三維電子地圖

1、三維電子地圖講稿、三維電子地圖的背景隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的深入,電子地圖和GIS得到了快速的發(fā)展,并己大量投入到實(shí)際運(yùn)用中。其主要應(yīng)用領(lǐng)域一直是空間數(shù)據(jù)的二維可視化。同時(shí)人們?cè)絹?lái)越多地要求從真三維空間來(lái)處理問(wèn)題。在八十年代末期,隨著計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,許多研究者開(kāi)始了三維地形、地物等自然場(chǎng)景的表現(xiàn),并延伸出針對(duì)地圖的三維可視化研究。而地圖的三維虛擬表達(dá)是一個(gè)以科學(xué)可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)理論、地圖符號(hào)與色彩理論以及信息傳輸、空間認(rèn)知、地圖感受等為理論基礎(chǔ),涉及三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字制圖技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體技術(shù)等多學(xué)科和技術(shù)的研究領(lǐng)域。從應(yīng)用的角度研究三維電子地圖模型,

2、對(duì)于增強(qiáng)地圖表現(xiàn)力、提高廣大地圖用戶的識(shí)圖用圖水平有很大作用,因此地圖走向三維可視化是其發(fā)展的方向和必然趨勢(shì),同時(shí)地圖的三維表達(dá)也是地圖虛擬現(xiàn)實(shí)可視化的前提。三維地圖和虛擬現(xiàn)實(shí)地圖己經(jīng)成為地圖學(xué)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域,它們的研究也將促進(jìn)地圖學(xué)理論和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展二、三維電子地圖的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題三維電子地圖經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展,在許多方面取得了豐富的成果,在一些領(lǐng)域逐漸開(kāi)始得到應(yīng)用。但是,三維地圖也面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn),許多關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有得到很好的解決。列入,如何自動(dòng)重構(gòu)三維地理數(shù)據(jù)源,如何實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的可視化等。而且由于三維地理數(shù)據(jù)具有海量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)系,而目前的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)并不支持三維空間數(shù)據(jù)的

3、管理,因此,需要在擴(kuò)展目前的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,解決空間數(shù)據(jù)的管理和空間查詢等關(guān)鍵問(wèn)題。當(dāng)前研究和開(kāi)發(fā)三維地圖的思路可歸納為:由二維向三維可視化領(lǐng)域擴(kuò)展,包括由平面圖轉(zhuǎn)化為三維圖形,典型的例子是對(duì)衛(wèi)片通過(guò)專門儀器描繪出等高線或者獲得DEM技術(shù)非常成熟,其數(shù)據(jù)格式通用性很強(qiáng),可以描述大范圍內(nèi)的地圖地形;直接采集三維數(shù)據(jù),三維電子地圖設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)構(gòu)建三維圖形,包括建立三維仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等，多數(shù)屬于專有數(shù)據(jù)，偏向于小范圍內(nèi)的細(xì)節(jié)展示,不適合于大范圍的城市概貌的表現(xiàn);近兩年,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,電子地圖的研究和應(yīng)用也開(kāi)始轉(zhuǎn)向Internt網(wǎng)絡(luò),例如利用工nternet網(wǎng)絡(luò)在WEB上發(fā)布和出版

4、二維航片、公路交通圖和三維地形數(shù)據(jù),為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽和簡(jiǎn)單的查詢功能,具有應(yīng)用范圍廣泛、應(yīng)用平臺(tái)無(wú)關(guān)性、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)?；诠ternet的電子地圖迅速成為研究熱點(diǎn)。典型的應(yīng)用系統(tǒng)有谷歌公司的GoogleEarth,GoogleM即,NAsA的WorldWind應(yīng)用系統(tǒng)。目前,這些三維地圖在數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫嬗辛舜蟮耐黄?但是還存在實(shí)現(xiàn)平臺(tái)專有,技術(shù)不公開(kāi),投入龐大等問(wèn)題,短時(shí)間內(nèi)很難普及;在傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)三維地形的顯示，又稱為2.5維GIS，地面高程只是作為一個(gè)屬性值?，F(xiàn)在的通用GIS系統(tǒng)普遍支持這種功能，如AreGIS、AutodeskMap3D、SuperMap等,給

