三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构
详细描述
基于激光雷达的三维重建是利用激光雷达设 备获取三维点云数据，然后通过点云处理算 法和计算机视觉技术，将点云数据转化为三 维空间模型。该方法精度高，能够获取丰富 的几何信息，但成本较高，适用于需要高精 度测量的场景。
04
三维空间数据模型优化 技术
数据压缩与编码技术
数据压缩
通过减少数据冗余和去除不必要的信 息，以更紧凑的形式存储和传输三维 空间数据。
基于图像的三维重建
总结词
利用多视角图像和计算机视觉技术，重 建出三维空间模型。
VS
详细描述
基于图像的三维重建是利用多视角图像和 计算机视觉技术，通过图像对齐、特征匹 配和三维重建算法，重建出三维空间模型 。该方法成本较低，但精度相对较低，适 用于纹理信息丰富的场景。
基于激光雷达的三维重建
总结词
利用激光雷达设备获取三维点云数据，通过 算法和计算机视觉技术重建三维空间模型。
要点二
安全保护技术
采用访问控制、身份验证等技术，防止未经授权的访问和 数据泄露。
05
三维空间数据模型应用 案例
城市规划与建筑建模
城市规划
三维空间数据模型能够提供城市的地形、建 筑物、道路等详细信息，帮助规划师更好地 理解城市空间布局，制定合理的城市规划方 案。
建筑建模
利用三维空间数据模型，建筑师可以创建精 确的建筑模型，进行设计优化和施工模拟，
灾害评估
在灾害发生后，三维空间数据模型可以帮助评估灾害损 失、预测灾情发展趋势，为救援和重建工作提供支持。
虚拟现实与游戏设计
虚拟现实
三维空间数据模型是虚拟现实技 术的重要组成部分，能够提供逼 真的场景模拟，增强用户的沉浸 感和体验感。
游戏设计
测绘工程中的地理空间数据模型与数据结构
测绘工程中的地理空间数据模型与数据结构在测绘工程领域，地理空间数据模型与数据结构是至关重要的组成部分，它们为有效地收集、存储、管理和分析地理空间信息提供了基础框架。
地理空间数据，简单来说，就是描述地球表面及相关现象的位置、形状、属性等信息的数据。
这些数据来源广泛，包括卫星影像、航空摄影、地面测量等。
而如何将这些海量、复杂的数据进行合理的组织和管理，以便能够快速、准确地获取和处理所需的信息，就需要依靠有效的数据模型和数据结构。
地理空间数据模型是对地理空间现象的抽象和概念化表示。
常见的数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型将地理空间中的实体表示为点、线、面等几何对象，并通过坐标来精确描述其位置和形状。
比如，一条道路可以用一系列有序的点连接成的线来表示，一个湖泊可以用一个封闭的多边形面来表示。
矢量数据模型的优点在于数据精度高、存储空间小，并且能够方便地进行几何计算和空间分析。
然而，它在处理连续变化的地理现象，如地形起伏时，就显得不够灵活。
栅格数据模型则将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元对应一个数值，用来表示该位置的某种属性。
例如，数字高程模型就是一种常见的栅格数据，其中每个网格单元的值代表该点的海拔高度。
栅格数据模型适用于表示连续变化的地理现象，但其数据量通常较大，精度相对较低。
除了这两种基本的数据模型，还有面向对象的数据模型。
这种模型将地理空间中的实体看作具有属性和方法的对象，能够更好地模拟现实世界中的复杂地理现象。
在实际应用中，往往需要根据具体的需求和数据特点选择合适的数据模型。
比如，在城市规划中，对于建筑物、道路等具有明确边界的地理实体，通常采用矢量数据模型；而在进行大面积的地形分析时，栅格数据模型可能更为适用。
数据结构则是数据模型在计算机中的具体实现方式。
常见的地理空间数据结构有链表、数组、树、图等。
链表结构适合处理数据量较小、插入和删除操作频繁的数据。
数组结构则具有随机访问速度快的优点，但插入和删除操作相对复杂。
