数据模型与结构数据模型
数据模型与结构数据模型
一些基本术语
关系：关系就是二维表，它满足如下性质 ：
– 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性。 – 表中各属性不能重名。 – 表中的行、列次序并不重要。
元组：表中的每一行称作是一个元组，它 相当于一个记录值。
属性：表中的每一列是一个属性值的集合 ，列可以命名，称为属性名。
– 数据结构 – 数据操作 – 数据的约束条件
数据结构
• 数据结构用于描述系统的静态特性，研究 与数据类型、内容、性质有关的对象，例 如关系模型中的域、属性、关系等。
数据操作
• 对数据库中各种对象（型）的实例（值） 允许执行的操作的集合，包括操作及有关 部门的操作规则。
• DB中主要的操作有查询和更新两大类。 • 数据操作规定了数据模型的动态特性。
抚养
N
子女
姓名 性别 出生日期
关系
设计E-R模型的几点说明
1)定义与当前和可预见的将来应用有关的实 体,属性,联系
2)实体有多方面的性质,属性没有. 3)实体的属性一定是单值的,若为多值则定义
为另一实体,并建立联系. 4)联系也可以有属性.
2.3 结构数据模型
2.3.1结构数据模型的组成要素
• E.F.Codd指出:一个基本数据模型实质上是 一组向用户提供的规则.这组规则规定数据 结构如何组织以及相应地允许进行何种操 作.
1.公司分若干部门，每个部门有一个名字，一个编号和
一个管理该部门的雇员（经理）并记录下该雇员开始 管理该部门的日期，一个部门可以分散在几个地点。
2.一个部门控制若干项目，每个项目有一个名字，一个 编号和一个单独的地点。
3.保存每个雇员的名字、社会保险号、地址、工资、性 别和出生日期。一个雇员隶属一个部门但可在由不同 部门控制的几个项目中工作，要求记录雇员每周在各 个项目中工作的时数。
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
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。
空间数据结构与数据库数据模型
三、空间数据结构与GIS数据模型地理信息系统所处理的数据与一般事务性信息系统如银行管理系统、图书检索系统不同。
GIS的数据处理不仅包括所研究对象的属性关系，还包括研究对象的空间位臵以及空间拓扑关系等信息，数据量大，结构复杂。
因此，人们对GIS中的数据结构和数据模型进行了大量的研究，并发展了一整套空间数据处理的算法。
一、空间数据结构的概念数据结构是指数据的组织形式，可以分为抽象数据结构(或称逻辑结构)和数据存贮结构(或称物理结构)来进行研究。
所谓抽象数据结构是指人们仅从概念上描绘数据之间的排列和联系，而并不涉及数据和具体程序管理细节。
数据存贮结构则是为实现某一抽象数据结构而具体设计的数据存贮管理方式.是依照任务的不同，软件系统和设计者的不同而改变的，具有一定的特殊性，是前者的一个具体实现。
地理空间数据在GIS中的流向可以认为经历了四个阶段。
用户认知的数据结构输入GIS系统后转换成为GIS空间数据结构，然后，为有效地进行数据管理，将其转化为数据库结构，最后按某种特定程式以硬件结构写入存贮介质。
上述流程即为数据的输入过程。
地理空间实体可以抽象为点、线、面三种基本地形要素来表示它的位臵、形状、大小、高低等。
---点(零维)：又称为元素或像元，是一个数据点，具有一对(x，y)坐标相至少—个属性，逻辑上不能再分。
这里所谓逻辑上不能再分是指抽象的点而不是几何点，因为事实上抽象的点可以是实体线段或面块，对某个比例尺或图像分辨率而言，它们可以被抽象为以一对坐标表示的数据点。
---线：是由一个(x,y)坐标对序列表示的具有相同属性的点的轨迹。
线的形状决定坐标对序列的排列顺序，线上每个点有不多于二个邻点。
地理实体，如河流、道路、地形线、公共设施走廊、区域边界、地质界线等均属线状地物，其特点是线上各点有相同的公共属性并至少存在一个属性。
---面：是以(x,y)坐标对的集合表示的具有相同属性的点的轨迹。
面的形状不受各点坐标对排列顺序的影响。
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。
数据库技术中的数据模型与数据结构
数据库技术中的数据模型与数据结构引言：数据库技术在当今信息时代扮演着至关重要的角色，其核心就是数据的存储和管理。
而数据模型和数据结构则是数据库技术中的两个基础概念。
本文将分析数据库技术中的数据模型和数据结构的定义、应用以及其在现代社会中的重要性。
一、数据模型的定义和应用数据模型指的是用来描述现实世界中数据特征和关系的概念工具。
它可以帮助我们更好地理解和组织数据。
