三维GIS三维空间数据及其获取方法分解
第八讲 城市三维空间信息的获取方法
12
7—2
城市三维空间信息获取
四. 纹理数据获取
（1）由计算机作简单模拟绘制。 （2）地面摄影像片直接提取。 （3）根据航摄像片由计算机生成。 （4）由空中影像获取。这种方法主要用来 获取地面影像。
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7—3
野外数据采集
全站仪测量
GPS测量
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7—3
全站仪测量
野外数据采集
全站仪是电子经纬仪和 激光测距仪的集成，它 可以同时测量空间目标 的距离和方位数据，并 且进一步得到它的大地 坐标数据
46
7—9
多数据源集成
根据地形图/地籍图数字化得到建筑物投影 平面几何数据 将数字地图或2D GIS中的建筑物轮廓线与其 高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特征 利用航空影像进行交互获取；利用航空影像 建筑物的几 以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取 何要素数据 在地面使用GPS和激光三维扫描仪，通过测 距求算获取 利用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提 取 由近景摄影测量系统获取 由移动测绘系统获取等
多数据源集成
根据地形图上等高线及高程数据生成 直接使用2D GIS中的DEM数据 利用全数字摄影测量系统，通过处理 DEM数据 航摄像片生成 由机载激光扫描仪直接扫描并经后续 处理得到 用SAR/INSAR获取等 规划设计图纸、地形图、地籍图等 现有2D GIS数据库 其它数据 野外调查与现有数据库的结合 计算机简单模拟绘制等
2
3
4
7—1
城市三维空间信息的内容
一．数字线划数据
二．影像数据
三．数字高程模型 四．地物的属性数据
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7—1
城市三维空间信息的内容
数字线划数据：是将空间地物直接抽象为点、 线、面的实体，用坐标描述它的位置和形状。 影像数据：包括遥感影像和航空影像，它可 以是彩色影像，也可以是灰度影像
三维地学建模与可视化-数字地形建模分解
采用了多个邻近点之加权平均水平面移动拟合法内插：
基于规则格网分布采样点的DEM建立
基于规则格网分布采样点的DEM建立
基于等高线分布采样点的DEM建立
等高线离散化法 等高线内插法 等高线构建TIN法
不规则三角网TIN的基本概念
TIN (Triangulated Irregular Network) 不规则三角网
Delaunay三角形
Delaunay三角形是由与相邻Voronoi多边形共享一条边的相关点连接而成的三角形。Delaunay三角形的外接圆圆心是与三角形相关的Voronoi多边形的一个顶点。Delaunay三角形是Voronoi图的偶图，简称D-三角形，如图5-1所示。 研究证明，同Voronoi图互为对偶图的Delaunay三角剖分图具有如下性质。 1）空外接圆性质。任何一个三角形的外接圆均不包含其它数据点； 2）最小内角最大性质。在所有可能形成的三角剖分中，Delaunay三角剖分中三角形的最小内角之和是最大的。 这两个特性保证了Delaunay三角剖分能够尽可能地避免生成小内角的长薄单元，使三角形能够最接近等角或等边,这也是Delaunay三角剖分的算法依据。
（2） 数字地形建模
三维地学建模与可视化
主要内容
地面三维空间数据获取方法 数字地形建模方法
空间数据获取方法
野外获取方法： 1. 点方式： 天文测量、大地测量、工程测量、矿井测量、GPS技术、钻孔勘探、物理勘探技术 2. 面方式：摄影测量、遥感技术、激光扫描技术、集成传感技术 3. 体方式：CT扫描、3D地震技术 室内获取方式： 1.点方式：坐标量算、手扶数字化 2.面方式：扫描数字化
实例步骤
2. 打开“MapGIS 6.7”——“图形处理”——“输入编辑”，打开工程，将等高线另存为”等高线.wl”，同时把图上非等高线的元素删除； 3. 提取等高线上的点：打开“MapGIS 6.7”——“空间分析”——“DTM分析”，“文件”——“打开数据文件”——“线数据文件”，打开”等高线.wl”文件。如果区域内看不到图，鼠标右键选择“复位窗口”；
三维GIS三维分析
第七章 三维分析
•
三维地理空间数据分析是GIS空间分析的一个重要组成部分，是当前GIS技术与应用的
热点研究领域，也是数字地球和数字城市建设的重要技术基础。
•BEA Confidential. | 2
三维地理空间数据分析主要涉及以下几个方面：
1
三维景观建模
2
三维数据可视化表达
3
三维景观分析与计算
7.1.4 DTM与DEM
图7.13 各种DEM数据
•BEA Confidential. | 27
7.1.4 DTM与DEM • 2. DEM模型之间的转化 （1）格网DEM转成TIN
格网DEM转成TIN可以看作是一种由规则分布的采样点生成TIN的特例，目的是尽量减 少TIN的顶点数目，同时尽可能多地保留地形信息，如山峰、山脊、谷底和坡度突变处。代 表性算法有：保留重要点法、启发丢弃法。