三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构1.引言1.1 研究背景1.2 目的与目标1.3 文档结构2.三维空间数据模型2.1 点、线、面的表示方法2.2 基本几何对象的属性2.3 三维坐标系的建立2.4 地理坐标系与投影坐标系3.三维空间数据结构3.1 常见的数据结构3.1.1 三角网格3.1.2 边界表示3.1.3 引索格网3.2 空间索引结构3.2.1 R树3.2.2 KD树3.2.3 四叉树3.3 数据组织与存储方式3.3.1 点云数据3.3.2 体素数据3.3.3 多边形网格数据4.三维空间数据模型与数据结构的应用4.1 地理信息系统4.2 三维建模与可视化4.3 四维空间数据模型4.4 三维分析与计算5.本文档涉及附件5.1 附件一：三维空间数据模型示例代码5.2 附件二：三维空间数据结构图示6.本文所涉及的法律名词及注释6.1 数据模型：指描述现实世界对象及其相互关系的数据结构和操作的概念模型。
6.2 数据结构：指数据元素之间相互关系的一种结构或组织形式。
6.3 三维坐标系：由三个相互垂直的坐标轴构成的坐标系，用于描述点的位置。
6.4 地理坐标系：一种地球表面坐标系统，用经度和纬度表示点的位置。
6.5 投影坐标系：地理坐标系在地图上的投影表示。
6.6 R树：一种用于索引多维空间数据的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.7 KD树：一种用于分割k维空间的数据结构，用于加速最近邻搜索等操作。
6.8 四叉树：一种用于划分二维空间的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.9 点云数据：由一系列点组成的三维数据表示形式。
6.10 体素数据：将三维空间划分为小立方体，每个立方体存储一个属性值。
6.11 多边形网格数据：由一系列相邻三角形或四边形组成的三维网格数据。
空间数据模型与数据结构ppt课件
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
关系模型
多边形和弧段的关系
多边形号 弧段号
弧段和结点的关系
P1
a1 a2 a3
弧段号 起点 终点
P2
a2 a5 a7
P3
a3 a6 a4
a1
N1
N2
a2
N3
我们生活的世界
8
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
9
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
P1 a2 a5
a4
8 a6
P2
a8
a3
a13 P5
P4
a15 a12
a16 a14
a20
P8
a22
P6
a18
a23 a21
16
a9 a7
P3 a11
a10
P7 a17
a19
P9
a24
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 于记录的数据模型：是把数据库定义为多种固 定格式的记录型，每个记录型由固定数量的域或 属性构成，每个域或属性具有固定的长度。
包括：层次模型、网络模型、关系模型
• 基于对象的数据模型：用于在概念和视图抽象级 别上的数据描述，具有相当灵活的结构和较强的 表达能力，允许明确地定义完整性约束。
三维数据结构及其分类
三维数据结构及其分类姓名：班级：学号：日期：三维数据结构及其分类一、引言随着GIS理论的日趋成熟及其应用的不断拓展，其许多商业化的GIS软件的功能也逐渐完善。
但是绝大多数的商品化GIS软件包还只是在二维平面基础上对现实世界的实体及实体之间的关系的模拟和处理，而我们生活在三维的世界里，所涉及到的有关气象、水文、采矿、灾害、污染等方面的自然现象都是三维的，显然当我们仅仅用二维的方法和思路解释和处理三维问题时，就不能够精确地或正确地反映、存储、分析、处理和显示地理空间信息。
因此，为更逼真精确地描述现实三维世界，探讨和研究三维数据结构显得尤为重要。
二、三维数据结构数据结构是即数据的逻辑结构形式，我们所熟悉的是二维数据结构，从类别上分，二维数据结构包括矢量数据结构、栅格数据结构、矢量-栅格一体化数据结构等，这主要是依据其数据模型进行分类的，即栅格数据模型、矢量数据模型、面向对象数据模型等，这与我们通常先建立数据模型，再依据数据模型选用合适的数据结构对数据进行组织的思路是一致的。
通常我们所说的三维景观可视化和已经具有的2.5维表面建模都还不是真正意义上的三维，比如利用DEM数据建立的三维景观模型可视化，或者利用多属性的实体的某一属性作为第三维对平面图形进行三维显示等。
如利用v = f(x,y)表达一个二维系统，(x,y)是二维平面坐标，v是对应点的属性值，当v表示高程时，就可以表示数字高程模型。
