三维GIS三维GIS空间模型
国内外主流的三维GIS软件
国内外主流的三维GIS软件我国GIS经过三十多年的发展，理论和技术日趋成熟，在传统二维GIS已不能满足应用需求的情况下，三维GIS应运而生，并成为GIS的重要发展方向之一。
上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，首先是美国推出Google Earth、Skyline、World Wind、Virtual Earth、ArcGIS Explorer 等，我国也紧随推出了EV-Globe、GeoGlobe VRMap IMAGIS等软件与国外软件竞争本土市场。
三维GIS得到了各行业用户的认同，在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。
目前，我国国产三维GIS 软件已占据了国内市场的半壁江山。
本文唱谈了十九个国内外主流的三维GIS软件，并对其基本特点、发展历程、应用等方面做了总结概述。
由于作者水平有限，不足之处恳请读者批评指正。
国外三维GIS软件：一重唱•美国谷歌公司：Google Earth--用户最多的三维地球软件介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。
Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括DigitalGlobe 公司的QuickBird，IKOONOS 及法国SPOTS特点：Google Earth凭借其强大的技术实力和经验，以其操作简单、用户体验超群的优势吸引了全球近十分之一的人口使用。
发展历程：Google于2004年10月收购了Keyhole公司，随之次年6月推出Google Earth系列软件。
产品形式：Google Earth客户端软件提供三个版本：个人免费版、Plus版、Pro版以及企业级解决方案，用于在企业内部部署Google Earth应用。
GIS名词解释
GIS名词解释GIS（地理信息系统）名词解释地理信息系统（Geographic Information System），简称GIS，是一种集成了空间数据获取、存储、管理、分析和可视化等功能的计算机系统。
它旨在帮助人们更好地理解和利用地理信息，包括地理位置、地形、地势、气候、人口、资源等各种地理现象和现实问题。
GIS的核心概念是“地理”。
地理信息系统将地理信息与空间位置相关联，通过电子化的方式进行存储、处理和展示。
利用GIS，人们可以通过空间分析和地理建模来解决空间问题、制定规划、辅助决策、优化资源利用、提升生活质量等。
在GIS中，有许多重要的名词需要解释和理解。
1. 空间数据（Spatial Data）：指以空间位置为基础的数据，可以表示为二维或三维的矢量数据或栅格数据。
空间数据是GIS的基本组成部分，包括点、线、面等几何要素及其属性信息。
2. 数据采集（Data Collection）：是指获取和收集地理信息数据的过程。
常见的数据采集方法包括GPS定位、数字化、遥感技术等。
数据采集的质量、准确性和全面性直接影响到GIS分析和决策的结果。
3. 数据存储（Data Storage）：是指将采集到的地理信息数据存储在计算机系统中的过程。
常见的数据存储形式包括数据库、文件系统和云存储等。
4. 数据管理（Data Management）：是指对地理信息数据进行组织、分类、存储、更新、查询和维护等操作的过程。
数据管理旨在提高数据的可访问性、有效性和一致性，确保数据的完整性和安全性。
5. 空间分析（Spatial Analysis）：是指对空间数据进行操作、计算和分析，以发现地理模式、相互关系和隐含规律。
常见的空间分析方法包括缓冲区分析、叠置分析、网络分析、地形分析等。
6. 地理可视化（Geovisualization）：是指通过图形化的方式将地理信息呈现给使用者。
地理可视化可以是简单的静态地图，也可以是交互式的动态地图、三维场景或虚拟现实等形式。
GIS分析 第7章 三维分析
❖实际应用中一般用来计算土石方量（填、挖方）
DEM的应用:可视化分析—表面面积和体积
洪水淹没分析
❖可交互式改变洪 水的高度
❖水体积计算 ❖淹没表面积计算
DEM的应用:可视化分析—填挖方分析
3.3.3填挖方分析
❖通过分析比较两个表面模型前后的变化， 还可以计算填埋及挖掘土石方量；
Aspect
DEM的应用—坡向提取
7
7
70
52
75
50
75
45
60
6
75
60
6
75
90 100
5
80
80
70
104 70
55 5
65
75 75
490
80
61
4
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94
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3
