三维电子沙盘国内外现状1

三维电子沙盘国内外现状

1、总体概况

近几年，在地形图基础上发展起来一些用于表示三维空间的图形模式。这些图形模式有三维电子沙盘、三维数字地图、三维电子地图、三维景观图等等。三维电子沙盘更加注重重大比例尺的地形表现。

网络三维地形图系统越来越受到研究者的关注，Google Earth免费公共服务系统的推出第一次将这个全球高分辨率影像及三维场景真实地展现在在用户面前，极大地促进了各个行业用户在三维可视化方面的需求。

Skyline, WorldWind, ArcGlobe等三维可视化平台的推出更是让用户的需求逐步转化为现实。

但是三维电子沙盘的效率目前依然是用户感到不满足的一个重要环节之一，也是众多学者研究和思考的热点。

数据的网络快速传输是影像网络三维可视化效率的核心环节之一，在网络三维可视化系统中，对于服务器频繁的数据请求及网络通信代价很大程度影响系统运行的效率；降低访问频率、尽可能减少数据网络传输量是需要重点考虑的问题。

成熟的客户端数据缓冲机制是衡量网络三维可视化系统是否成熟的重要标志。网络三维可视化系统通常有大量经常被访问的影像、模型、地形、矢量数据，为了避免频繁地与数据服务器进行交互，需要将经常被访问的数据保存在内存和外存缓冲中，可以大幅度地提高系统的性能。

2、三维可视化方面国内外的现状

目前，国内外关于Web缓存及优化算法的研究有很多。但是，针对网络三维可视化系统缓存研究公开发表的很少。Web缓存机制虽然能够在一定程度上改善系统性能，但对网络3维可视化系统的缓存管理明显缺少针对性。

当前三维可视化方法主要有计算机透视法、计算机影像编修法、计算机绘图及3D模型法、计算机模型及影像合成等，但它们大都是用栅格或影像表示空间地理信息的，类似于三维数字地形图的概念，但是又有很大不同。前者强调三维视图，重视空间认知的功能，后者侧重三维空间的可编辑、可操作性，方便工程规划和设计。以规则格网（Gird）为基础的三维地形可视化这方面的研究算法也比较多大致可分为以下几个阶段：

1997，Duchaineau在Lindstrom的算法基础上，提出了实时优化自适应网格（ROAM）算法，它使用二叉树而不是连通图来表示地形结构。Duchaineau和Lindstrom都是采用规则的简化模式，分别代表了当前的两大主流法则：基于四叉树的LOD（Level of Detail）地形分割和基于二叉树的LOD地形分割。

1998，Rottger提出基于规则格网的四叉树来表示地形，采用一种特别的误差计算方法消除块间裂缝，把结点变形融入算法框架，取得较好的可视化效果。

2001，陈刚提出一种基于RSG（参见《地形RSG模型的实时动态构网算法的设计与实现》解放军信息工程大学测绘学院，陈刚）通过定义模型中顶点间的约束关系，解决四叉树中裂缝问题，还利用误差继承的方法将顶点间的约束关系反应到顶点的误差值中，在构网的过程中只需要通过简单的误差判断就可以快速得到参与构网的顶点。

3、国内外三维建模现状

随着图形硬件的发展，视点不相关递进网格算法应用到地形可视化方面，国内外关于三维建模这方面的研究大致可分为以下四类：

（1）基于二维GIS向三维GIS扩展

在二维GIS数据的基础上构建三维GIS是目前三维建模的重要途径之一。这种方法的优点省略了数据采集的步骤，建模速度比较快；缺点是由于二维GIS数据中信息缺失，如缺少房屋建筑物的高楼信息，只能依据层数推测房屋建筑物的高度，这种方法由于缺乏准确的第三维数据以及空间关系的表达，所能表达的信息较少、精度较低，进行空间分析能力有限。

（2）三维建模工具

采用三维建模软件，目前较为常用的是Autodesk公司的sdsMAX和Maya、Multigen公司的Creator、Google公司的SketchUp、Microsoft旗下Caligari 公司的trueSpacd等，利用采集的空间三维信息构建立体模型的转入转出并制作的三维地物模型外观精细、美观；缺点是适合小范围内的三维重建，大范围的三维重建不仅工作量大而且地物与地形的集成匹配较为繁琐。

（3）数字地形图DEM与航空航天遥感影像叠加起来构建三维立体模型。如Lothar Koppers借助VRML语言将影像和高程网格叠加在一起，实现了可以任意漫游的三维景观模型,Tsuyshi Honjio借助CAD系统将影像叠加到DEM上，在此基础上添加地物模型生成地形景观模型。这种建模技术较适合大范围区域内三维地形浏览，但是空间对象的编辑、查询和空间分析的功能比较弱。

（4）真三维空间数据模型

随着三维数据获取技术（数字摄影测量技术，高分辨率卫星影像与航空立体像对获取技术，激光扫描技术等直接获取或自动、半自动提取地物的真三维信息）的快速发展和计算机性能的提高，获取大面积精细、完整的三维信息（包括形状、高度）相对容易实现，迫切需要一个真三维的空间数据模型来组织和管理三维数据。国内外许多专家进行了大量的探索和研究，目前将三维空间模型大致分为三类基于矢量结构的、基于栅格结构的和失栅混合结构的。国内外一些著名的公司与研究机构也已经相继堆出了比较有代表性的三维软件系统。

① 2003年ESRI公司推出了ArcGIS9.0并出现ArcScene和ArcGlobe模块。

② Autodesk公司在原先AutoCAD平面信息基础上拓展了三维功能等。

③美国的ERDAS公司开发研制的IMAGINE Virtual GIS。此系统为三维环境下的可视化分析表达提供了地理信息系统的功能，用户可以实现对三维景观进行实时查询与交互式操作。主要功能有三维可视化，交互式操作、实时贯穿飞行以及目标对象的集成链接，同时能够建立虚拟现实的世界。

④美国的Skyline软件。Skyline软件是融合了GIS，RS，GPS和虚拟现实技术VR的三维可视化GIS。利用数字正射影像、数字高程模型、矢量数据、三维模型和属性数据等多种数据源，建立交互式三维可视化的场景，能够快速创建、编辑、浏览、管理和分析大区域范围的三维景观，而且能够支持大型数据库和实时的信息通讯技术。

⑤国内适普软件有限公司的IMAGIS Classic。该系统是一套综合了数字正射影像（DOM）、数字地面模型（DEM）数字线化图（DLG）和数字栅格图（DRG）四类对像的虚拟现实管理的地理信息系统。此系统结合了3D可视化技术与虚拟现实技术VR，完全可以真实重现特定环境下的三维场景1，把所有管理对象都置于同一个真实的三维可视化世界中。