但这里v受x,y变化的影响；而真正意义上的三维数据模型中，三维变量之间应是相互独立的。
也就是说，对于一个真正的三维数据模型，可以用V = f(x,y,z)来描述，其中z是自变量，不受x，y变化的影响，即(x,y,z)是在三维空间连续变化的。
总的来说，即是与二维相比，三维多出了一维，但仍然可以将二维的观点引入对三维的研究之中。
三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。
三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。
浅谈三维地理信息系统及其应用实例
一.Super3D-VR 三维地理信息系统（3DGIS ）软件平台简介地理信息系统（GIS ）是空间信息的采集、存储、分析、显示的计算机系统，目前已经 被广泛运用，在各专业领域如：水利、交通、城市规划、军事等领域。
但目前大多数的 GIS应用都是基于二维空间数据的，将本来三维空间的世界简化为二维投影的概念模型，对地物上的三维空间关系用点、线、面等抽象的符号来表达，以至于“专业人士难理解，非专业人 事看不懂“的现状。
世界空间信息本质上是三维的，需要三维坐标（X,Y,Z 或经纬度加高程）来描述地理对象，三维GIS 可以包容几乎所有的海量空间信息，能大大突破了常规二维表现形式的束缚， 即使是非专业人士也一目了然。
三维地理信息系统作为的重要工具、技术和学科，近 2-3年来得到了广泛关注和迅猛发展。
由于信息技术的发展，数字时代的来临，未来，它将广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、农林牧业、统计、国土资源、 电力系统、数字海洋、水利、环保、市政、交通、通信通讯等领域。
由中鼎图数字科技自主研发、 十年积累、上百个成功案例、 在国内拥有无可比拟的开放式平台优势，据调研分析，Super3D-VR 三维地理信息系统（3DGIS ）软件平台算是国内一流的，它解决当前三维 GIS 应用碰到的主要问题：海量三维数据（超过 100G ）的处理和存储、基于三维的空间分析、三维可视化、基于网络的三维 GIS 、虚拟现实技术、兼容已有空间数据等。
应用 支撑 层基础局域网、互联网\ ______________________________________________________________层、Super3D-VR 平台实现了三维地理信息系统的以下功能:Brosewer 浏览器模型及 功能键Super3d 渲染引擎信息 采集 层DEM 影像等矢量数据MAX3D模型数据2DMAP数据及接口Super3d-VR 三维地理信息软件平台体系结构图Super3DEditr编辑器Super3DObject三维插件数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构；各种变化（平移、旋转、比例、剪切）；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道、建筑）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理；其具体功能如下：1、DEM遥感图象，生成高低起伏的三维地形使用四叉树算法和图象压缩技术，自动生成三维场景中的地形数据，不受数据量的限制，分块计算，直至拼接成所需面积和精度的地形；2、人工建模和系统模型高度兼容系统提供3dmax插件，直接将外界人工模型转到本系统中，这样在完善和美化场景方面更加实用；3、面积/长度测量功能在场景中的任意两点直接的距离测量，任意三点及以上的区域面积测量，瞬间生成；4、水淹分析功能由于地面是矢量图、地面高程不等，在连续降雨的情况下，可以模拟水淹趋势分析的功能；5、通视分析功能地面物体两点间是否被遮挡关系，以及以地面某点为原点，半径范围的视角遮挡关系的分析和体现；6、属性查询功能场景中的任一物体及设备，编辑好其属性，点击后可以查询特性及属性；7、立体显示功能一键切换立体效果的场景，就像看立体电影的效果；8、日照分析功能模拟某个季节的日照全天模拟，早晨、傍晚至黑夜，以了解某地区的日照时间和强度；9、其他功能根据不同行业需求，开发不同功能满足其需求；除此之外，还具有如下独有的功能：1、兼容一维、二维对象传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。