57
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3
55
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12 05
70
53 70
70
2
1
50
66
50
60
1
0
90 0
1
2
3 45 4
655
640 575
8
295
TU
DEM的应用—等值线
DEM的应用—等值线
石河子市DEM及其等值线
1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350
DEM的应用—可视化分析
3.3基于DEM的可视化分析
用地面实测记 录生成DEM
ArcGIS三维建模步骤
借助于SketchUp 工具的ArcGIS三维建模(1)使用ArcGIS桌面，即ArcMap，加载矢量数据；(2)在ArcMap环境中，利用插件工具，将所需要建模的区域导入SketchUp中。
(3)在SketchUp创建模型。
(4)在SketchUp中将模型转成ArcGIS的Multipatch模型要素文件并保存于Personal GeoDatabase（后面统称为PGDB）中。
软件环境ArcGIS桌面产品和服务器产品；SketchUP 6专业版三维建模软件（建议安装版本6 pro）；SketchUp ESRI插件；以及图像处理软件Photoshop，用来制作材质文件。
软件安装及配置步骤(1)安装ArcGIS Desktop软件，如ArcInfo。
（过程略）(2)安装草图大师Goolge SketchUp 6 Pro软件。
（过程略）(3)安装SketchUp6 ESRI 插件1.双击“SketchUp6ESRI.exe”，开始安装，2.接受协议，点击“Next”3.第一个组件“GIS Plugin”，使用户能够在SketchUp中将模型以Multipatch要素的形式导入GDB。
第二个组件“3D Analyst SketchUp 3D Symbol Support”，用户可以在ArcMap中将GIS数据导入SketchUp中。
上述两个组件的安装位置尽量不要改变，可能会导致在SketchUp中导出3D模型失败。
4.执行组件安装(4)在ArcGIS环境中激活SketchUp6 ESRI插件1.启动ArcMap界面，在工具栏上右键，单击“Customize”2.点击“Add from file”，找到SketchUp ArcGIS Plugin安装目录下的Features To SKP.dll3．添加插件动态库后，在Toolbars项中可以找到SketchUp6的功能项。
4.选中“SketchUp 6 Tools”组件以后，在桌面上会弹出组件的功能按钮。
三维GIS解决方案
三维GIS解决方案三维GIS（Geographic Information System）是指使用三维地理信息技术对地理空间数据进行管理、分析和展示的一种解决方案。
它可以将地理空间数据以三维形式呈现，实现高度真实感的地理空间可视化，进一步提高GIS系统的功能和效果。
下面是一个关于三维GIS解决方案的详细介绍：一、三维GIS的定义和特点1.真实感强：三维GIS可以通过高精度的模型和贴图，实现高度真实感的地理空间可视化。
用户可以通过三维模型来探索地理空间，更直观地理解地理信息。
3.可视化表达能力强：三维GIS可以将地图数据以立体的形式展示，通过动态、交互式的方式来展示地理信息，使用户更容易理解和利用地理数据。
4.空间感知增强：三维GIS能够增强用户的空间感知能力，使用户更容易理解和判断地理信息的空间特征和关系，更好地使用地理数据。
二、三维GIS的应用领域1.城市规划和建设：三维建模技术可以为城市规划和建设提供更准确、直观的数据支持。
通过三维GIS，规划者可以更好地理解城市的地图数据，并进行虚拟的城市设计和模拟。
2.资源管理和环境保护：三维GIS可以为资源管理和环境保护提供有力的支持。
例如，在矿产资源管理中，可以使用三维GIS来模拟矿区的地理信息，帮助决策者更好地了解矿区资源的分布和利用情况。
3.水利工程和环境灾害防治：通过三维GIS，可以对水利工程和环境灾害进行精确的模拟和分析，从而提高水利工程和环境灾害防治的效果和能力。
4.交通管理和导航系统：三维GIS可以为交通管理和导航系统提供高精度的地理空间数据，帮助驾驶员更轻松地导航和规划路线，提高交通管理效率。
5.地质勘探和矿产资源开发：三维GIS可以为地质勘探和矿产资源开发提供精确的地理空间信息。
通过三维建模技术，可以更好地了解地下地质情况和矿区资源分布，从而提高勘探和开发效率。
三、三维GIS的解决方案在实际应用中，三维GIS解决方案通常包括以下几个关键要素：1.数据采集和处理：三维GIS的数据采集通常包括航空摄影、激光雷达、数字摄影等技术，通过对采集的数据进行处理和整合，生成三维地理数据。
