GIS三维可视化技术
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利用航空立体像对的方法，即利用目标提取技术，实现航 空影像房屋三维数据的半自动测量，进而在地面与建筑物 表面和原始数字影像的基础上，实现建筑物可见表面纹理 恢复，对于不可见表面的纹理使用数码相机进行采集，然 后重建三维景观
基于图形的建模方法
¾ 基于CAD的建模方法
使用CAD、3DS、3DMAX等设计数据，能够逼真表示规划设 计成果的精细结构和材质特征 ,与基于各种精确测量技术 的建模方法相比往往具有事半功倍的作用
基于图形的建模方法
¾基于2DGIS的建模方法
¾ 在二维GIS的基础上，直接给定的建筑物相对高度和纹 理数据来构建建筑物的三维模型。
¾ DEM和二维GIS结合的方式，用DEM作为建筑物的承载体 表达地表的起伏，再根据建筑物的相对高度信息即可 构建具有真实地理分布的城市景观。
基于图形的建模方法
¾ 基于航空遥感影像的建模方法
二、可视化建模技术
三维地形的建模技术 三维实体的建模技术
三维地形的建模技术
数字高程模型DEM，对地形三维可视化的效果 有着至关重要的影响
DEM的建模有四种主要的方法：基于点的建模 方法、基于三角形的建模方法、基于格网的建模 方法和将其中任意两种结合起来的混合方法（李 志林等，2000）。其中，基于三角形的建模方 法、基于格网的建模方法是最主要的两种方法。
2.5维可视化技术
数字地面模型DTM的三维图形显示技术的研究，把三维空间数 据投影显示在二维平面上,由于对空间数据场的表达是二维的， 而不是真三维实体空间关系的描述，因此属于2.5维可视化
逼真性
低级符号化
遥感影象
DEM &景观可视化
逼真性
高度符号化
数字高程注记 等高线与晕渲地形图
抽象性 地形可视化技术的发展（引自李志林等，2000）
基于OpenGL开发的三维可视化系统
（二） GIS可视化的表现形式
根据地理信息的特征及可视化技术和方法，可 将GIS可视化产品归结为如下几类（陈永华， 2000）：
纸质地图 电子地图 三维仿真地图 四维时空地图 多媒体地图
2
多媒体制作
以CCGIS制作的数据为素材，以CCGIS进行加工的数据为蓝本
较好的克服几何模型数据量大的缺点
缺点：
交互性较差 真实感不强 与3DGIS数据库关联较困难
基于图像的建模技术
纹理贴图（Texture mapping）、环境贴图 （Environment mapping）
全景建模法
基于图像建模的虚拟小区
集成的建模方法
综合基于图形与基于图像两种三维景观建 模技术，充分利用两者的优势，在不损耗 系统绘制性能的基础上，构造既具有高度 真实感的三维景观，又可方便地构建三维 实体对象之间的拓扑关系，与GIS数据库系 统相关联，以构成成熟的3D GIS系统，是 目前发展的趋势。
VRMap
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。
InfoEarth TelluroMap
InfoEarth TelluroMap基于主流技术平 台.NET开发，产品开放性好、架构灵活、 三维功能和GIS功能强大、支持TB级海量 空间和三维模型数据发布和应用。
视化成为GIS的研究热点 ； 多维数据的可视化技术也备受关注； WebGIS的可视化研究得到了长足发展。
GIS可视化发展
总的来说，从GIS及其可视化的发展看，GIS可视 化着重于技术层次上，例如数据模型的设计、二 维、三维图形的显示，实时动态处理等，目标是 用图形呈现地学处理和分析的结果（邬伦等， 2001）。
三峡地区的地形可视化
三维可视化技术
对空间实体对象进行三维建模后，将这 些空间实体对象按其空间位置放置在空间场 景中，最后将整个场景以三维图形的方式显 示在计算机屏幕上，并采用相关技术改善三 维场景绘制的画质和速度，通过人机交互的 方式控制场景的三维绘制，使得用户能在三 维场景中实现漫游，这是三维可视化的主要 内容。
7
地形可视化方法
常用的地形可视化方法大致有以下几种：写景法
拍摄实地景观照片 等高线法 分层设色法 晕渲法 建造三维几何相似的实物模型 产生三维线框透视投影图 逼真显示等，
等高线
地貌晕渲
遥感图象
虚拟景观
地形可视化的过程
首先，获取地形数据 第二步，生成数字高程模型 第三步，进行可视化处理 第四步，三维显示
每一种形式在表达空间概念和构思上都有其自身相对的 优越性和局限性，所以都适于以不同的方式对客观世界 进行表现和研究
三、多维数据可视化技术