三维GIS期末考试重点解析
标黄考过1、G IS的发展第一代GIS 第二代GIS 第三代GIS 第四代GIS主机时代个人机时代互联网时代大数据时代模块化GIS 组件式GIS 服务式GIS 高性能GIS1990‘s 2000’s 2010’s 2020’s2、GIS的挑战（1)大规模空间数据组织:数据来源广泛,数据实时接入、集中存储和处理困难；应用数据种类丰富，类型复杂；数据动态性高,空间索引维护代价高（2）复杂空间数据处理与分析：数据量更大，时空关联性强,实时性、动态性要求高（3）多源地理空间信息融合与快速可视化：适应多终端的高效绘制，面向用户的交互式，协同制图；海量多源、动态的地理空间数据关联分析和可视化（4）开放式空间信息处理服务：多用户、高并发访问；实时、动态要求高；用户生产内容。
3、高性能GIS的定义及特点(1）定义:高性能GIS(High Performance GIS），是基于集群、多核或众核并行处理的高性能计算架构的新型GIS 平台，能高效实现复杂地理空间信息处理和应用。
具有优越的性能、可获取性、可伸缩性、灵活性、互操作性和可扩展性。
(2）特点：A.高性能地理空间数据访问于检索B.高性能地理计算C.地理计算算法的服务化插件式扩展D.高性能地理空间信息可视化E.Web脚本化在线动态交互制图F.流程化地理计算与专题地图生成G.三维、流数据管理与可视化H.基于Web浏览器应用4、三维GIS的定义、特点、常见功能、常用软件（1）三维：是指在平面二维体系中又加入了一个方向向量构成的空间系，一般指由长、宽、高三轴所构成的空间。
(2）GIS：是在计算机软硬件支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
（3)三维GIS ：利用3S技术、虚拟现实技术、计算机技术等对地球空间信息进行编码、存储、转入、分析和显示的信息系统，是三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统.（4）三维GIS的特点：A.三维GIS包容以为和二维对象，而且可视化2.5维和三维对象，其空间信息的展现更为直观和逼真。
地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构
面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型：
• 时间作为属性（time stamp）
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之 处是空间分析难以进行。 （2）体模型(Volume model)
三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构一、引言⑴提出背景在现代科技发展的背景下，越来越多的领域开始应用三维空间数据模型与数据结构。
三维空间数据模型与数据结构可以帮助我们更好地理解和分析三维空间中的各种数据，如地理环境、建筑结构、工程模型等。
⑵目的本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的基本概念、关键技术和应用领域，为相关领域的从业人员和研究者提供一个参考。
二、基本概念⑴三维空间数据模型三维空间数据模型是描述三维空间中各种对象属性和关系的理论模型。
它包括点、线、面等基本几何元素和相关属性信息，如颜色、材质、纹理等。
⑵三维空间数据结构三维空间数据结构是在三维空间数据模型基础上构造的具体数据表示方式。
它包含了数据存储和索引结构，以便于快速检索和查询三维空间数据。
三、关键技术⑴数据模型建模数据模型建模是将现实世界的三维数据抽象为模型的过程。
包括定义数据对象、属性和关系等，选择适合的数据结构和数据类型，并考虑数据的一致性和完整性。
⑵数据存储和索引三维空间数据的存储和索引涉及到对数据进行组织和管理的技术。
常用的数据存储方式包括关系数据库、面向对象数据库和文件系统等。
索引的建立可以提高数据的检索效率，常见的索引结构有R树、Quadtree等。
⑶数据可视化数据可视化是将三维空间数据以直观的方式表达出来的过程。
包括选择合适的表示方法、光照和渲染技术，以及交互式的用户界面设计等。