地理信息系统知识：GIS在三维建模中的应用
地理信息系统知识：GIS在三维建模中的应用随着城市规划和建筑业的迅速发展，三维建模已成为一种重要的技术手段。
三维建模对于规划和建筑设计的可视化、仿真和分析具有重要作用，而地理信息系统（GIS）则为三维建模提供了丰富的空间数据资源。
本文将探讨GIS在三维建模中的应用，包括三维场景建模、三维可视化、仿真分析和精细化建模等方面。
一、三维场景建模三维场景建模是通过现有的地理信息、道路、地形地貌数据等信息，构建城市三维场景模型，使得在可视化场景中建筑、道路、人行道等都能够呈现出真实且立体的景象。
GIS技术可以通过制作高-低建筑、路网、绿化带和功能区等各类数据图层，进行3D场景的构建和绘制。
组织不同的组件相互联系，可以生成各种建筑、机场、城市公共场所等场景模型。
它能够满足多维数据、多变量数据和高层建筑的数据需求，能够展现三维空间问题，满足决策需求。
二、三维可视化三维可视化是GIS在三维建模中的一项重要应用，它可以合理地展现三维场景模型，使得使用者能够更直观地了解和分析场景的结构和特征，也为决策提供了更为直观和准确的基础。
此外，三维可视化能够通过虚拟现实技术，使使用者在场景模型中更真实地体验和探索。
三、仿真分析仿真分析在三维建模中具有重要的应用价值。
GIS可以通过三维建模技术，将地图、地形、建筑等融合到三维环境中，实现城市规划、工程设计、应急管理等方面的仿真分析。
如城市洪水、灾害应急等情况就可以由此得到贴切生动的模拟。
而仿真分析技术使因素看似不可预测的场景中，我们能够对场景的发展方向做出预判，在实际应对时更加从容。
四、精细化建模精细化建模是三维建模中的重要内容，用于建立高度真实和准确的三维场景模型。
GIS利用各种高清的航空、卫星影像、地面测量、激光雷达和GPS技术，可以获取到非常详细的地理空间信息，建立起高精度的三维模型。
同时，精细化建模可以在三维可视化的基础上，进一步对3D模型进行分析、改进、扩展，使得3D模型更加符合实际情况。
三维gis简述
五、三维GIS缺点
– 大部应用以影像和地形为名注记显示效率不高
– 大规模的城市模型显示效率不高
– 缺乏高端的三维分析功能
一、三维GIS特点：
1. 空间信息的展示更为直观。与二维GIS相比，三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术给用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系；
2. 多维度空间分析功能更加强大。对空间对象进行三维空间分析和操作也是三维GIS特有的功能。
EV-Globe的地图服务器不但兼容了二维GIS绝大部分的功能，如点选查询、框选查询、圆选查询等基本功能，而且可以提供一般三维GIS平台不具备的缓冲区分析、最优路径分析等强大功能，同时，还提供距离测量、线段剖面、折线剖面、区域淹没、通视分析等三维GIS特色的空间分析功能。此外，用户还可以在EV-Globe中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。EV-Globe在空间分析上的优势，可以说是集二维GIS与三维GIS之长，受到国内市场的青睐。
二、三维GIS问题和技术瓶颈。
1. 昂贵的数据投入。
2. 海量数据处理的技术瓶颈。
3. 三维GIS还要跨越一些技术难点，如海量存储、网络传输、数据发布、数据共享等
三、GIS的三维时代已经来临
Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。Skyline在专业的空间分析尚有不足，如缺少淹没分析。由于Skyline是外国三维平台，最新版本都无汉化版本，本地化的速度也比较慢。
VRMap采用J2EE体系架构，可快速、灵活构建基于Web的三维业务应用系统；同时VRMap提供城市级别的基于网络的海量精细场景，可以快速建立三维应用。
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；
GIS空间分析的数据模型
基态修正模型
基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样，它 只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的变 化量。
33
时空立方体模型( Space-time Cube)
由空间两个维度和一个时间维组成，描述了二维 空间沿着第三个时间维演变的过程。任何一个空 间实体的演变历史都是空间-时间立方体中的一 个实体。
➢ 拐点(Turn)：从一个链到另一个链的过渡。拐点在 网络模型中不用于模拟现实世界中的实体，而是 代表链与链之间的过渡关系。
21
常用的网络模型：
网络跟踪(Trace)