常见的数据模型有层次模型、网络模型和关系模型等。
层次模型是其中一种较早的数据模型。
它将数据组织成树状结构，其中每个节点代表一个记录，每个记录可以有多个子记录。
它的优点是数据存储效率高，但是不适合处理多对多的关系。
网络模型则克服了层次模型的不足，它允许节点之间存在多对多的关联，并使用指针进行链接。
这种模型的优点是能够更好地处理复杂的关系，但是数据查询和维护却较为繁琐。
关系模型是目前最常用的数据模型，它使用表格的形式组织数据。
每个表格对应一个实体集合，表格中的列代表属性，表格中的行对应不同的记录。
关系模型的优点是易于理解和使用，提供了灵活的查询功能和数据完整性保证。
二、数据结构的定义和应用数据结构是指数据以及存储和组织数据的方式。
它旨在提供高效的数据操作和访问方法。
在数据库中，主要有三种常见的数据结构：链式结构、树状结构和哈希结构。
链式结构使用指针将数据连接在一起。
每个数据元素包含数据本身和指向下一个元素的指针。
链式结构的优点是插入和删除数据简单高效，但是查找数据时需要遍历整个链表。
树状结构是一种层次化的数据结构，其中每个节点可以有多个子节点。
它的优点是能够快速查找数据，但是插入和删除数据时可能需要重新平衡树的结构。
哈希结构则是根据数据的特征将其映射为一个唯一的索引值，通过索引值快速找到对应的数据。
哈希结构的优点是查找速度快，但是存在哈希冲突的问题需要解决。
三、数据模型与数据结构的关系和作用数据模型和数据结构是数据库技术中密不可分的两个概念。
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1.公司分若干部门，每个部门有一个名字，一个编号和
一个管理该部门的雇员（经理）并记录下该雇员开始 管理该部门的日期，一个部门可以分散在几个地点。
2.一个部门控制若干项目，每个项目有一个名字，一个 编号和一个单独的地点。
3.保存每个雇员的名字、社会保险号、地址、工资、性 别和出生日期。一个雇员隶属一个部门但可在由不同 部门控制的几个项目中工作，要求记录雇员每周在各 个项目中工作的时数。
对数据和信息建模，用于数据库设计。 (2) 结构数据模型
– 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、 面向对象模型等，按计算机系统的观点对数据建模， 用于DBMS实现。
– 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内 部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方 式和存取方法。
现实世界
信息世界 机器世界
2.一个部门控制若干项目，每个项目有一个名字，一个 编号和一个单独的地点。
3.保存每个雇员的名字、社会保险号、地址、工资、性 别和出生日期。一个雇员隶属一个部门但可在由不同 部门控制的几个项目中工作，要求记录雇员每周在各 个项目中工作的时数。
4.保存雇员的所有子女的信息，包括姓名、性别、出生 日期及与雇员之间的关系。
某公司数据库E-R图
管理开始日期
名字 编号 地点 经理
名字 编号 位置 负责部门
部门
1
1
N
受控
项目
N
隶属
N
雇员
参与
M
抚养
1
N
子女
？
1
N
领导
雇员 姓名 性别 出生日期 关系
某公司数据库E-R图
名字 编号 地点
编号 地点 名字
1
部门
1
管理开始 日期
管理
N
隶属
M
雇员
1
1
N
领导
N
受控
N
项目
参与
周工作时间
2.一个部门控制若干项目，每个项目有一个名字 ，一个编号和一个单独的地点。
3.保存每个雇员的名字、社会保险号、地址、工 资、性别和出生日期。一个雇员隶属一个部门 但可在由不同部门控制的几个项目中工作，要 求记录雇员每周在各个项目中工作的时数，并 指明其上司。
4.保存雇员的所有子女的信息，包括姓名、性别 、出生日期及与雇员之间的关系。
概念模型
认识 抽象
现实世界 概念模型 数据库设计人员完成
概念模型 逻辑模型 数据库设计人员完成
DBMS支持的数据模型
逻辑模型 物理模型 由DBMS完成
现实世界中客观对象的抽象过程
2.2 概念模型(信息模型)
• 是独立于计算机系统的数据模型。 • 不涉及信息在计算机中的表示，只用来描
述某个特定组织所关心的信息结构，是对 现实世界的第一层抽象。 • 概念模型是按用户的观点对数据建模，强 调其语义表达能力，是用户和DB设计人员 之间进行交流的语言和工具。
项目
零件
m
供应
n
k
供应商
3. 实体内部的联系
• 例1:语义:某一职工领导若干职工,而一个职 工仅被另一个职工领导. 例2:表示一种零件材料单,一种零件由其它多
种零件组成,一种零件是其它零件的组成成
分.