四、应用领域⑴地理信息系统地理信息系统是应用三维空间数据模型与数据结构进行地理空间数据管理和分析的系统。
它广泛应用于地理环境、地质资源、城市规划等领域。
⑵建筑信息模型建筑信息模型是应用三维空间数据模型与数据结构进行建筑设计和管理的模型。
它能够提供全方位的建筑信息，包括结构、设备、材料等。
⑶虚拟现实与游戏虚拟现实和游戏行业借助三维空间数据模型与数据结构，实现了逼真的视觉效果和交互体验。
它广泛应用于游戏开发、虚拟现实设备等领域。
地理信息系统原理第三章 空间数据模型与数据结构3.2
第1行第N列亮度值 波段n 波段1 第2行第1列亮度值 波段n
BSQ结构
BIP结构
BIL结构
星蓝海学习网13
以行为记录单位按行存储 地理数据。属性明显，位 置隐含。 缺点：存在大量冗余，精 度提高有限制。
星蓝海学习网14
0 0 0 0 0 4 4 4 记录1 0 0 0 0 0 4 4 4
星蓝海学习网
• 优点：
• 栅格加密时，数据量不会明显 增加，压缩效率高，最大限度 保留原始栅格结构，
• 编码解码运算简单，且易于检 索、叠加、合并等操作，得到 广泛应用。
• 缺点：
• 不适合于类型连续变化或类型 区域分散的数据。
星蓝海学习网
(2)压缩栅格数据结构
块码（二维游程编码）（行，列，半径，属性值）
弧段ID a b c d e
起始点 5 7 1 13 7
终结点 1 1 13 7 5
… … … 左多边形 Q A Q D D
右多边形 A B B B A
f
13
5
Qห้องสมุดไป่ตู้
D
点号 1 2
…… 25
坐标 （x1，y1） （x2，y2）
…… （x25，y25）
g
25
弧段ID
点号
a
5,4,3,2,1
b
7,8,1
c
1,9,10,11,12,13
• 采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、 列号)和半径，再加上记录单元代码组成。特点：
• 一个多边形所包含的正方形越大，多边形的边界越简单，块状编码的效率就越好。
• 块状编码对大而简单的多边形更为有效，而对那些碎部较多的复杂多边形效果并不好。
第3讲-空间数据模型和空间数据结构
空间现象 客观世界的现象划分为5类：
可精密观测的自然对象（如建筑物边界） 受采样限制的自然对象（如河流的边界） 受定义限制的自然对象（如植被覆盖率大小和范围） 不规则的人为对象（如行政区、TIN、Voronoi多边形） 规则的人为对象（栅格、立方体元）
空间实体
➢ 对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的不可再分割的同 类对象，就是地理空间实体，简称空间实体。
➢ 空间实体具有4个基本特征：
➢ 空间位置特征 ➢ 属性特征 ➢ 时间特征 ➢ 空间关系
观察和认知
现实世界
概念世界
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抽还 象原 世世 界界
信息
数据世界 （计算机）
空间事物或现象
选择、综合、简化和抽象
程度、地表温度、土壤湿度、地形高度以及大面积空气和水域
的流速和方向等;
根据不同的应用，场可以表现为二维或三维; 一个二维场就是在二维空间R2中任意给定的一个空间位置上，
都有一个表现某现象的属性值，即 A＝f(x，y)
一个三维场是在三维空间R3中任意给定一个空间位置上，都对 应一个属性值，即 A＝f(x，y，z)
可被标识 在观察中的重要程度 有明确的特征且可被描述
传统的地图是以对象模型进行地理空间抽象和建模的实例。
空间关系 非空间关系 时间关系
地理空间 空间要素
分类
子类 超类
几何坐标 子部分 超部分
非空间属性
对象模型对空间要素的描述
场/域（field）模型
把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待，如大气污染
三维空间数据模型与数据结构-精选文档
2.1三维空间数据模型的分类
从总体分 [1] 面模型 [2] 体模型
与二维空间数据模型类比分： [1] 基于镶嵌的数据模型 [2] 基于矢量的数据模型 [3] 分析型数据模型 [4] 混合数据模型
四面体格网法 (TEN)
基于镶嵌的 数据模型
单纯形剖分模型
三维格网等平面
空间枚举法 单元分解法