5、用戶相當(dāng)直觀的地形整體輪廓。主要存在的問(wèn)題是執(zhí)行效率偏低,空間查詢和分析功能較弱,應(yīng)用數(shù)據(jù)專屬于一個(gè)平臺(tái),應(yīng)用復(fù)雜,價(jià)格偏高。采用真實(shí)三維地理信息系統(tǒng)。如果采用類似與二維地理信息系統(tǒng)的三維地理信息系統(tǒng)雖然是最好的三維地圖解決方法,但是迄今為止國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)成熟、完整且易于實(shí)用的三維地理信息系統(tǒng)。比較有名的軟件如不僅軟件價(jià)格昂貴,對(duì)硬件的要求也很高。上述第(2)至第(5)種開(kāi)發(fā)三維地圖的思路如果進(jìn)一步發(fā)展,盡管技術(shù)上和功能上比第(1)種先進(jìn)強(qiáng)大,但存在的最主要問(wèn)題是投入大,技術(shù)要求非常高,目前在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)承受能力不強(qiáng)的縣級(jí)市很難普及。三、三維電子地圖涉及學(xué)科三維電子地圖融合了地理學(xué)、測(cè)量學(xué)、制圖

6、學(xué)、遙感學(xué)、圖形圖像學(xué)等學(xué)科,已經(jīng)走向成熟并向社會(huì)化邁進(jìn)。進(jìn)入90年代后,三維可視化技術(shù)的迅猛發(fā)展使得建立三維電子地圖成為可能。數(shù)字地球的提出對(duì)建立三維電子地圖、三維地理信息系統(tǒng)提出了更為迫切的要求?，F(xiàn)代地圖學(xué)理論仍是三維電子地圖的理論基礎(chǔ),而電子地圖的研究為之提供了有力的技術(shù)支持,同時(shí)已廣泛建立的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)又提供了豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源,因此三維電子地圖必將成為地圖應(yīng)用的新領(lǐng)域,其研究與開(kāi)發(fā)也將受到極大的關(guān)注。在繼續(xù)研究三維空間數(shù)據(jù)模型的同時(shí),結(jié)合各領(lǐng)域的工作實(shí)踐,將三維空間數(shù)據(jù)模型應(yīng)用到實(shí)踐,這正是三維進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)今在國(guó)土資源管理部門對(duì)三維電子地圖開(kāi)始有了初步的要求。由于二維數(shù)據(jù)模型與

7、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的成熟,圖形學(xué)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)理論技術(shù)及其它相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,加上應(yīng)用需求的強(qiáng)烈推動(dòng),三維電子地圖的大力研究和加速發(fā)展現(xiàn)已成為可能。1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門復(fù)雜并且廣泛的技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容是如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形，一級(jí)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。圖形通常有點(diǎn)線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線性、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術(shù)上來(lái)看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說(shuō)的真實(shí)感圖形。計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的一個(gè)主要的目的就是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生令人賞心悅目的真

8、實(shí)感圖形。為此，必須建立圖形所描述的場(chǎng)景的幾何表示，再用某種光照模型計(jì)算在假象的光源、紋理、材質(zhì)屬性下的光照效果。所以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與另一門學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系。事實(shí)上，圖形學(xué)也把可以表示幾何場(chǎng)景的曲線曲面造型技術(shù)和實(shí)體造型技術(shù)作為其主要的研究?jī)?nèi)容。同時(shí)，真實(shí)感圖形計(jì)算的結(jié)果是以數(shù)字圖像的方式提供的，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也就和圖像處理有著密切的關(guān)系。2、虛擬現(xiàn)實(shí)三維GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維電子地圖在數(shù)據(jù)源、用戶交互手段上很相似。虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality,VR)，又稱為靈境技術(shù)。它采用計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)被模擬仿真世界的三動(dòng)態(tài)視覺(jué)環(huán)境，使操作者產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，對(duì)探討大

9、量需要借助形象思維的問(wèn)題頗有幫助。采用此項(xiàng)新技術(shù)，參與者需要使用硬件，如數(shù)據(jù)手套、鼠標(biāo)器、跟蹤球、操縱桿、頭盔式顯示器、護(hù)目鏡、耳機(jī)及數(shù)據(jù)服以獲得所需的感知，來(lái)體驗(yàn)計(jì)算機(jī)世界的境況。虛擬現(xiàn)實(shí)使用戶具有仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界一樣的臨境感(三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多重感覺(jué)),同時(shí)可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話工具交互地操作虛擬現(xiàn)實(shí)中的物體,這樣不僅可以使用戶沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,還可以查詢、瀏覽以及分析虛擬現(xiàn)實(shí)中的物體,如地形、地物、資源環(huán)境狀況等,輔助用戶進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃和決策。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。它實(shí)時(shí)的三維空間表現(xiàn)力自然的人機(jī)交互式操作環(huán)境以及給人帶來(lái)的身臨其境感受，將