c （4，3，2） （2，0，2）
d （4，4，2） （3，4，2）
…
属性
点号 201 202 203 204
XY
Z
x201 y201 z201
x202 y202 z202
x203 y203 z203
x204 y204 z204
…
图7.10 Octree与TEN混合数据结构的数据组织
•BEA Confidential. | 21
系列不相交的三角形，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置。在不 同分辨率情况下，可以采用不同的分解内插方法进行TIN的动态生成，如图7.6所示。
a 三分三角形法
b 四分三角形法
图7.6 两种动态生成TIN的方法
•BEA Confidential. | 13
ArcGIS9教程_第9章三维分析
ArcGIS9教程_第9章三维分析第九章三维分析相当长的⼀段时间⾥，由于GIS理论⽅法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述⼆维空间为主，同时发展了较为成熟的基于⼆维空间信息的分析⽅法。
但是将三维事物以⼆维的⽅式来表⽰，具有很⼤的局限性。
在以⼆维⽅式描述⼀些三维的⾃然现象时，不能精确地反映、分析和显⽰有关信息，致使⼤量的三维甚⾄多维空间信息⽆法加以充分利⽤。
随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进⼀步发展，三维空间分析技术逐步⾛向成熟。
三维空间分析相⽐⼆维分析，更注重对第三维信息的分析。
其中第三维信息不只是地形⾼程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降⾬量、⽓温等。
ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析处理。
利⽤三维分析扩展模块可以进⾏三维视线分析和创建表⾯模型（如TIN）。
任何ArcGIS 的标准数据格式，不论⼆维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显⽰。
例如，可以把平⾯⼆维图形突出显⽰成三维结构、线⽣成墙、点⽣成线。
因此，不⽤创建新的数据就可以建⽴⾼度交互性和可操作性的场景。
如果是具有三维坐标的数据，利⽤该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。
ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的⼀个三维场景⼯具，它可以更加⾼效地管理三维GIS数据、进⾏三维分析、创建三维要素以及建⽴具有三维场景属性的图层。
此外，还可以利⽤ArcGlobe模型从全球的⾓度显⽰数据，⽆缝、快速地得到⽆限量的虚拟地理信息。
ArcGlobe能够智能化地处理栅格、⽮量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显⽰数据，超越了传统的⼆维制图。
利⽤交互式制图⼯具，可以在任何⽐例尺下进⾏数据筛选、查询和分析，或者把⽐例尺放⼤到合适的程度来显⽰感兴趣区域的⾼分辨率空间数据，例如航空相⽚的细节。
点云三维信息提取与应用地理空间GIS讲座课件
对点密度变化的鲁棒性分析
无靶标全自动配准
无靶标全自动配准
无靶标全自动配准
城区 隧道
校园 桥梁
平台无关
环境无关
密度无关
山坡
稳健、高
效、自动
河流
层次化三维目标精准提取
利用多尺度超级体素代替原始点，提高计算效率 分割并识别相互交错（重叠）的多类型城区目标
原始点云
小尺度超级体素
大尺度测超绘遥级感信体息素工程国家重点实超验室级体素
结构化模型： 可视化 —> 可计算、可分析
结构化三维建模
提取室内结构元素，利用点云的可视性分析和结构约束进行房屋分割
激光扫描仪采集点云
ceilings walls
doors and windows
结构提取
可视性分析
一楼房屋分割
二楼房屋分割
24 两层楼的分割结果
结构化三维建模
房屋分割作为语义约束，同时利用多标记图割方法，完成室内房屋的自动 化结构建模。
Wall
Walls and Cylinders BIM model
Room model
BIM model
点云智能化处理软件-Point2Model
功能模块
TB级点云和影像数据高效索引和快速可视 化
多视角TLS点云数据空间基准一致性整合 多类型道路要素高精度提取及矢量化 面向无人驾驶的高精.地图自动化生产 ………………………
单次航程15分钟，解算时间3小时
IMU
相机 镜头 机载处理器 扫描仪
品牌 Xsens MTI-300
Pointgrey Kowa
Cortex-A9 Velodyne VLP16
描述 Noise density
第12章：ArcGIS三维
§1. ArcScene 三维场景
（1）创建一系列帧组成轨迹形成动画；
图9.57 轨迹创建按 钮
• 直接利用Geodatabase & GIS数据 • Terrain, 栅格,和矢量
• 包括全球基础数据
3D GIS元素
旅馆模型
从MultiGen, 3D Studio, VRML, SketchUp等导入.