¾ 1D linear: oral and text ¾ 2D plannar: map and GIS ¾ 2.5D surface: DTM ¾ 3D solid: GIS ¾ 4D dynamic: solid+time ¾ 5D psychological ¾ xD attributes: natural and cultural
工具 美国西雅图的HITL（Human Interface Technology
Laboratory）开发的原型化分布式虚拟世界软件环境 VEOS VPL公司（Virtual Presence Ltd）开发的虚拟环境原型 系统RB2（reality built two） 英国 WI公司研制的虚拟现实游戏设备 美国 Spectrum Holobyte公司的虚拟现实游戏Starpost。
基于图形的建模方法
¾基于激光扫描
利用机载或地面激光扫描仪获取地物三维数据，然后配合地 面摄影影像或遥感影像进行三维建模。
5
基于图形的建模方法
面向景物的几何模型的，其基础数据是景物的矢 量几何数据 。
优点：
高度的真实感 便于与空间属性信息的关联 在3DGIS中的拓扑关系建立较简单
三维可视化技术
虽然三维GIS是未来GIS的重要发展趋势之 一，但是三维GIS在一定程度上更是对二维 GIS的扩展与增强，因为只有同时提供多维 空间信息才能满足GIS日益强烈的社会化需 求。技术的进步和用户需求的拉动在GIS从 二维向三维的发展中起到了决定性的作 用。毫无疑问，GIS的三维时代，已经悄然 来临。
三、多维数据可视化技术
二维可视化技术 2.5维可视化技术 三维可视化技术 LOD技术 OpenGL技术在地理信息三维可视化系统中
的应用 虚拟现实技术
多维数据可视化技术
GIS的多维可视化是指采用二维、2.5维、三维、四维乃至n 维等表现形式来反映地理客体的多维特征
二维可视化技术
EV-Globe
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。EVGlobe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。
InfoEarth TelluroMap
8
Skyline
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。
（二） GIS可视化的实现工具
将实现地理信息可视化的基本工具归结为 如下几类：
传统的地图制图软件 三 维 模 型 制 图 软 件 （ Open GL，3DMAX，
AutoCAD等）可实现逼真的三维模型 虚拟地理信息系统（VRGIS）
混沉合浸式式虚虚拟拟信地息理系信统息系统
Immersive GMISixyesdtemReality
常见的建模工具
国外的如：
Autodesk公司的3DSMAX建模软件 Alias|Wavefront公司发布的 Maya建模软件 Multigen Paradigm公司开发的 MultiGen VR建模软件和
实时仿真软件 Vega Senses8公司开发的WTK（WorldToolKit）虚拟现实开发
可视化的概念
1
可视化的发展
对地图学来说，可视化技术进入了：
动态 时空变化 多维的可交互
的地图条件下探索视觉效果和提高视觉功能 的阶段。
GIS可视化
一般可以认为，GIS可视化是一门基于科学 计算可视化、虚拟现实、地图学、地理信息系 统、认知科学和通信学等，以识别、解释、表现 和传输为目的而直观表示地理信息的技术和方法 的学科。
GIS可视化
它的研究内容包括： 地理信息实体的创建、组织、理解、表示
所需要的计算； 认知和图形生成方法和技术； 可视化的表示结果可以被符号化、图形
化、形象化解释；
GIS可视化发展
GIS可视化早期关注图形显示的算法 ; 地形的可视化研究 ； 从20世纪80年代末以来，真三维GIS及其可
常见的建模工具
国内的如： 武汉吉奥公司开发的CCGIS 北京灵图公司的VRMap 武汉适普公司的ImageGIS等。
6
三、多维数据可视化技术
¾ 一维是指线性的方法 ¾ 二维是平面的方法 ¾ 三维是将一维和二维结合起来的立体的方法 ¾ 四维是立体加时间因素即运动地把握整体的方法 ¾ 五维是四维加上基于心理尺度的认识方法
IMAGIS
IMAGIS具有真实表面纹理的三维空间场景 的快速重建与虚拟建模的完美无缝结合、 基于真实三维场景的各种空间分析和属性 管理功能、与数据量无关的海量影像数据 显示管理功能等。它所具有的ODBC数据库 接口和开放式的数据库结构能使其真正实 现海量数据管理、分析、显示和漫游等功 能，并可实现与ArcInfo、MapInfo的无缝链 接。