10、從根本上改變?nèi)伺c計(jì)算之間操作的枯燥、生硬和被動(dòng)現(xiàn)狀，使人能以視、聽(tīng)、觸等人類習(xí)慣和自然的方式來(lái)感受和識(shí)由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界，促進(jìn)人與環(huán)境的交流，從而更深入地開(kāi)發(fā)人類的智慧。VR環(huán)境系統(tǒng)包括建模、控制及媒體數(shù)據(jù)源三大部分。建模是指利用物理的或數(shù)字的方法，對(duì)需要仿真的實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述獲得近似的數(shù)字模型。這是進(jìn)行數(shù)字仿真或半實(shí)物仿真必不可少的步驟建模是仿真的基礎(chǔ)，亦是仿真的結(jié)果，研究新型建模仿真方法是首要任務(wù)。三維立體顯示是其中一項(xiàng)必不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，它是系統(tǒng)向用戶輸出反饋信息的主要手段。3、GIS地理信息系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GIS(GeographicalInformationSystem),顧名思義，

11、地理信息系統(tǒng)是處理地理信息的系統(tǒng)。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關(guān)的信息，又常稱為空間信息。一般來(lái)說(shuō)，GIS可定義為：“用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)”。從GIS系統(tǒng)應(yīng)用角度，可進(jìn)一步定義為：“GIS由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，通過(guò)對(duì)地理數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源評(píng)價(jià)與管理、境監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識(shí)，為工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃、管理決策服務(wù)”。地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種決策支持系統(tǒng)，具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)，GIS與

12、其它信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過(guò)地理編碼的,地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。因此,它是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),采用地理模型分析方法,適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息,為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬與快速的空間定位檢索、復(fù)雜的查詢和空間分析價(jià)能力,能把各種信息與地理位置和有關(guān)的視圖結(jié)合起來(lái),并將地理學(xué)、幾何學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及各種應(yīng)用對(duì)象、CAD技術(shù)、遙感、GPS技術(shù)、多媒體技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等融為一體。四、三維電子地圖的實(shí)現(xiàn)1、基于真三維GIS的實(shí)現(xiàn)真三維GIS與當(dāng)前普通GIS有著本質(zhì)上的區(qū)別。普通Gl

13、s是將平面上的坐標(biāo)(x,y)作為獨(dú)立的參數(shù)來(lái)表達(dá)地物的屬性，數(shù)學(xué)表示為F=f(x,y);我們所說(shuō)的三維GIS是將三維空間坐標(biāo)(x,y,z)作為獨(dú)立的參數(shù),數(shù)學(xué)表示為F=f(x,y,z)。真三維GIS注重三維空間的形象表達(dá),以及空間分析與查詢。在真三維Gls中,某些地物可以不必逼真表達(dá),而用三維符號(hào)來(lái)表示,但是屏幕上顯示的每個(gè)地物都必須對(duì)應(yīng)一定的屬性,并且可以被用戶查詢。真三維GIS的總體框架也是由三個(gè)部分組成,一個(gè)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分,一個(gè)是空間分析部分,還有一個(gè)是數(shù)據(jù)顯示部分。空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是三維GIS的核心。目前己有許多空間數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品主要基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)ο箨P(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展,通過(guò)新的數(shù)據(jù)類型和

14、操作方法的定義,采用新的索引技術(shù),為空間數(shù)據(jù)的管理提供一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。雖然這些空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要是面向二維GIS的，但由于具有一些基本的三維要素，許多三維GIS系統(tǒng)也基于這些商用空間數(shù)據(jù)庫(kù)得到實(shí)現(xiàn)。例如,KarmaVI以空間數(shù)據(jù)庫(kù)ESRIArcSDE為基礎(chǔ)建立了三維GIS系統(tǒng)。但是，這些空間數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品對(duì)三維GIS的支持非常有限，無(wú)法完全滿足三維GIS的需求。用于三維電子地圖的設(shè)計(jì),系統(tǒng)過(guò)于龐大、復(fù)雜和昂貴。2、由DEM生成地形表面的方法實(shí)現(xiàn)在通用GIS軟件中通過(guò)DEM表示三維地形表面的方法又稱為2.5維GIS，地面高程只是作為一個(gè)屬性值,其數(shù)學(xué)表示為=F=fx,y,z(x,y)。現(xiàn)在的通用GIS