带纹理的 Multipatch
3D 分析工具 Geodatabase 导入3D的 对象 3D要素
§1. ArcScene 三维场景
三维的
点 线 多边形
§1. ArcScene 三维场景
等高线要素的三维显示：
§1. ArcScene 三维场景
叠加：所谓叠加，即将要素所在区域的表面 模型的值作为要素的高程值
§1. ArcScene 三维场景
§1. ArcScene 三维场景
突出：所谓突出是 指根据要素的某个 属性或任意值突出 要素，如要想在三 维场景中显示建筑 物要素，可以使用 其高度或楼层数这 样的属性来将其突 出显示 。
图9.58 轨迹创建对话 框
§1. ArcScene 三维场景
（２）创建一系列帧组成轨迹形成动画；
图9.59 动画操作工具条
（３）捕捉不同视角，并自动平滑视角间过程创 建动画；
§1. ArcScene 三维场景
（４）改变一组图层的可视化形成动画效果 ；
图9.60 动画效果创建按 钮
图9.61 动画效果创建对话框
ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程 三维分析 ppt课件
二、表面分析
1. 计算表面积与体积
（１）表面积的概念
与平面面积不同，表面 积是沿表面的斜坡计算的，考 虑到了表面高度的变化情况。 除非表面是平坦的，通常表面 积总是大于其二维底面积。
图9.20 表面积计算各参数示意图
ห้องสมุดไป่ตู้26
二、表面分析
（２）体积的概念
体积指表面与某指定高 度的平面（参考平面）之间的 空间大小，按照参考平面的上 下关系分为两部分，分别是平 面之上的体积或平面之下的体 积。
18
一、表面创建
（2） TIN表面的创建
通常TIN是从多种矢量数据源中创建的。可以用点、线与多 边形要素作为创建TIN的数据源。 1）点集：它是TIN的基本输入要素，决定了TIN表面的基本形 状。
图9.15 点集图
19
一、表面创建
2）隔断线
它可以是具有高度的线，也可以是没有高度的线。 在TIN中构成一条或多条三角形的边序列。隔断线即可 用来表示自然要素，如山脊线、溪流，也可以用来创建 要素如道路。
图9.43 表面长度示意图
41
二、表面分析
ArcGIS中表面长度的计算：
图9.44 表面长度计算对话框
42
三、ArcScene三维可视化
1. 要素的立体显示
在三维场景中显示要素的先决条件是要素必须 被以某种方式赋予高程值或其本身具有高程信息。
两种方式：
➢具有三维几何的要素，使用其自身高程属性进行三维可 视化；
第九章 三维分析
1
主要内容
• 表面创建 • 表面分析 • ArcScene三维可视化 • 数据转换
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
三维GIS空间数据模型(理论实操)
为了区别不同实体，每个 实体都赋予一个唯一的标 识符。
第三章 空间数据模型
行业进步
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。
1
内容
行业进步
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
① 复杂实体有可能由不同延展度和类型的空间单元组合而 成；
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。
13
实体类型组合图例
行业进步
14
行业进步
三、空间实体在地理信息系统中的表示
Record header（8字节，存储记 Record contents 录数和记录内容的长度）
Record header
Record contents
Rec…ord…header
Record contents
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shapefiles 头文件表
起始位置
名称
数值
0
File Code
9994
4
Unused
21
行业进步
Spatial data model
三维GIS三维空间数据及其获取方法分解
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中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）传感器：接收从目标反射和辐射过来的电磁波 信号的装置； （3）遥感平台：搭载传感器的载体。
