地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用研究

地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用研究摘要：地理信息系統(tǒng)是在計算機(jī)軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性，以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析和應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。三維可視化地理信息系統(tǒng)是企業(yè)信息化的重要組成部分，它延伸了管理者的視覺與聽覺，讓管理層可以更快更好地掌握企業(yè)信息以調(diào)整管理決策。

關(guān)鍵詞：地理信息；三維；可視化；應(yīng)用；分析

引言：在信息時代大環(huán)境下，信息發(fā)揮的作用越來越重要，也逐漸改變了人們的生產(chǎn)以及生活方式。地理信息系統(tǒng)是在上世紀(jì)60年代逐漸形成與發(fā)展起來的，地理信息系統(tǒng)是對地球或者是某一區(qū)域的地表空間信息加以收集、分析、管理以及儲存的技術(shù)。二維地理信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長一段時期，逐漸被應(yīng)用到了生產(chǎn)生活各個領(lǐng)域，由于二維地理信息是基于一些抽象的符號構(gòu)建的，不能從中感受到如自然界般的三維效果。三維地理信息其實(shí)是基于二維地理信息而構(gòu)建的，可以更好地分析空間系統(tǒng)中某些現(xiàn)象，采用更加直觀的方法處理一些現(xiàn)實(shí)問題。

1.系統(tǒng)設(shè)計

1.1總體設(shè)計

一是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫：整合廠區(qū)基礎(chǔ)地理地形數(shù)據(jù)庫;三維模型數(shù)據(jù)庫：廠區(qū)三維模型數(shù)據(jù)庫（包括模型與紋理信息）。管線、管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫：地下水、電、氣等管線等圖形與屬性信息。其他信息數(shù)據(jù)庫：包括后期建立其他數(shù)據(jù)庫例如視頻監(jiān)測、消防設(shè)施管理等數(shù)據(jù)庫;提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。二是系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)應(yīng)建立統(tǒng)一平臺，在此基礎(chǔ)上提供應(yīng)用服務(wù)，利用統(tǒng)一的平臺將三維景觀漫游、二維空間數(shù)據(jù)管理、交互式查詢、地下管線、管網(wǎng)管理等全部集成進(jìn)來，并提供可擴(kuò)展的接口，為日后開發(fā)其他應(yīng)用系統(tǒng)提供方便。所建成的統(tǒng)一平臺應(yīng)該具備空間數(shù)據(jù)引擎模塊、數(shù)據(jù)交換模塊（例如二維與三維模型數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)圖形數(shù)據(jù)的交換），同時利用GIS平臺功能集成三維視景漫游瀏覽平臺的開發(fā)。

1.2系統(tǒng)功能

一是三維視景漫游子系統(tǒng)。三維交互瀏覽：將要求系統(tǒng)以三維實(shí)時仿真的方式，將廠區(qū)的概況呈現(xiàn)出來，真實(shí)感和可視化要達(dá)到完善地步的交互式環(huán)境。通過對此的漫游可以了解到各主廠房、主通道、主房間、主要管道、主設(shè)備模型等相關(guān)的信息。包括：系統(tǒng)自動漫游（路徑播放）和人工控制漫游。人工控制要求可以放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等。對主要建筑、廠房內(nèi)部的主要干道、廠區(qū)道路及周邊環(huán)境需要精細(xì)展現(xiàn)。二維導(dǎo)航：以電子地圖的形式實(shí)現(xiàn)二維導(dǎo)航功能，在二維導(dǎo)航電子地圖上，可以實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、平移、查詢基本信息等功能。在電子地圖上選取某區(qū)域，要求顯示出該區(qū)域的三維虛擬場景。三維模型展示：對于重要的地區(qū)和標(biāo)志性建筑物，系統(tǒng)提供了建筑物、附屬設(shè)施等實(shí)體按實(shí)際比例制成的三維仿真模型。二是綜合管網(wǎng)管理子系統(tǒng)。通過對廠區(qū)管線路線的電子化、矢量化，并疊加在三維平臺上。避免了傳統(tǒng)圖紙易丟失易損壞造成的數(shù)據(jù)缺失。同時，通過GIS系統(tǒng)的圖層疊加、空間分析及數(shù)據(jù)輸出功能，能夠?qū)崿F(xiàn)管線位置數(shù)據(jù)的圖形輸出，為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供決策支持。各種給排水、電力、通訊、消防和網(wǎng)絡(luò)等管線交叉分布，將常規(guī)的圖紙管理升級為三維管理，對其進(jìn)行地上、地下模式的交互式管理。要具有水平距離測量工具；空間距離測量工具；垂直距離測量工具。

1.3數(shù)據(jù)建設(shè)