15、系統(tǒng)普遍支持這種模式，如AreGIS、AutodeskMap3D、MapGIS等。DEM可以用數(shù)學(xué)方法和圖形方法表示。數(shù)學(xué)方法可以采用整體擬合方法,即根據(jù)區(qū)域所有的高程點(diǎn)數(shù)據(jù),用傅立葉級(jí)數(shù)和高次多項(xiàng)式擬合統(tǒng)一的地面高程曲面;也可用局部擬合方法,將地表復(fù)雜表面分成正方形規(guī)則區(qū)域或面積大致相等的不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行分塊搜索,根據(jù)有限個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合形成高程曲面。圖形方法可分為線模式和點(diǎn)模式。線模式就是用等高線表示地形,是最常見(jiàn)的形式。點(diǎn)模式是用離散采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)建立DEM。數(shù)據(jù)采樣可以按規(guī)則格網(wǎng)采樣，可以是密度一致的或不一致的;可以是不規(guī)則采樣,如不規(guī)則三角網(wǎng)、鄰近網(wǎng)模型等;也可以有選擇性地采樣,采集山峰、洼坑

16、、隘口、邊界等重要特征點(diǎn)。DEM最主要的三種表示模型是規(guī)則格網(wǎng)模型,等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型。規(guī)則格網(wǎng)模型。規(guī)則網(wǎng)格,通常是正方形,也可以是矩形、三角形等規(guī)則網(wǎng)格。規(guī)則網(wǎng)格將區(qū)域空間分為規(guī)則的格網(wǎng)單元,每個(gè)格網(wǎng)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值。數(shù)學(xué)上可以表示為一個(gè)矩陣,在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)中則是一個(gè)二維數(shù)組。每個(gè)格網(wǎng)單元或數(shù)組的一個(gè)元素,對(duì)應(yīng)一個(gè)高程值。格網(wǎng)DEM的缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確表示地形的結(jié)構(gòu)和細(xì)部,另一個(gè)缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量過(guò)大,給數(shù)據(jù)管理帶來(lái)了不方便。等高線模型。等高線模型表示高程,高程值的集合是已知的,每一條等高線對(duì)應(yīng)一個(gè)己知的高程值,這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。不規(guī)則三角網(wǎng)(T

17、riangulatedIrregularNetwork,TIN)TIN模型根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò),區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)。如果點(diǎn)不在頂點(diǎn)上,該點(diǎn)的高程值通常通過(guò)線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程,在三角形內(nèi)則用三個(gè)頂點(diǎn)的高程)。所以TIN是一個(gè)三維空間的分段線性模型,在整個(gè)區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。3、依靠三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域,三維可視化技術(shù)已經(jīng)比較成熟,細(xì)節(jié)層次、紋理圖像、陰影、光線跟蹤等技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。許多三維圖形庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具大量涌現(xiàn)，如openGL,使得用戶無(wú)需過(guò)多關(guān)注底層的圖形算法,而主要關(guān)注于數(shù)據(jù)的組織、系統(tǒng)的

18、性能優(yōu)化等方面。三維可視化是三維GIS的一大難點(diǎn)。三維可視化技術(shù)不但包括細(xì)節(jié)層次、紋理圖像、裁剪等傳統(tǒng)技術(shù)，也包括飛行(flyover)、漫游(walkthrough)等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。三維可視化系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)空間查詢等操作,其數(shù)據(jù)庫(kù)只是作為一個(gè)簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)工具,不是三維GIS系統(tǒng)。受目前條件限制,三維可視化目前還只能針對(duì)一些小型應(yīng)用,而且性能也受到較大影響。三維可視化技術(shù)需要綜合考慮數(shù)據(jù)模型、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用等諸多要素。4、使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)狹義的說(shuō),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的表現(xiàn)形式與電子地圖有著較大的差別,但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最終表達(dá)的還是三維環(huán)境,只不過(guò)更側(cè)重于身臨其境的視覺(jué)效果和真實(shí)的觀察方位以及人的沉