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图1. 遥感数据流程图
中国地质大学（武汉）信息工程学院
物体的电磁波 特性
影响因子
传感器数据采 集
数据处理
应用
E
电 磁 能 量 （ ）
波长（λ ）
太阳位置 大气状态
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2、摄影测量技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（1）传统的摄影测量技术是利用光学摄影机摄影的像 片，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质 和相关关系的，并将所测得的成果以图解形式或数字 形式进行输出。
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中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）主要特点：在像片上进行量测，无须或很少接 触被摄体，受自然和地理等外界条件的约束少；像 片是对客观现象的一次真实记载，包含有丰富的信 息，可以选择所需量测和处理的对象，从像片上所 包含的几何信息中进行判读和计算。
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中国地质大学（武汉）信息工程学院
a）机载激光扫描系统：应用激光扫描仪和实时动 态GPS对地面进行高精度、准实时测量的系统， 主要用于大面积的3D地形数据。其基本组成为： 激光扫描仪； 飞行惯性导航系统INS及其显式设备； 差分GPS与计算机； 数据采集与记录设备； 电源。
30
中国地质大学（武汉）信息工程学院
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4、地图数字化技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
广义数字化：泛指将信息转化为计算机能接收的
形式的过程；
狭义数字化：将地图/影像转变为符合要求的矢量
数据结构的过程。
地图/影像数字化
手扶跟踪数字化 扫描数字化
地理信息系统下的空间分析-第七章_三维数据的空间分析方法
7.3.3 基于矢量数据的坡度计算方法
坡度计算也可以直接根据矢量等高线来直接计算，具 体有如下几种方法：
1、等高线计长法
坡度计算的另一类方法是基于矢量数据的算法，它直 接根据数据点值来进行计算。 这类算法的原理是基于50年代原苏联著名的地图学家 伏尔科夫提出的等高线计长方法。
tan 该方法定义地表坡度为： a
该方法基于地图上地形坡度越大等高线越密坡度越小等高线越稀这一地形地貌表示的基本逻辑将所研究的区域划分为mn个矩形子区域格网然后计算各子区域内等高线的总长度再根据回归分析方法统计计算出单位面积内等高线长度值与坡度值之间的回归模型然后将等高线的长度值转换成坡度值
第七章 三维空间分析
主要内容：
1、表面积计算
该方法基于地图上地形坡度越大等高线越密、坡度越 小等高线越稀这一地形地貌表示的基本逻辑，将所研究的 区域划分为m×n个矩形子区域(格网)，
然后计算各子区域内ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高线的总长度，
再根据回归分析方法统计计算出单位面积内等高线长 度值与坡度值之间的回归模型， 然后将等高线的长度值转换成坡度值。 该算法的最大优点是可操作性强，且不受数据量的限 制，能够处理海量数据。
2 2，）中取值，而坡向应为
无论是坡度还是坡向，在一个很小的范围内计算都只 有理论上的意义，但计算的原理是一样的。
以上的介绍都是从 Z f ( x, y) 出发，而不是直接从数据 点值计算，主要就是考虑了这一点。
基于DEM的坡度与坡向计算的算法到目前为止多是 基于格网点阵数据的，这类方法算法易于程序化，实施 起来比较容易。
该方法的基本思想是： 设置一个小窗口，首先计算小窗口内单根矢量等高线 的坡向(等高线法线的倾角)，然后利用如下公式计算窗口 内的最终的坡向： ( (li i ) / li
使用地理信息系统进行空间分析的步骤与技巧
使用地理信息系统进行空间分析的步骤与技巧引言：地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种利用计算机技术对地理空间数据进行管理、分析和可视化展示的工具。