八叉树可分为常规八叉树、线性八叉树和三维行程 编码八叉树(3DRD)[按照存储结构分]。
某个子立方体被八等分
如图所示的空间物体，其八叉树的逻辑结构可按下图表示。 小圆圈表示该立方体未被某目标填满，或者说它含有多个目标在 其中，需要继续划分; 有阴影线的小矩形表示该立方体被某个目标填满; 空白的小矩形表示该立方体中没有目标，这两种情况都不需继续 划分。
(1)四面体格网模型(TEN)
四面体格网（Tetrahedral Network—TEN）是 一种特殊形式的栅格模型，该模型以四面体作 为描述空间实体的基本几何元素，将任意一个 三维空间实体划分为一系列邻接但不重叠的不 规则四面体。四面体格网由点、线、面和体四 类基本元素组合而成。每个四面体包含4个三 角形，每个三角形包括3条边，每条边与两个 点相关联。
其实质是2D TIN结构在3D空间上的扩展。
用四面体格网表示三维空间物体的例 子及其数据结构
(2)八叉树模型
八叉树数据结构是三维栅格数据的压缩形式，是二 维栅格数据中的四叉树在三维空间的推广，该数据 结构是将所要表示的三维空间V按X、Y、Z三个方 向从中间进行分割，把V分割成八个立方体，然后 根据每个立方体中所含的目标来决定是否对各立方 体继续进行八等分的划分，一直划分到每个立方体 被一个目标所充满，或没有目标，或其大小已成为 预先定义的不可再分的体素为止。
三维GIS空间数据模型
② 某一类型的空间单元组合形成一个新的类型或一个复合 实例；
③ 某一类型的空间实体可以转换为另一类型；
④ 某些空间实体具有二重性，也就是说，由不同的维数组 合而成。
实体类型组合图例
三、空间实体在地理信息系统中的表示
1、单一实体 2、多种特征的实体 3、带有属性的空间实体的表示 4、多层属性信息的表示
第三章 空间数据模型
空间数据模型：指利用特定的数据 结构来表达空间对象的空间位置、 空间关系和属性信息；是对空间对 象的数据描述。
内容
第一节 空间实体的描述和分类和数据组织 第二节 矢量数据模型 第三节 栅格数据模型 第四节 三角网数据模型(TIN) 第五节 属性信息 第八节 面向对象的空间数据模型
左多边形
P2 P1 P1 Ø P2 P3
右多边形
P1 P4 Ø P2 P4 P2
二、空间实体的几何分类
根据（1）实体本身的特征、（2）所用地图的比例尺
（3）项目中使用这类实体空间数据的目的，将地理
形象抽象为：
1. 点(Point) 2. 线(Line)
空间现象 • 离散
3. 面(Area) 4. 体(Volume)
4、பைடு நூலகம்类信息的表示
空间数据的分类，是指根据系统功能及国家规范和标准，将具有不同属性 或特征的要素区别开来的过程，以便从逻辑上将空间数据组织为不同的信 息层(见下图)；
用于表示地理实体的数据模型
GIS的数据模型分为两大类：矢量数据模型和栅格数据模型。
.
Spatial data model
第二节 矢量数据模型
① 长度：从起点到终点的总长；
三维空间数据模型与数据结构简版
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构1. 引言三维空间数据模型是用来描述物理空间中的对象、关系和属性的数学模型。
在计算机图形学、地理信息系统和计算机辅助设计等领域，对三维空间数据的建模与处理是至关重要的。
本文将介绍三维空间数据模型的概念以及常用的数据结构。
2. 三维空间数据模型三维空间数据模型是对物理空间中的对象和关系进行抽象和建模的数学模型。
它定义了一组与空间相关的基本元素、操作和约束。
常见的三维空间数据模型有：2.1. 矢量数据模型矢量数据模型使用点、线和多边形等基本几何要素来表示空间对象。
每个空间对象由一组坐标点构成，这些坐标点描述了对象的形状和位置信息。
矢量数据模型适合表示简单的几何要素，例如建筑物、道路和河流等。
2.2. 栅格数据模型栅格数据模型将空间对象划分为规则的网格单元，每个单元表示一个空间位置。
每个网格单元可以包含一个属性值，用于表示该位置的特征信息。
栅格数据模型适合表示连续变化的空间数据，例如高程数据和遥感图像等。
2.3. TIN数据模型TIN（三角不规则网格）数据模型使用无结构的三角形网格来表示空间对象。
每个三角形由三个顶点和三条边构成，可以表示任意形状的空间对象。
TIN数据模型在地形建模和计算机图形学中广泛应用。