19、浸與交互。目前為止,人們把重點(diǎn)放在探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用方法、應(yīng)用工具和軟件技術(shù)上。虛擬現(xiàn)實(shí)VR通常使用虛擬建模語(yǔ)言(VRML)來(lái)實(shí)現(xiàn)。vRML是一種網(wǎng)絡(luò)上使用的描述虛擬環(huán)境中場(chǎng)景的一種標(biāo)準(zhǔn),它定義了三維應(yīng)用系統(tǒng)中常用的語(yǔ)言描述,如層次變換、光源、視點(diǎn)、幾何、動(dòng)畫(huà)、材料特性、紋理等,并具有行為特征的描述功能。這些系統(tǒng)可以分布在網(wǎng)絡(luò)中不同的計(jì)算機(jī)上。VRML將發(fā)展成為一種單一的多平臺(tái)用于發(fā)布三維WWW網(wǎng)頁(yè)的語(yǔ)言。在工程、科學(xué)計(jì)算可視化、建筑、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。尤其在GIS三維可視化應(yīng)用方面，越來(lái)越多的VRGIS解決方案采用V枷L,使它具有Intenret功能。使用虛擬現(xiàn)

20、實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維電子地圖,最明顯的弱點(diǎn)是建模工作量巨大,無(wú)法使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)簡(jiǎn)單完成建模。為了充分利用己有的大量數(shù)據(jù),提高精度,盡量減少工作量以及減低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,本文選擇使用DEM數(shù)據(jù)的等高線模型和三維可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維電子地圖的設(shè)計(jì)。五、景觀電子地圖數(shù)據(jù)采集1、場(chǎng)景的數(shù)據(jù)組織與采集數(shù)據(jù)是景觀電子地圖的基礎(chǔ)，場(chǎng)景的展示、交互以及分析都是以數(shù)據(jù)為支撐的。與二維電子地圖相比，三維電子地圖更加逼真、直觀反應(yīng)自然和人文景觀，準(zhǔn)確地描述地理對(duì)象的尺寸、外觀和屬性信息，因此三維景觀電子地圖的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作集中在地形數(shù)據(jù)采集、地物對(duì)象的集合和紋理采集上。1數(shù)據(jù)基本類型景觀電子地圖的突出特征是真實(shí)感，所以景

21、觀電子地圖數(shù)據(jù)組織還是以可視化為目標(biāo)，三維電子地圖在屬性數(shù)據(jù)的組織上與二維電子地圖沒(méi)有太大的區(qū)別。下面來(lái)介紹三維景觀電子地圖的基本數(shù)據(jù)：數(shù)字地面模型地面的存儲(chǔ)和表達(dá)扮演著很重要的較色，數(shù)字地面模型是地表空間連續(xù)性的一個(gè)基本表達(dá)工具。對(duì)于三維電子地圖而言，數(shù)字地面模型是不可少的，他是其他地物定位的載體。對(duì)于地形模型的數(shù)字描述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。其中在三維電子地圖中得到采用的主要是基于網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)和基于三角網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)地面模型的存儲(chǔ)和表達(dá)直接關(guān)系到三維電子地圖可視化的效果、速度，而且直接影響數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、查詢等。所以在數(shù)字地面模型的表達(dá)上，要兼顧數(shù)據(jù)量和顯示效果兩個(gè)方面，不是越精越好

22、的去數(shù)字化復(fù)原地物模型。在三維電子地圖中，尤其是以城市為主的應(yīng)用中，存在大量的地物模型，對(duì)于一些城市，其建筑物模型和其他的地物模型，如雕塑、小品設(shè)施等。2、景觀電子地圖數(shù)據(jù)模型景觀電子地圖的數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容廣泛，三維景觀電子地圖的數(shù)據(jù)組織由于應(yīng)用的不同會(huì)有一些差異。景觀電子地圖需要在視覺(jué)上給人以真實(shí)感，沉浸感。所以，無(wú)論人造對(duì)象還是自然對(duì)象都需要反應(yīng)其外觀幾何特征，也要正確的反映其行為。在三維景觀電子地圖中，存在地形、建筑物、道路、水系、數(shù)字影像等對(duì)象，其中除了數(shù)字影像外，其他的幾類對(duì)象都有明顯的幾何特征，而且這些幾何對(duì)象中的部分對(duì)象具有層次特征。在景觀電子地圖中，不同應(yīng)用需求和不同的應(yīng)用目標(biāo)，