通过GIS的应用，我们能够更深入地了解地球上的空间分布和相关因素之间的关系。
本文将介绍使用GIS进行空间分析的具体步骤和相关技巧，以帮助读者更好地运用此工具进行研究和分析。
一、数据收集与整理：在进行空间分析之前，首先需要收集与分析相关的地理空间数据。
这些数据可以来自于现有的地图、卫星遥感图像、实地调查以及其他的GIS数据库等。
在收集到数据之后，需要对其进行整理和准备工作，保证数据的完整性和可靠性。
这包括数据的格式转换、数据字段的清洗、坐标系的统一等工作。
二、空间数据输入与编辑：在GIS软件中，我们需要将收集到的地理数据导入到系统中进行进一步的分析。
这可以通过批量导入文件、链接数据库或是手动输入数据等方式完成。
在导入数据后，我们还可以进行数据的编辑和修复，以满足后续分析的需求。
三、空间分析操作：在进行具体的空间分析之前，需要根据实际需求选择合适的空间分析方法和操作。
常见的空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值、缓冲区分析等。
这些方法可以帮助我们发现地理现象的特征、分析地理对象的空间分布规律，并提供科学的依据支持决策和规划。
四、空间数据可视化：空间数据的可视化是GIS分析的重要环节。
通过将分析结果以地图的形式进行展示，我们可以更直观地理解地理现象的空间分布和特征。
在可视化过程中，我们可以选择合适的符号化方式、颜色渲染方法、缩放等操作，以展示分析结果的详细信息。
五、优化与模型建立：在进行空间分析的过程中，我们可以通过优化模型和算法来提高分析结果的准确性和精度。
例如，我们可以利用空间插值技术来预测未来的地理现象；或者通过网络分析算法来优化路径规划等。
这些优化和建模的方法可以进一步提高空间分析的效果和可靠性。
地理信息系统下的空间分析-第七章_三维数据的空间分析方法
距离，S表示三角形的表面积，P表示三角形周长的一半。
7.2 体积计算
体积通常是指空间曲面与基准平面之间的空间的体积。
基准平面一般是水平面，基准平面的高度不同，计算出 的空间曲面的体积就不同，
当高度上升时，空间曲面的高度可能低于基准平面，此 时出现负的体积。
)1/
2
dxdy
A
一般地说，上式无法直接计算，常用的方法是近似计算。
积分的近似计算方法很多(有关计算方法的著作对此都有详细
全面的讨论)，比较常用的方法是抛物线求积方法，亦称辛卜
生方法（Simpson），
该方法的基本思想是：先用二次抛物面逼近面积计算函数， 进而将抛物面的表面积计算转换为函数值计算。
2、分解为三角形的计算方法 将正方形格网DEM的每个格网分解为三角形，利用计 算三角形的表面积的海伦公式分别计算分解的每个三角形 的面积，然后累加得到正方形格网DEM的面积。 计算公式如下：
7.3.2 基于格网数据单元的坡度计算 单独一个点上的坡度并无多大用处，通常总是计算基
本格网单元上的平均坡度。
平均坡度的计算可以通过计算若干点位上的坡度，然 后取其平均值。
但更常用的方法是在基本格网单元上用最小二乘逼近 的方法拟合一个平面，然后计算其平均坡度。
（1）三角形格网 在三角形格网上，最小二乘逼近的平面与插值方法的
P (a b c) / 2
其中，a，b，c的长度是根据数据点 P1，P2，P3的高程值h1，h2，h3以及
△， P1 P2 P3的边长a ' ，b '，c'计算得到。
，
a (a'2 (h1 h2 )2 )1/ 2
第二章GIS的数据获取与处理
• 地图坐标系统的建立
• 由投影几何特征建立平面直角坐标系; • 自行规定坐标系(原点/横、纵轴).
• 大中比例尺地形图坐标系
• 1：50万为高斯－克吕格投影； • 中央经线和赤道投影后互为垂直的直线，
作为直角坐标轴； • 两种坐标网格：经纬网和公里网
地图投影的基本原理
• 一、地图投影的基本分类 • 1、根据投影面及其与球面相关位置的分类 • 2、根据投影变形性质的分类 • 3、根据投影探求的方法的分类
（3）数字化仪的其他输入功能 数字化仪主要以矢量数据形式输入各类实体的图形数据。除矢量数
据外数字化仪与适当程序配合允许操作员在数字化仪选择的位置输入文 本和特殊符号。
（4）矢量到栅格数据的转换 用适当的程序就可以实现矢量数据转换成任何一种分辨率的栅格数
据形式。当然，矢量到栅格的转换会不可避免地引起信息损失。
返回
1.数字化的方法与步骤
• 确定数字化路线; • 地图预处理; • 设置好数字化设备.
