS領域中可以動態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地、如實逼真地描繪地球科學中的客觀現(xiàn)象。如通常所見的地

形三維可視化、虛擬戰(zhàn)場、數(shù)字社區(qū)和虛擬城市等。本文結(jié)合在GIS中的應

用介紹三維可視化開發(fā)的基本方法。

二、三維可視化GIS關鍵技術(shù)三維可視化技術(shù)可以簡單的分解為三種技術(shù)的結(jié)合：可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、體視化技術(shù)、三維技術(shù)等關鍵技術(shù)。

1、可視化技術(shù)

可視化，也稱為科學計算可視化(VisualizationinScientific

Computer),它是指運用計算機圖形和圖像處理技術(shù)，把科學數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學家理解的信息，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。

GIS可視化技術(shù)是目前信息領

域中廣泛應用的一項技術(shù)，它通過強大的、有效的地圖系統(tǒng)將復雜的空間

和屬性數(shù)抓以地理的形式進行描述，具有界面風格人性化設計，實現(xiàn)了文本、

圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式信息表達形象化、自觀化操作簡單便利等特點［2］。

2、虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)技術(shù)是一個由圖像技術(shù)、傳感

器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)以及人機對話技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以計算

機技術(shù)為基礎，利用高性能、高度集成的計算機硬、軟件及各類先進的傳感

器，去創(chuàng)造一個使參與者處于一個三維視覺、聽覺和觸覺的環(huán)境，具有完善

的交互作用能力、能幫助和啟發(fā)進入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的

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