➢用于研究网络中资源和信息的流向； ➢在水文应用中，网络跟踪可用于： • 计算河流中水流的体积， • 跟踪污染物从污染源开始，沿溪流向下游扩散的
28
3.7 时空数据模型
➢ 静态GIS（SGIS）：
传统的地理信息系统应用只涉及地理信息的 两个方面：空间维度和属性维度。
➢时态GIS （TGIS）:
能够同时处理时间维度。 解决历史数据的丢失问题。 实现数据的历史状态重建、时空变化跟踪、
发展势态的预测等功能。
29
数据的时间维度：
➢结构化数据：如一个测站历史数据的积累，可以 通过在属性数据表记录中简单地增加一个时间戳 (Time Stamp)实现管理；
➢ 结点(Node)：链的终止点。 链总是在结点处相交。结点可以用来表示道路 网络中道路交叉点、河网中的河流交汇点等。
20
➢ 站点(Stops)：在某个流路上经过的位置。代表现 实世界中邮路系统中的邮件接收点、或高速公路 网中经过的城市等。
➢ 中心(Center)：网络中的一些离散位置，可以提供 资源。如现实世界中的资源分发中心、购物中心、 学校、机场等。其状态属性包括资源容量，如总 的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距 离或时间限制。
基于MAPGIS三维地形模型的实现
本科生毕业论文（设计）题目基于MAPGIS 三维地形模型的实现姓名学号院系地理与旅游学院专业地理科学指导教师职称2015 年5 月16日曲阜师大学教务处制目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言 (1)1 研究区域概况及数据源 (2)1.1 研究区域概况 (2)1.2 数据源 (3)2 具体操作方法及流程 (3)2.1 操作方法 (3)2.2 图件扫描 (4)2.3 图像文件的格式转换 (4)2.4标准分幅影像图（DRG）的生成 (5)2.4.1 图幅生成控制点 (6)2.4.2 顺序修改控制点 (6)2.4.3 生成质量评估文件 (7)2.4.4 标准图幅裁剪 (7)2.5 矢量化等高线 (7)2.5.1 新建MAPGIS 6.7的点、线、面工程文件 (8)2.5.2等高线矢量化82.5.3 等高线自动赋值 (9)2.6 DTM模型的生成 (10)2.6.1 平面等值线图的绘制 (10)2.6.2 彩色等值立体图的绘制 (11)2.7 三维地形的生成及飞行 (12)2.7.1 三维地形的漫游 (12)2.7.2 平面晕渲图的绘制 (13)2.7.3 立体示意图的绘制 (13)结语 (14)致 (14)参考文献 (14)基于MAPGIS 三维地形模型的实现地理科学专业学生111指导教师111摘要：本文以省曲阜市东南部尼山镇颜母庄的1：10000（I50G013052）的地形图为地理底图，介绍了基于软件MAPGIS 6.7的三维地形模型及三维漫游的实现的操作步骤和经验技巧，以期对地图制作等相关操作及软件的使用起到借鉴作用。
关键词：MAPGIS 6.7；尼山镇颜母庄；三维地形模型；三维漫游The Realization of 3D Terrain Model Based on MAPGISStudent majoring in Geography 111Tutor 111Abstract：The article introduces the general step and the key technologies of the production of 3D TerrainModel based on MAPGIS 6.7,taking the area of Nisan Yanmu Town ,ShanDong Province as example.I hope toprovide some suggessions ,experiences and skills of 3D terrain realization and flight.Key words：MAPGIS 6.7; Nisan Yanmu Town;3D Terrain Model;3D terrain realization and flight引言MAPGIS是中地信息工程研制的具有自主的大型基础地理信息系统软件平台。
三维GIS的定义
1 三维GIS的定义从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义，认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。
基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。
TURNER认为“Geographical Information System”主要用来区分纯粹的二维GIS 与三维GIS[2]，为强调在三维任务如地质或地貌应用上的扩展，人们创造了术语“Geoscientific Information System”(GSIS)[28]。