3. 三维空间数据结构为了有效地存储和操作三维空间数据，需要采用适合的数据结构。
常用的三维空间数据结构有：3.1. 空间索引结构空间索引结构是一种用于加速空间查询的数据结构。
它通过将空间数据分割成多个单元，并为单元建立索引，以实现高效的空间查询。
常见的空间索引结构有四叉树、R树和KD树等。
3.2. 三角网格数据结构三角网格数据结构用于存储和管理三角不规则网格。
它可以表示复杂的空间对象，并提供快速的点定位和拓扑操作。
常见的三角网格数据结构有Delaunay三角剖分和Voronoi图等。
3.3. 多重分辨率数据结构多重分辨率数据结构将空间数据按照不同的精度进行分层存储。
第4讲-空间数据模型-逻辑模型与数据结构
3D空间数据模型分类
面模型
规则体元
体模型 非规则体元
不规则三角网 (TIN)
结构实体几何 (CSG)
四面体格网 (TEN)
格网(Grid)
体素(Voxel)
金字塔 (Pyramid)
边界表示模型
八叉树 (Octree)
三棱柱(TP)
线框(或相连切片) 针体(Needle)
地质细胞
断面(Section) 断面-三角网混合
间属性。 空间对象的维数与比例尺是相关的
道路的维数与尺度
道路的维数与尺度
1、矢量数据模型
矢量数据模型起源于“Spaghetti模型 ”——一种计算机制图模
型
6575000
5 1
4
河流 6555000
5610000
杨树林
2 3
松树林 6
电力塔
5810000
实体类型 点 点 线
多边形
多边形
多边形
实体ID 5 6 4
B
❖❖ ……… …
重 要 性
A
连续分布地理要素
C
具有特殊意义 的较小地物
A
分类较细、 地物斑块较小
4、镶嵌数据模型
镶嵌（Tessellation）数据模型采用规则或不规则的小面块集合来逼近 自然界不规则的地理单元，适合于用场模型抽象的地理现象；
通过描述小面块的几何形态、相邻关系及面块内属性特征的变化来建立 空间数据的逻辑模型；
• 空间数据结构是指对空间数据逻辑模型描述的数据组织 关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索 和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的影响。
• 同一空间数据逻辑模型往往采用多种空间数据结构，例如 游程长度编码结构、四叉树结构都是栅格数据模型的具体 实现。
空间数据模型与数据结构
空间数据模型与数据结构空间数据模型是一种用于描述和操作空间数据的理论模型。
空间数据是指与地理、地质、天文等相关的二维或三维地理空间信息。
在空间数据模型中，空间对象被抽象为点、线、面或其他形状，并与属性数据（如颜色、高度等）相关联。
空间数据模型可以帮助我们更好地理解和分析空间数据，并为空间数据的存储和查询提供基础。
向量是由有序的点，线和多边形组成的，向量数据模型是基于几何对象的。
在向量数据模型中，地理空间被划分为离散的几何对象，每个对象都有唯一的标识符和属性。
常见的向量数据模型有对象集模型和拓扑模型。
对象集模型将空间数据表示为一个个独立的对象，而拓扑模型则通过描述空间对象之间的拓扑关系来表示空间数据。
栅格数据模型把地理空间划分为均匀的栅格单元，每个栅格单元都有唯一的标识符和属性。
栅格数据模型适用于以栅格为基本单位的空间数据，例如遥感影像。
栅格数据模型可以将连续的空间数据离散化，便于计算机处理和存储。
除了向量数据模型和栅格数据模型，还有其他的空间数据模型，如网格数据模型和层次化数据模型。
网格数据模型通过将地理空间划分为不规则的网格来表示空间数据。
网格数据模型适用于网格化的空间数据，如地球表面的地理栅格。
层次化数据模型是基于分层结构的数据模型，将地理空间划分为多个层次，每个层次都有不同的细节级别。
层次化数据模型可以在不同的细节级别上处理和分析空间数据。
在实际应用中，空间数据模型通常与数据库系统结合使用。
关系数据库管理系统（RDBMS）可以支持空间数据模型，并提供空间数据的存储、查询、分析和可视化功能。
此外，地理信息系统（GIS）也是空间数据管理和分析的重要工具，它结合了空间数据模型和数据库系统，可以帮助用户更好地管理和利用空间数据。
总之，空间数据模型是描述和操作空间数据的理论模型，包括向量数据模型、栅格数据模型、网格数据模型和层次化数据模型等。