职工
1
n
领导
零件
m
n
组成
1.公司分若干部门，每个部门有一个名字，一个编号和
一个管理该部门的雇员（经理）并记录下该雇员开始 管理该部门的日期，一个部门可以分散在几个地点。
2.2.2 概念模型的表示方法
• 概念模型的表示方法很多，但常用的是实 体－联系方法
• (Entity-Relationship Approach)
– E-R方法建立的模型为E-R模型 – 特点:直观、自然、语义表现丰富，易于理解，
又易于向各种数据模型转换属性
4.保存雇员的所有子女的信息，包括姓名、性别、出生 日期及与雇员之间的关系。
(7) 联系（Relationship）
– 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信 息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的 联系
两类:
• 实体型内部的联系,即组成实体型的属性之间的联 系.
• 实体型之间的联系, 不同实体型内的各个实体之间 ,同一实体型内各个实体之间
第二章 数据模型
2.1 数据模型概述
• 模型是对现实世界的抽象。 • 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、
表示和处理现实世界中的数据和信息。 • 数据描述的三种范畴
– 现实世界 – 信息世界 – 机器世界
两类抽象层次的数据模型
• 数据模型分为两类（分属两个不同的层次） (1) 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来
属性名
。菱形表示联系 。无向边表示实体型
与相关属性或联系 的相连。
联系名
2.2.3 联系的种类
1.两类实体型之间的联系 A
B
a.一对一联系(1:1)
例:宿舍里: 学生------床位
1
1
E-R图:
1
1
学生
占用
床位
b.一对多联系(1:n)
例: 宿舍 学生
1
n
A
B
E-R图: 宿舍
1 居住 n
学生
c.多对多联系(m:n)
– 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画 – 同类实体称为实体型
(6) 实体集（Entity Set）
– 同型实体的集合称为实体集
某公司数据库需求说明：
1.公司分若干部门，每个部门有一个名字，一个 编号和一个管理该部门的雇员（经理）并记录 下该雇员开始管理该部门的日期，一个部门可 以分散在几个地点。
A
B
例:学生 m
教室 n
E-R图:
学生 m 占用 n 教室
d. 多重联系 例: 工人-------设备
E-R图: n
工人 m
使用 维修
1(m) 设备 n
2. 多个实体型间的联系
例:供应商----零件----项目 语义:一个供应商可为多个项目供应多种零件
一个项目可使用多个供应商供应的多种零 件. 一种零件可由多个供应商提供给多个项目.
抚养
N
子女
姓名 性别 出生日期
关系
设计E-R模型的几点说明
1)定义与当前和可预见的将来应用有关的实 体,属性,联系
2)实体有多方面的性质,属性没有. 3)实体的属性一定是单值的,若为多值则定义
为另一实体,并建立联系. 4)联系也可以有属性.
2.3 结构数据模型
2.2.1 信息世界中的基本概念
(1) 实体（Entity）
– 客观存在并可相互区别的事物称为实体。
(2) 属性（Attribute）
– 实体所具有的某一特性称为属性。
(3) 码（Key）
– 唯一标识实体的属性集称为码。
(4) 域（Domain）
– 属性的取值范围称为该属性的域。
(5) 实体型（Entity Type）