后来这个词被修改为一个缩写形式“Geo-Information System”(GIS)[24][28]。
为区分三维GIS与现今世界上比较成熟的流行的各种二维商业GIS，这里倾向于BREUNIG的观点[28]，用GIS指代“Geo-Information System”，认为三维GIS是布满整个三维空间的GIS，与传统的基于平面的二维GIS或2.5维GIS明显不同，尤其体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。
三维GIS加上时间维方面的处理即为四维GIS。
2三维GIS的特点在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。
在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标[9]。
空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。
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。
基于网络环境的3D GIS空间数据模型研究
带 币 蒂 蒂 蒂
基于 网络环境 的 ３ Ｓ空间数据模 型研究 Ｄ ＧＩ
于 文洋 杨崇俊 陈飞 翔 乐 小虬 （ 中国科 学院遥 感应 用研 究所遥 感科 学 国 家重 点 实验 室 ， 北京 １０ ０ ） ０ １ １
Ｅ— ｉ： ｒ ｃ ａ ｆ ｈ ６ ．ｏ ｍａｌ ａ ｔ ｅ ｎ ｓ ＠１ ３ ｃ ｍ ｏ ｉ
摘 要
三维地理 信息 系统应该充分利 用第三维， 提供 有效空间分析功能。 文提 出了一种面向分析的空间三维数 据模 论
型， 在这个模 型上基 于几何拓扑关 系的空间分析得 以方便 的 实现 。 每种模 型有 不同种表现形式。 Ｏ Ｌ Ｄ算法、 空间索引和渐
ｐｅｅｔｄ ｉ ｔｉ ３ － Ｉ．ｈｓｄ ｔ ｍ ｄ ｌｉｃ ｄ ｓｄｆｒｎ ｅｒｓｎ ｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｂｅｔ ｏ ａ ｅｕｅ ｎ ｔｅ ｒｓｎｅ ｎ ｈｓ Ｄ Ｇ Ｓ ｉ ａ ｏ ｅ ｎ ｌ ｅ ｉｅｅ ｔｒｐｅｅｔ ｉ ｓｆｒｔｅ ｓｍｅｏｊｃ． ｄ ｃｎｂ ｓｄ ｉ ｈ Ｔ ａ ｕ ａｏ Ｌ
ｌ 引 言
地 理 信 息 系统 （ Ｉ ） 为 支 持 空 间 定 位 信 息 数 字 化 获 取 、 ＧＳ 作 管 理 和应 用 的技 术 体 系 ． 着 计 算 机 技 术 、 间技 术 和 现 代 信 随 空 息 基 础 设 施 的 飞速 发 展 ， 在全 国经 济 信 息 化 进 程 中 的 重 要性 与 日俱 增 ． 别 是 当今 “ 字 地球 ” 念 的 提 出 ． 得 人们 对 Ｇ Ｓ 特 数 概 使 Ｉ
（ｈ ｔｅＫｅ ａｏａ ｒ ｆＲ ｍ ｔ Ｓｎｉｇ Ｉｆｒ ｔ ｎＳｉ ｃｓＩ Ｓ Ｃ Ｓ Ｂ ｉｎ ０ １１ Ｔ ｅＳａ ｙＬｂｒｔ ｙｏ ｅ ｏ ｅｓ ｎｏｍａｉ ｃｅ ｅ ， Ａ，Ａ ，ｅ ｉｇ１００ ） ｔ ｏ ｅ ｎ ｏ ｎ Ｒ ｊ
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TEN模型
中国地质大学（武汉）信息工程学院
建模过程：基于采样点对所有的2.5D的空间对象的 约束三角形剖分，以及对所有3D空间对象的约束四 面体剖分。将3D对象进行四面体剖分后，也就将3D 空间对象间的操作转为四面体集合间的操作。
四面体格网既具有体结构的优点，如：快速几何变 换，快速显示，又可以看成是一种特殊的边界表示 ，具有一些边界表示的优点，如：拓扑关系的快速 处理。但目前根据空间采样数据直接对模型进行四 面体化尤其是约束四面体化算法编制复杂，开发难 度较大，限制了这种数据模型的发展。 。
中国地质大学（武汉）信息工程学院
针对城市3D可视化查询提出的，设计目的是面向网格应用，为 在屏幕上进行3D可视化空间查询提供支持； 无须对3D空间进行完全剖分，所有的空间对象都以独立的方式
嵌入到3D空间中；
SSM（The Simplified Spatial Model）模型
中国地质大学（武汉）信息工程学院
OO3D模型
ห้องสมุดไป่ตู้
中国地质大学（武汉）信息工程学院
抽象特征 几何 属性
抽象几何
空间目标
点 抽象属性
线面体
结点 线段 三角形 颜色 纹理
…
->1:m继承 关系
图6. OO3D模型的3D空间目标抽象描述
图7. OO3D数据模型结构图（史文中，2000）
中国地质大学（武汉）信息工程学院
OO3D模型中组成3D目标的基本元素是结点、线 段和三角形。任意复杂的空间对象都是由这3类基 本对象按照上述的规则构造而成的，因而组成体对 象的最小空间单元是三角形。
三维GIS
中国地质大学（武汉）信息工程学院