（一）GIS可视化的概念与发展
可视化的概念 可视化的发展 GIS可视化 GIS可视化发展
可视化的概念
可视化的基本思想是“用图形、图像来表征数据”。其 概念可表述为：可视化是指利用计算机技术和方法， 对大量的数据进行处理，并用图形、图像、动画等形 式，形象、具体地将计算过程和结果显示表现出来， 使使用者能观察其模拟过程，增强人们深刻与意想不 到的洞察力。
当然，不规则三角网TIN和规则格网DEM 是可以互相转换的。
三维地形的建模技术
利用随机离散点构建不规则三角网的基本思路
利用离散点 构建规则格 网DEM的基本 思路
三维实体的建模技术
¾基于图形的建模方法 ¾基于图像的建模方法 ¾集成的建模方法
4
基于图形的建模方法
¾基于2DGIS的建模方法 ¾基于航空遥感影像的建模方法 ¾基于CAD的建模方法 ¾基于激光扫描
三维可视化技术
三维GIS平台Skyline 开放源代码的World Wind Google公司的Google Earth 北京国遥新天地信息技术有限公司开发的EV-
Globe 适普软件有限公司的IMAGIS 灵图软件技术有限公司的VRMap 武汉地大信息科技发展有限公司的
缺点：
与目前计算机硬件水平所不相适应的实时渲染算法的 不成熟；
具有高度真实感的三维几何模型同时具有较大的几何 数据量，从而造成三维景观实时渲染性能的下降。
基于图像的建模技术
通过一些预先生成好的图像（或环境映 照）来生成不同视点处的场景画面，其基 础数据是预先生成的栅格图像数据。
优点：
3
Baidu Nhomakorabea
三维地形的建模技术
三维地形的建模技术
三维地形的建模技术
一般地说：
对于大比例尺数字高程数据，采用顾及地 性线的方法构成不规则三角网TIN，可以较 精确地显示小区域地形特征，在其上可以 进行较精确的地形特征计算；
而对于较小比例尺数字高程数据，适宜于 采用规则格网DEM，能较好地显示大区域 宏观地形特征；
《地理信息系统设计》教程
地理第六信章息系的统可详细视设化计技术
教学提纲
一、GIS可视化的概念及表现方式
二、可视化建模技术
三、多维数据可视化技术
四、三维空间数据模型
五、Web GIS可视化技术
六、多媒体技术与GIS
退出
GIS可视化的概念及表现方式
（一）GIS可视化的概念与发展 （二）GIS可视化的表现形式与实现工具
基于图形的建模方法
¾ 基于CAD的建模方法
使用CAD、3DS、3DMAX等设计数据，能够逼真表示规划设 计成果的精细结构和材质特征 ,与基于各种精确测量技术 的建模方法相比往往具有事半功倍的作用
基于图形的建模方法
¾基于2DGIS的建模方法
¾ 在二维GIS的基础上，直接给定的建筑物相对高度和纹 理数据来构建建筑物的三维模型。
¾ DEM和二维GIS结合的方式，用DEM作为建筑物的承载体 表达地表的起伏，再根据建筑物的相对高度信息即可 构建具有真实地理分布的城市景观。
基于图形的建模方法
¾ 基于航空遥感影像的建模方法
二、可视化建模技术
三维地形的建模技术 三维实体的建模技术
三维地形的建模技术
数字高程模型DEM，对地形三维可视化的效果 有着至关重要的影响
DEM的建模有四种主要的方法：基于点的建模 方法、基于三角形的建模方法、基于格网的建模 方法和将其中任意两种结合起来的混合方法（李 志林等，2000）。其中，基于三角形的建模方 法、基于格网的建模方法是最主要的两种方法。
2.5维可视化技术
数字地面模型DTM的三维图形显示技术的研究，把三维空间数 据投影显示在二维平面上,由于对空间数据场的表达是二维的， 而不是真三维实体空间关系的描述，因此属于2.5维可视化
逼真性
低级符号化
遥感影象
DEM &景观可视化
逼真性
高度符号化
数字高程注记 等高线与晕渲地形图
抽象性 地形可视化技术的发展（引自李志林等，2000）
基于OpenGL开发的三维可视化系统
（二） GIS可视化的表现形式
根据地理信息的特征及可视化技术和方法，可 将GIS可视化产品归结为如下几类（陈永华， 2000）：
纸质地图 电子地图 三维仿真地图 四维时空地图 多媒体地图
2
多媒体制作
以CCGIS制作的数据为素材，以CCGIS进行加工的数据为蓝本
较好的克服几何模型数据量大的缺点
缺点：
交互性较差 真实感不强 与3DGIS数据库关联较困难
基于图像的建模技术
纹理贴图（Texture mapping）、环境贴图 （Environment mapping）
全景建模法
基于图像建模的虚拟小区
集成的建模方法