23、對(duì)表達(dá)的精度要求也不同。在高精度的應(yīng)用中，房子建筑物的細(xì)節(jié)精度可能要求達(dá)到每個(gè)單元、甚至是重現(xiàn)房屋的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。不同的需求對(duì)于精度的要求不同。通過(guò)使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行對(duì)象建模和數(shù)據(jù)組織是當(dāng)前軟件開(kāi)發(fā)的基本方法，三維電子地圖的數(shù)據(jù)模型也應(yīng)該按照面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行組織和建模在現(xiàn)實(shí)的三維世界中，幾何對(duì)象的數(shù)據(jù)描述可以抽象為三維空間屬性特征和非空間屬性特征在三維電子地圖中，不但存在著可視化表現(xiàn)的三維數(shù)據(jù)和對(duì)象，也有一些非空間數(shù)據(jù)和對(duì)象。非空間數(shù)據(jù)的最大特征是其不具備空間分布的特征。其實(shí)，在非三維的電子地圖系統(tǒng)中，分析和查詢操作也是同時(shí)建立在空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的。三維電子系統(tǒng)不但要能夠處理三維空

24、間信息，也要能夠支持非空間信息。3、數(shù)據(jù)采集三維電子地圖的數(shù)據(jù)包括：地形數(shù)據(jù)、自然和人造地物模型數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)。1.地形數(shù)據(jù)采集方法（1）野外實(shí)地直接測(cè)量獲取DEM數(shù)據(jù)這種方法適用于大比例尺、精度要求高、采集面積范圍較小的DEM數(shù)據(jù)獲取。主要儀器是全站儀以及具有相應(yīng)接口的便攜機(jī)或微機(jī)。其基本過(guò)程是根據(jù)測(cè)量學(xué)原理，利用上述野外測(cè)量?jī)x器和設(shè)備測(cè)定控制點(diǎn)和采樣點(diǎn)的空間位置。為了確保地形數(shù)據(jù)的精度，總是選擇地形特征點(diǎn)、線進(jìn)行采樣，以數(shù)字形式將其記錄并存貯在計(jì)算機(jī)中。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以獲取高精度的DEM數(shù)據(jù)，其缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度較大、效率較低，僅適用于在小范圍面積內(nèi)作業(yè)。（2）利用攝影測(cè)量方法獲取DEM數(shù)據(jù)

25、該方法以航空、航天攝影所獲得的立體影像對(duì)作為數(shù)據(jù)源，根據(jù)攝影測(cè)量的基本原理，在解析測(cè)圖儀或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)上經(jīng)過(guò)內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向等過(guò)程，采用自動(dòng)或半自動(dòng)方式，按一定的間距采樣出DEM數(shù)據(jù)。該方法的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)源（立體影像）獲取的成本較高、采集作業(yè)要求具備專業(yè)的儀器設(shè)備（主要是解析測(cè)圖儀或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)）和訓(xùn)練有素的攝影測(cè)量專業(yè)技術(shù)人員。（3）以地圖為數(shù)據(jù)源的DEM數(shù)據(jù)獲取方法從地圖上獲取DEM是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。這是因?yàn)椴捎眠@種方法所需的原始數(shù)據(jù)源（地圖）容易獲取，對(duì)采集作業(yè)所需的儀器設(shè)備和作業(yè)人員的要求不太高，采集速度也比較快，易于進(jìn)行大批量作業(yè)。對(duì)于測(cè)繪部門，還可以利用分

26、版圖，分版采集各類要素，提高作業(yè)效率。2.地物數(shù)據(jù)的獲取傳統(tǒng)數(shù)字地圖為三維景觀電子地圖的三維模型建立和可視化提供了豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源，如：等高線與離散高程點(diǎn)，建筑物的輪廓圖形、名稱及其樓層數(shù)，依比例尺道路的雙線，半依比例尺道路的中心線、寬度、等級(jí)，橋梁的長(zhǎng)、寬、高，河流、湖泊、水庫(kù)等的水涯線，植被、綠化地等緊貼地表、呈面狀或帶狀分布的要素的范圍線，煙囪、水塔等獨(dú)立地物的定位點(diǎn)等。所有這些數(shù)據(jù)都為三維地圖模型的建立提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)也使將來(lái)實(shí)現(xiàn)三維模型的屬性編輯與查詢成為可能。在三維電子地圖的各種地理要素中，建筑物是明顯獨(dú)立于地表之上的，而其它如道路、植被、水系等都是緊貼在起伏變化的地形表面。由于