三维GIS空间模型
主讲：郑坤 中国地质大学（武汉）信息工程学院
本章内容
中国地质大学（武汉）信息工程学院
三维空间模型综述 面向地理的三维空间模型 面向地矿的三维空间模型 面向地学的三维空间模型 三维空间数据模型的应用实例
3.1 三维空间模型综述
•空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互 间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空 间数据库模式提供了基本的方法； •三维GIS的核心问题是三维空间数据模型的构建。
•自从 1978 年八叉树(Octree) 概念被提出后相当长 的一段时间, 研究工作主要以八叉树为代表的三维栅 格数据模型为主。
优点：该模型去掉了3D FDS中的弧段元素，结构更简 单，遍历快速、存储空间少，有利于三维对象的可视化; 利用9交模型可推导任意两个空间对象间的拓扑关系；
缺点：不利于复杂对象的构造。基于表面三角形剖分 的模型引入单纯形作为构建各种空间实体及描述拓扑关 系的基本要素，对地物模型进行表面剖分，将面分为曲 面和折面两类，通过对曲面和折面进行三角形剖分实现 对表面的表达和近似表达。剖分操作较为复杂，且难以 控制剖分精度。动态更新和修复需要大量的查询，构造 元素面和结点元素存在多值性。
3.2 面向地理的三维空间模型
中国地质大学（武汉）信息工程学院
1、3D FDS模型 3D FDS(formal data structure)是Molenaar在原2D 拓扑数据结构的基础上定义的一种基于3D矢量图 的形式化描述，是第一个将空间对象当做几何特 征与专题特征集成的数据结构。
3D FDS模型支持多种空间数据描述，且容易实 现几何特征与专题特征的关联。
优点： （1）由于所有的目标都被作为单独的对象处理， 在数据对象的操作方面比关系表要简单、方便；
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）对象的数据被封装在对象内部，外界对于对象的 操作只能使用该对象暴露的方法进行，在数据安全性 方面比关系表具有更高的安全性；
（3）在几何对象的空间查询方面，用户可自己定义一 些方法对几何对象进行查询，直接获取该对象的几何 数据和属性数据，如果使用关系表结构，则要根据关 系映射在几个表中进行联合查询。相比，面向对象方 法具有更高的效率；
n-cells模型
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每个空间对象均通过对应的k-cell complex加以表 达。 k-cell complex包括边界操作和协边界操作。边 界操作提供了组成k-cell的一系列(k-1)-cell；协边界 操作提供了组成k-cell的一系列(k+1)-cell；
TEN模型
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TEN模型主要有四个基元构成：四面体、三角形 、边和 节点 。
一个空间实体由四面体组成，面由三角形组成，线由小 三角形的边组成，点由节点组成。 总之，在TEN模型当中，每个节点必须属于某一条边， 每条边属于某一三角形，每个三角形属于某一个四面体。 由于TEN模型采用的是simplex-complex思想，因此它可 以完全描述三维空间中的各种拓扑关系
缺点： （1）用所定义的几种基本几何单元(cell)尚难以表 达复杂多样的空间对象；
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（2）未给出空间对象及其几何单元的形式化描述 方法，从而给空间关系的表达及数据结构的设计 带来一系列的困难；
（3）缺乏与之相关的实验指导及空间数据模型的 实现方法；
（4）对空间对象的拓扑性质及对象间的关系缺乏 完备说明、严格推导以及证明和表达机制。
•近年来, 部分研究工作集中在矢量数据模型和多种 数据模型的集成和混和以及基于这些模型的处理和 分析算法。
•根据三维空间数据模型的特点，将其分为基于体 元、基于矢量或边界面、混合或集成、基于点集拓 扑学的单纯形数据模型：
图2. 目前较典型的混合三维数据模型
•本章根据模型的特点及在不同领域的应用特征，按 照面向地理、面向地矿、面向地学三个典型应用领 域，对三维空间数据模型进行分类介绍。
图3. 3D FDS模型结构图（Molenaar,1990）
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其建模原理上的不足在于：只考虑了空间对象表 面的划分和边界表达，没有考虑空间对象的内部结 构。
因此，仅适合表达形状规则的简单空间对象，难以 表达地质及环境领域中不规则的复杂3D空间对象。
SSM（The Simplified Spatial Model）模型