综合基于图形与基于图像两种三维景观建 模技术，充分利用两者的优势，在不损耗 系统绘制性能的基础上，构造既具有高度 真实感的三维景观，又可方便地构建三维 实体对象之间的拓扑关系，与GIS数据库系 统相关联，以构成成熟的3D GIS系统，是 目前发展的趋势。
VRMap
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。
InfoEarth TelluroMap
InfoEarth TelluroMap基于主流技术平 台.NET开发，产品开放性好、架构灵活、 三维功能和GIS功能强大、支持TB级海量 空间和三维模型数据发布和应用。
视化成为GIS的研究热点 ； 多维数据的可视化技术也备受关注； WebGIS的可视化研究得到了长足发展。
GIS可视化发展
总的来说，从GIS及其可视化的发展看，GIS可视 化着重于技术层次上，例如数据模型的设计、二 维、三维图形的显示，实时动态处理等，目标是 用图形呈现地学处理和分析的结果（邬伦等， 2001）。
三峡地区的地形可视化
三维可视化技术
对空间实体对象进行三维建模后，将这 些空间实体对象按其空间位置放置在空间场 景中，最后将整个场景以三维图形的方式显 示在计算机屏幕上，并采用相关技术改善三 维场景绘制的画质和速度，通过人机交互的 方式控制场景的三维绘制，使得用户能在三 维场景中实现漫游，这是三维可视化的主要 内容。
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地形可视化方法
常用的地形可视化方法大致有以下几种：写景法
拍摄实地景观照片 等高线法 分层设色法 晕渲法 建造三维几何相似的实物模型 产生三维线框透视投影图 逼真显示等，
等高线
地貌晕渲
遥感图象
虚拟景观
地形可视化的过程
首先，获取地形数据 第二步，生成数字高程模型 第三步，进行可视化处理 第四步，三维显示
每一种形式在表达空间概念和构思上都有其自身相对的 优越性和局限性，所以都适于以不同的方式对客观世界 进行表现和研究
三、多维数据可视化技术
¾ 1D linear: oral and text ¾ 2D plannar: map and GIS ¾ 2.5D surface: DTM ¾ 3D solid: GIS ¾ 4D dynamic: solid+time ¾ 5D psychological ¾ xD attributes: natural and cultural
工具 美国西雅图的HITL（Human Interface Technology
Laboratory）开发的原型化分布式虚拟世界软件环境 VEOS VPL公司（Virtual Presence Ltd）开发的虚拟环境原型 系统RB2（reality built two） 英国 WI公司研制的虚拟现实游戏设备 美国 Spectrum Holobyte公司的虚拟现实游戏Starpost。
基于图形的建模方法
¾基于激光扫描
利用机载或地面激光扫描仪获取地物三维数据，然后配合地 面摄影影像或遥感影像进行三维建模。
5
基于图形的建模方法
面向景物的几何模型的，其基础数据是景物的矢 量几何数据 。
优点：
高度的真实感 便于与空间属性信息的关联 在3DGIS中的拓扑关系建立较简单
三维可视化技术
虽然三维GIS是未来GIS的重要发展趋势之 一，但是三维GIS在一定程度上更是对二维 GIS的扩展与增强，因为只有同时提供多维 空间信息才能满足GIS日益强烈的社会化需 求。技术的进步和用户需求的拉动在GIS从 二维向三维的发展中起到了决定性的作 用。毫无疑问，GIS的三维时代，已经悄然 来临。
三、多维数据可视化技术
二维可视化技术 2.5维可视化技术 三维可视化技术 LOD技术 OpenGL技术在地理信息三维可视化系统中
的应用 虚拟现实技术
多维数据可视化技术
GIS的多维可视化是指采用二维、2.5维、三维、四维乃至n 维等表现形式来反映地理客体的多维特征
二维可视化技术
EV-Globe
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。EVGlobe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。
InfoEarth TelluroMap
8
Skyline
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。
（二） GIS可视化的实现工具
将实现地理信息可视化的基本工具归结为 如下几类：