返回
2.手扶跟踪数字化
1)数字化过程: 2)数字化方式:流方式；点方式； 3)数字化仪的其它输入功能：定位文本；栅
格数据； 4)矢量到栅格数据的转换 5)数字化的精度：仪器分辨能力；数字化方
式；经验
返回
2.手扶跟踪数字化-数字化过程:
例尺，确定数字化范围，即用鼠标将左下角和右上角数字化，这两个点 确定的长方形范围内的所有后继数字化都不必键入任何坐标值且能自动 调整比例尺。
（2）数字化方式 数字化有两种基本方式：流方式和点方式。
流方式：等时间间隔或等距离间隔自动记录坐标。 缺点：如果操作员未按希望的移动速率工作就会记录过多的坐标， 后继处理必须删除多余坐标。等距离记录点则不能正确的数字化尖锐的 弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。 点方式：操作员能选择最有利于表现曲线特征也使面积误差最小的 那些点位进行数字化。 缺点：每一个记录坐标的点位上，操作员都必须按键来告诉计算机 “记录该点坐标”。
ArcGIS实战13、 三维分析
为了突出不同的视觉效果，在ArcGlobe中可以进行简单的三维场景设置， 如设置起始图层、设置是否显示指北针、设置背景、设置全屏显示位置、 设置惯性、设置太阳位置等。
13.5.2缓存设置
大量栅格数据与矢量数据的集成应用导致数据量的急剧增加，针对三维可 视化交互的实时性要求，对海量数据的实时性调度已经成为三维GIS的关键 技术之一。 使用相关的缓存技术对于提高三维视图的浏览显示效率有很大的作用。
维可视化以及ArcGIS的常用功能来解决实际问题。
3、数据
1）Subsample_1994_Cs137.shp。采集到的1994年土壤中
数据可见本书携带关盘。
4、任务
1）实现两组点数据的三维可视化，研究甲状腺癌和Cs137含量的关系。
2）利用插值方法生成表面，表达整个区域的Cs137的放射量。
3）查找发病率高于0.5/1000的区域，对发病率进行统计
1、背景
1986年乌克兰切尔诺贝利核电站发生灾难性事故，大量的放射性尘埃落到白
俄罗斯，导致当地土壤遭到严重污染。随后甲状腺癌症患者人数剧增。研究
者发现土壤污染与甲状腺癌症患病率之间存在一定的关系，想要形象化的展
现出二者之间的关联，需要对数据进行三维可视化。
2、目的
通过实例掌握ArcGIS的三维可视化方法，熟悉插值方法的使用，综合利用三
【表面坡度】对话框
输出坡度
25
13.3表面分析
13.3.3功能性表面
功能性表面主要包括为输入要素添加表面信息、插值shape、表面积和体积的 计算以及通视分析等功能。
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13.4ArcScene三维可视化
ArcScene允许用户制作具有透视效果的场景，在场景中能对数据进行浏览和 交互。 ArcScene工具条：基础工具条、3D编辑器、3D图形工具、3D效果工具。
arcgis3D模型数据获取与处理
2.6.3D模型数据获取与处理2.6.1.概述3D模型数据（主要是城市建筑物）是建立数字城市主要的组成部分。
目前最常用三维建筑物模型的建模方法可以分为以下三类：（1）基于地图的方法，利用已有GIS、地图和CAD提供的二维平面数据以及高度辅助数据经济快速建立盒状模型；（2）基于图像的方法，利用近景、航空与遥感图像建立包括顶部细节在内的逼真表面模型，该方法相对比较费时和昂贵，自动化程度还不高；（3）基于点群的方法，利用激光扫描和地面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。
基于已有二维GIS数据的简单建模方法具有成本低、自动化程度高的优点，在某些需要快速建立三维模型的领域也有着广泛的应用，这也是现有大多数二维GIS提供三维能力的最主要方式；基于CAD的人机交互式建模方法将继续被用于一些复杂人工目标的全三维逼真重建；基于遥感影像和机载激光扫描的方法适用于大范围三维模型数据获取、车载数字摄影测量方法适用于走廊地带建模、地面摄影测量方法和近距离激光扫描方法则适用于复杂地物精细建模等等。
其中，基于影像和机载激光扫描系统的三维模型获取方法能够适用于在大范围地区快速获取地面与建筑物的几何模型和纹理细节，虽然现有技术在很大程度上还依赖人工辅助，但这无疑是最有潜力的三维模型数据自动获取技术之一。
建筑物数据获取城市建筑物建立三维模型需要三种基础数据：建筑物平面数据、建筑物高度数据、建筑物表面纹理数据。
2.6.2.1.建筑物平面数据的获取建筑物的平面数据主要指的是建筑物在俯视图中投影到地平面的轮廓数据（如图2.5.2-1）2.5.2-1建筑物平面数据目前建筑物平面数据获取只要有以下几种方式：（1）从原有的二维GIS中提取三维建筑物模型所平面信息二维GIS中，建筑物一般只用投影到地面的轮廓线来表达，并将该轮廓线所勾勒出来的图形作为面对象存储在地图数据中。
二维GIS中的建筑物轮廓面数据可以作为三维建筑物模型的底面；也可以根据建模的需求把面数据转换成线数据来获取建筑物轮廓线。
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；
三维空间数据的实时获取方法研究
三维空间数据的实时获取方法研究摘要在目前，三维数字地形图是一种较新的三维绘图技术，本文在阐述了三维数字地形图的概念和主要特征的基础上，分别从点方式个面方式两个层面以及针对图像扫描数字化技术，对三维空间数据的实时获取技术进行了相关分析。
关键词三维数字地形图；三维空间数据；实时获取0 引言三维数字地形图是三维GIS和虚拟现实技术VR的技术与数据基础，是能够实时获取三维空间数据的重要手段，由此可以进一步开展三维空间数据的可视化操作，或者让三维影像地图得以制作出来。