27、這種自然形態(tài)上的差異導(dǎo)致了這些地物三維模型數(shù)據(jù)獲取的不同。以下分別介紹不同地物的數(shù)據(jù)獲取方法。（1）建筑物的數(shù)據(jù)獲取在三維景觀電子地圖的建立中，對(duì)建筑物實(shí)體而言，其基本數(shù)據(jù)主要由平面數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)兩部分組成?？偨Y(jié)建筑物平面數(shù)據(jù)的獲取方法，主要有以下幾種：將數(shù)字地圖或2DGIS中的建筑物輪廓線提取出來(lái)，用簡(jiǎn)單幾何體表達(dá)建筑物外形特征；使用航空影像進(jìn)行交互獲取;使用航空影像以及地面攝影對(duì)建筑物特征線進(jìn)行自動(dòng)提??；在地面使用激光掃描儀與GPS,通過(guò)測(cè)距求算獲??；使用高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行建筑物的自動(dòng)提?。唬?）緊貼地形表面的地物數(shù)據(jù)獲取三維電子地圖中緊貼地形表面的地物主要有:道路、植被、水系等。它們與

28、建筑物的三維模型相比,最大的區(qū)別在于它們是面狀的實(shí)體。在獲取建筑物平面幾何數(shù)據(jù)時(shí),我們也是把建筑物作為面狀目標(biāo)來(lái)對(duì)待的,在獲取這些緊貼地形表面地物平面數(shù)據(jù)的時(shí)候,可以參考前面介紹的建筑物平面數(shù)據(jù)獲取的方法。2、屬性數(shù)據(jù)的獲取屬性數(shù)據(jù)是進(jìn)行查詢、分析的基礎(chǔ)。與普通二維電子地圖類似,景觀電子地圖對(duì)象也要有相應(yīng)的描述對(duì)象特征的屬性,屬性與空間維數(shù)無(wú)關(guān),采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理。在景觀電子地圖中,場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)起核心作用,它是景觀電子地圖的基礎(chǔ)框架,為其他的信息提供空間定位,為用戶提供可視化的基礎(chǔ)。景觀電子地圖包含了目標(biāo)區(qū)域基本的空間數(shù)據(jù)集,內(nèi)容包含正射影像、數(shù)字地面模型、建筑物模型、道路等,景觀電子地圖需要

29、比普通二維電子地圖更詳細(xì)的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性,但是完全真實(shí)地表述現(xiàn)實(shí)世界中的所有模型是不可能的,也是不必要的。而且由于空間技術(shù)的發(fā)展,多傳感技術(shù)的應(yīng)用,高分辨率的遙感影像成為構(gòu)建景觀電子地圖的重要數(shù)據(jù)源。景觀電子地圖中的數(shù)據(jù)類型主要有以下幾個(gè)方面：用來(lái)描述建筑物實(shí)體的屬性數(shù)據(jù),如建筑物名稱、社會(huì)性質(zhì)、建筑位置等；用來(lái)描述地形、地物特征的屬性數(shù)據(jù),如道路長(zhǎng)度、道路名稱等。對(duì)于這些沒(méi)有規(guī)律可尋的地物屬性數(shù)據(jù)主要通過(guò)最基本的方法逐個(gè)獲取,目前正在研究更加高效可行的方法。六、三維建模軟件AutDeskMap3D軟件是用于創(chuàng)建和管理空間地理數(shù)據(jù)的工程地理信息系統(tǒng)平臺(tái)。主要功能包括:直接訪問(wèn)各類GIS文件格式。采用了開(kāi)源FDO數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)，因此Map3D軟件無(wú)需進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換即可直接訪問(wèn)存儲(chǔ)在文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間數(shù)據(jù)，并連接到web服務(wù)。如SDF、Arclnf精確的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)清理功能。Map3D提供的強(qiáng)大工具可自動(dòng)清除不精確的工程圖和數(shù)字化錯(cuò)誤,刪除冗余,修正未及點(diǎn)和懸掛對(duì)象等錯(cuò)誤減少重復(fù)性勞動(dòng),有助于在設(shè)計(jì)、構(gòu)建、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)整個(gè)生命周