空间数据模型可以帮助我们更好地理解和分析空间数据，并为空间数据的存储和查询提供基础。
三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构⒈引言⑴目的本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的概念、特点以及常用的方法和技术，以供开发人员参考。
⑵背景随着科技的发展和计算机技术的进步，三维空间数据的处理和应用日益广泛。
三维空间数据模型与数据结构是对三维空间中数据进行组织、存储和管理的重要方法，在计算机图形学、虚拟现实、地理信息系统等领域有着广泛应用。
⒉三维空间数据模型⑴定义三维空间数据模型是对三维空间中实体、属性和关系进行建模的方式。
它包括几何模型、拓扑模型和属性模型等组成部分。
⑵几何模型几何模型描述了实体的形状和位置信息，常用的几何模型有点线面模型、多边形模型和体素模型等。
⑶拓扑模型拓扑模型描述了实体之间的空间关系，主要包括邻接关系、连接关系和关联关系等。
⑷属性模型属性模型描述了实体的属性信息，如颜色、纹理、透明度等。
⒊三维空间数据结构⑴点点是三维空间中最基本的数据单元，由坐标值表示。
⑵线线由两个或多个点连接而成，表示两点之间的直线段。
⑶面面由三个或多个点构成，表示一个封闭的区域。
⑷体体由多个面组成，表示一个封闭的空间。
⒋三维空间数据管理⑴数据采集数据采集是获取三维空间数据的过程，常用的方法包括激光扫描、摄影测量和传感器等。
⑵数据存储数据存储是将采集得到的三维空间数据进行组织和存储，常用的数据存储方法有关系型数据库、面向对象数据库和文件系统等。
⑶数据查询和分析数据查询和分析是对存储的三维空间数据进行搜索和分析，常用的查询和分析方法有空间查询、属性查询和拓扑分析等。
⒌附件本文档附带以下附件：附件1：三维空间数据模型示例代码附件2：三维空间数据结构图示⒍法律名词及注释⑴数据采集法律名词解释●隐私权：指个人或组织在特定情况下不愿意个人信息被获取和使用的权利。
⑵数据存储法律名词解释●数据保护：指对存储的数据进行安全保护，防止未经授权的访问、使用和泄露。
⑶数据查询和分析法律名词解释●聚合分析：指将多个数据进行汇总和统计分析，从中得出有用的信息和洞见。
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三维空间数据模型与数据结构
第一章引言
1. 项目背景
a. 三维空间数据在现代科学与工程领域的应用日益广泛。
b. 为了高效地处理三维空间数据，设计与构建合适的数
据模型与数据结构至关重要。
2. 目的与范围
a. 本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的基本
概念、实现方法以及相关应用领域。
b. 本文档适用于计算机科学、地理信息系统等相关领域
的研究人员、开发人员以及对三维空间数据感兴趣的读者。
第二章三维空间数据模型
1. 概述
a. 三维空间数据模型的定义与特点。
b. 三维空间数据的结构与组织方式。
2. 基本对象与关系
a. 点（Point）对象及其属性。
b. 线（Line）对象及其属性。
c. 面（Surface）对象及其属性。
d. 体（Solid）对象及其属性。
3. 拓扑结构
a. 邻接关系。
b. 包含关系。
4. 层次结构
a. 基本网格结构。
b. 层次网格结构。
第三章三维空间数据结构
1. 数据结构的定义与分类
a. 数组（Array）结构。
b. 链表（Linked List）结构。
c. 树（Tree）结构。
d. 图（Graph）结构。
2. 三维空间数据的存储结构
a. 基于数组的存储结构。
b. 基于链表的存储结构。
c. 基于树的存储结构。
d. 基于网格的存储结构。
第四章三维空间数据的操作与算法
1. 空间查询
a. 邻近查询。
b. 范围查询。
2. 空间分析
a. 点线面关系判断。
b. 空间缓冲区分析。
3. 空间变换
a. 平移操作。
b. 旋转操作。
c. 缩放操作。
第五章应用案例
1. 地理信息系统中的三维可视化。
2. 计算机辅助设计中的三维建模。
3. 虚拟现实与增强现实领域的应用。
附件：
1.示例代码
2.附录A：常用法律名词及注释（如有）
本文档涉及附件：
本文档的附件部分包括示例代码，供读者参考和实践。
本文所涉及的法律名词及注释：
（如有）。