较之于传统的二维数字地形图，三维数字地形图是一种使用更加简便，应用更广泛的矢量或线划地形图，它不受绘图空间的局限，促使二维数字地形图被三维的地理空间信息所取代，进而能够从三维空间的角度对真实复杂的客观世界进行理解和表达。
从现实层面来看，现实世界不仅有鳞次栉比的地上高楼大厦，而且还有密如蛛网的低下管线，立体化呈现纵深发展趋势，为了实现立体表达、精细管理和科学决策之目标，就迫切需要三维地理空间对这些“上天入地下海”的现代人类活动进行支撑。
三维数字地形图能够使计算机存储、运算、处理信息的能力和屏幕可视化表达的优势得到进一步发展，在具体操作上，能够通过人机交互方式来便捷地应用于查询、浏览、分析立体地图甚至动态地图信息，并使操作者能够更直观、更丰富地对空间地理环境信息进行模拟再现，因此，在计算机三维可视化发展基础上，用大比例尺针对小区域地理空间信息（例如：物体的空间立体结构、形状以及所处地形的高低起伏细节）进行形象、完整、直观、精细地表达。
可见，三维数字地形图是实施获取三维空间数据的一个有效方法。
1 三维数字地形图的主要特征其一，三维数字地形图不仅能够准确地将制图区域内地表中的微小的高低起伏状态准确定位，而且还能对其地上物的空间立体形状和结构给予准确体现。
其二，三维数字地形图的表达媒介将是电子形式或者数字形式取代传统的纸质形式的模式。
其三，三维数字地形图较之于三维地理信息系统（3DGIS），两者之间既有联系，也有区别，具体而言，三维数字地形图主要用于工程规划和设计，主要关注的是实时获取三维空间信息，并且涵盖三维地形可视化以及地物的绘制等工作，从而使三维数字地形图的可编辑、可操作功能得以实现，而三维地理信息系统则主要侧重于实现三维地理信息的数据管理与分析的功能，侧重于三维空间数据建模领域。
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2.1 数据获取方法
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2.1.1 GIS空间数据获取方法分类
1、空间数据的野外获取方式 （1）点方式：天文测量、罗盘定位、惯性测量、大地
测量、工程测量、矿井测量、GPS技术、钻孔勘探、 物理勘探技术等；
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（2）面方式：摄影测量、遥感技术、激光扫描技术、集 成传感技术；
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我国自行研制的导航卫星系统——北斗双星导航定 位系统，通过全天候跟踪GPS卫星，免费向用户提供 星历文件。该系统具有快速定位、短报文通信、精 密授时3大功能，并具有以下优势：
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同时具备定位与通信功能，无须其他通信系统文件； 融合北斗导航定位系统和卫星导航增强系统两大资源， 提供更丰富的增值服务； 覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无 通信盲区； 定位解算都集中在地面控制中心站，特别适合于大范 围移动目标监测与管理； 自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适 合关键部门应用。
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（2）测量仪器的发展：经纬仪、水准仪全站仪测量 机器人；
（3）测量技术的发展：三角测量边角网、测边网、全 站仪3D实时和自动导航技术。
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3.遥感技术
遥感是一种远距离的、非接触的目标探测技术和 方法，通过对目标进行探测，获取目标信息，然后对 所获取的信息进行加工处理，从而实现对目标的定位、 定性或定量描述；
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4、地图数字化技术
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广义数字化：泛指将信息转化为计算机能接收的
形式的过程；
狭义数字化：将地图/影像转变为符合要求的矢量
数据结构的过程。
地图/影像数字化
手扶跟踪数字化 扫描数字化
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（1）手扶跟踪数字化
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借助计算机和平板状数字化仪，从已有纸质地图 上进行重采样，并形成数字化的坐标点列数据的 过程。包括以下三步：
矢
存
纸
扫
质
描
地
转
图
化
拼 接 子 图 块
几 何 校 正
幕 跟 踪 矢 量
量 图 合 成 接
矢 量 图 编 辑
入 空 间 数 据
化
边
库
2.1.3 地表3D空间数据获取方法
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1、GPS测量技术 具有代表性的系统：欧洲的“伽利略系统”、俄罗斯 的“GLONASS卫星系统” 。
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GIS空间数据获取方法分类如下表