传统的地图制图软件 三 维 模 型 制 图 软 件 （ Open GL，3DMAX，
AutoCAD等）可实现逼真的三维模型 虚拟地理信息系统（VRGIS）
混沉合浸式式虚虚拟拟信地息理系信统息系统
Immersive GMISixyesdtemReality
常见的建模工具
国外的如：
Autodesk公司的3DSMAX建模软件 Alias|Wavefront公司发布的 Maya建模软件 Multigen Paradigm公司开发的 MultiGen VR建模软件和
实时仿真软件 Vega Senses8公司开发的WTK（WorldToolKit）虚拟现实开发
可视化的概念
1
可视化的发展
对地图学来说，可视化技术进入了：
动态 时空变化 多维的可交互
的地图条件下探索视觉效果和提高视觉功能 的阶段。
GIS可视化
一般可以认为，GIS可视化是一门基于科学 计算可视化、虚拟现实、地图学、地理信息系 统、认知科学和通信学等，以识别、解释、表现 和传输为目的而直观表示地理信息的技术和方法 的学科。
GIS可视化
它的研究内容包括： 地理信息实体的创建、组织、理解、表示
所需要的计算； 认知和图形生成方法和技术； 可视化的表示结果可以被符号化、图形
化、形象化解释；
GIS可视化发展
GIS可视化早期关注图形显示的算法 ; 地形的可视化研究 ； 从20世纪80年代末以来，真三维GIS及其可
常见的建模工具
国内的如： 武汉吉奥公司开发的CCGIS 北京灵图公司的VRMap 武汉适普公司的ImageGIS等。
6
三、多维数据可视化技术
¾ 一维是指线性的方法 ¾ 二维是平面的方法 ¾ 三维是将一维和二维结合起来的立体的方法 ¾ 四维是立体加时间因素即运动地把握整体的方法 ¾ 五维是四维加上基于心理尺度的认识方法
IMAGIS
IMAGIS具有真实表面纹理的三维空间场景 的快速重建与虚拟建模的完美无缝结合、 基于真实三维场景的各种空间分析和属性 管理功能、与数据量无关的海量影像数据 显示管理功能等。它所具有的ODBC数据库 接口和开放式的数据库结构能使其真正实 现海量数据管理、分析、显示和漫游等功 能，并可实现与ArcInfo、MapInfo的无缝链 接。
（一）GIS可视化的概念与发展
可视化的概念 可视化的发展 GIS可视化 GIS可视化发展
可视化的概念
可视化的基本思想是“用图形、图像来表征数据”。其 概念可表述为：可视化是指利用计算机技术和方法， 对大量的数据进行处理，并用图形、图像、动画等形 式，形象、具体地将计算过程和结果显示表现出来， 使使用者能观察其模拟过程，增强人们深刻与意想不 到的洞察力。
当然，不规则三角网TIN和规则格网DEM 是可以互相转换的。
三维地形的建模技术
利用随机离散点构建不规则三角网的基本思路
利用离散点 构建规则格 网DEM的基本 思路
三维实体的建模技术
¾基于图形的建模方法 ¾基于图像的建模方法 ¾集成的建模方法
4
基于图形的建模方法
¾基于2DGIS的建模方法 ¾基于航空遥感影像的建模方法 ¾基于CAD的建模方法 ¾基于激光扫描
三维可视化技术
三维GIS平台Skyline 开放源代码的World Wind Google公司的Google Earth 北京国遥新天地信息技术有限公司开发的EV-
Globe 适普软件有限公司的IMAGIS 灵图软件技术有限公司的VRMap 武汉地大信息科技发展有限公司的
缺点：
与目前计算机硬件水平所不相适应的实时渲染算法的 不成熟；
具有高度真实感的三维几何模型同时具有较大的几何 数据量，从而造成三维景观实时渲染性能的下降。
基于图像的建模技术
通过一些预先生成好的图像（或环境映 照）来生成不同视点处的场景画面，其基 础数据是预先生成的栅格图像数据。
优点：
3
Baidu Nhomakorabea
三维地形的建模技术
三维地形的建模技术
三维地形的建模技术
一般地说：
对于大比例尺数字高程数据，采用顾及地 性线的方法构成不规则三角网TIN，可以较 精确地显示小区域地形特征，在其上可以 进行较精确的地形特征计算；
而对于较小比例尺数字高程数据，适宜于 采用规则格网DEM，能较好地显示大区域 宏观地形特征；
《地理信息系统设计》教程
地理第六信章息系的统可详细视设化计技术
教学提纲
一、GIS可视化的概念及表现方式
二、可视化建模技术
三、多维数据可视化技术
四、三维空间数据模型
五、Web GIS可视化技术
六、多媒体技术与GIS
退出
GIS可视化的概念及表现方式
（一）GIS可视化的概念与发展 （二）GIS可视化的表现形式与实现工具