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空间维数
2D（x，y）
地表3D（x，y，z） 与
地上3D（x，y，zi） 地20下203/1D/（23x，y，zi）
点方式
天文测量 罗盘定位 惯性测量 大地测量 工程测量 地图数字化 大地测量 工程测量 GPS技术 地图数字化 矿井测量 钻孔勘探
气象 季节 地表状态 传感器性能 传感器位置
图 像 数 据
波段
图像增强 计算机处
理 人工图像
判读
农林 地质 水文 海洋 气象 环境 地震
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（4）遥感发展的特点： 新型传感器不断出现； 多级空间分辨率形成金字塔遥感影像结构； 光谱分辨率不断提高； 多时相性遥感成为可能； 全方位立体观测健步发展； 遥感应用由定性走向定量。
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2、摄影测量技术
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（1）传统的摄影测量技术是利用光学摄影机摄影的像 片，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质 和相关关系的，并将所测得的成果以图解形式或数字 形式进行输出。
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（2）主要特点：在像片上进行量测，无须或很少接 触被摄体，受自然和地理等外界条件的约束少；像 片是对客观现象的一次真实记载，包含有丰富的信 息，可以选择所需量测和处理的对象，从像片上所 包含的几何信息中进行判读和计算。
预处理
数字化
图属关系 连接
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（2）扫描数字化
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借助计算机和平板式或滚筒式扫描仪，从已有纸质地 图上进行重采样，并形成坐标点列数据的过程。包括：
栅格扫描 地图扫描：扫描仪按预先设定的空间分 数字化 辨率对地图进行扫描，形成二值图像；
矢量扫描数字化
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大致流程为：
屏
主要应用邻域： 宇宙太空观测； 宇宙奥秘探测；
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2、大地测量与工程测量技术
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（1）该技术是空间定位的基本手段之一，利用大地测 量与工程测量技术，既可以获得地表点的2D坐标数据 （x,y），也可获得地表点的3D坐标数据（x,y,z）；
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面方式
遥感 地图扫描数字化
体方式
摄影测量 激光扫描 SAR/InSAR 集成传感 物理勘探技术
CT扫描
7 CT扫描 3D地震
2.1.2 2D空间数据获取方法
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1.天文测量技术 利用宇宙间天体的相关位置 和运行规律，在选定的地面 点上观测某天体的高度和方 位，并记录观测瞬间的时刻， 从而确定该地面点的地理位 置——天文经纬度及该点至 另一地面点的天文方位角。
三维GIS
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三维空间数据及其获取方法
主讲：郑坤 中国地质大学（武汉）信息工程学院
2011年5月
本章内容
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1、 GIS空间数据获取方法分类 2 、2D空间数据获取方法 3 、地表3D空间数据获取方法 4 、地下3D空间数据获取方法
2
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（2）传感器：接收从目标反射和辐射过来的电磁波 信号的装置； （3）遥感平台：搭载传感器的载体。
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图1. 遥感数据流程图
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物体的电磁波 特性
影响因子
传感器数据采 集
数据处理
应用
E
电 磁 能 量 （ ）
波长（λ ）
太阳位置 大气状态
（3）体方式：CT扫描、3D地震技术等
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2、空间数据的室内获取方式
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（1）点方式：坐标量算、手扶数字化； （2）面方式：扫描数字化
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根据GIS获取方式和应用需求的不同，GIS空间数据 可区分为地表2D(x,y)、地表3D(x,y,z)、地上3D(x， y，zi)。