一是精細(xì)建模。通過相關(guān)建模軟件將城市的道路、建筑（包括規(guī)劃中的建筑、現(xiàn)狀建筑、歷史古跡復(fù)原的外部真實(shí)細(xì)節(jié)與內(nèi)部實(shí)際效果）進(jìn)行計算機(jī)模擬，在計算機(jī)內(nèi)再現(xiàn)與現(xiàn)狀、未來、歷史完全一致的城市空間。二是室內(nèi)建模。對重點(diǎn)區(qū)域、主要廠房、車間、消防設(shè)施、辦公樓建設(shè)內(nèi)部漫游模型，為領(lǐng)導(dǎo)及客戶提供直觀動態(tài)的演示效果。

2.地理信息三維可視化系統(tǒng)模塊設(shè)計

2.1基本操作模塊的設(shè)計

地理信息三維可視化系統(tǒng)操縱模塊是在工具條中完成相應(yīng)的設(shè)計，包含模型選取設(shè)計、縮放漫游設(shè)計以及坐標(biāo)查詢設(shè)計等。在基本操作模塊中，基本上涵蓋了系統(tǒng)中使用的全部操作，在進(jìn)行基本操作模塊設(shè)計過程中，坐標(biāo)查詢的操作是非常重要的內(nèi)容，只有確保了坐標(biāo)查詢的準(zhǔn)確性，才能確保準(zhǔn)確地對三維可視化空間進(jìn)行查詢以及分析。在坐標(biāo)查詢操作模塊設(shè)計過程中，可以采用正解變換方法以及反解變換方法加以實(shí)現(xiàn)。正解變換方法即把三維空間不同的點(diǎn)坐標(biāo)，采取特定的轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換至二維屏幕之中，和鼠標(biāo)點(diǎn)擊的目標(biāo)加以匹配，以獲取到目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；反解變換方法即是依照投影矩陣逆矩陣，把窗口相應(yīng)的坐標(biāo)值映射到三維空間，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S點(diǎn)的坐標(biāo)，以得到選擇目標(biāo)的坐標(biāo)值。此系統(tǒng)的設(shè)計是采用反解變換方法完成對坐標(biāo)查詢模塊的設(shè)計。

2.2地標(biāo)編輯模塊的設(shè)計

在地理信息三維可視化系統(tǒng)中，地標(biāo)編輯模塊是非常關(guān)鍵的一個模塊，此模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對地標(biāo)的不同操作。在編輯過程中，是將視點(diǎn)當(dāng)成目標(biāo)點(diǎn)，以完成對目標(biāo)點(diǎn)的編輯。在進(jìn)行名稱編輯過程中，應(yīng)準(zhǔn)確定位視點(diǎn)具體位置，并確定位掛接的父節(jié)點(diǎn)，再將相應(yīng)的名稱輸入進(jìn)去，之后就能夠在父節(jié)點(diǎn)下形成特定的子節(jié)點(diǎn)。在相機(jī)編輯操作中能夠設(shè)定子節(jié)點(diǎn)具體的漫游方式，此系統(tǒng)中一共設(shè)計了漸變、跳躍、平移以及路徑等4種不同的漫游手法，以達(dá)到用戶各種功能需求。查找功能最為關(guān)鍵的作用是對不同的節(jié)點(diǎn)屬性進(jìn)行查找，同時還可以進(jìn)行模糊查找，例如，用戶輸入“山”時，便能夠顯示出“山東”、“山西”、“唐山”、“鞍山”、“馬鞍山”、“黃山”等全部帶有“山”字的節(jié)點(diǎn)。屬性內(nèi)容包含有地名以及經(jīng)緯度等，當(dāng)用戶點(diǎn)擊所要查詢的節(jié)點(diǎn)時，系統(tǒng)就能夠自動漫游到此節(jié)點(diǎn)位置處。

2.3模型編輯模塊的設(shè)計

模型編輯模塊的功能是對一些由外部導(dǎo)入的三維可視化模型執(zhí)行操作命令。模型編輯模塊中包含非常多的圖形信息資源以及符號信息資源，模型符號又包含2種不同的種類，分別為三維模型以及地圖符號。所謂三維模型，指的是利用相應(yīng)的建模軟件，例如3DMAX軟件，所建立的和現(xiàn)實(shí)事物極為相近的一些尺寸依照特定比例縮小的模型。模型符號具有直觀、形象等特征，能夠在各種比例尺下進(jìn)行應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計有“編輯”按鈕，其主要是對一些外部導(dǎo)入的模型進(jìn)行編輯，能夠?qū)?dǎo)入模型的自身屬性進(jìn)行更改，例如，更改模型的高程、經(jīng)緯度以及角度等，通過對上述不同信息的改變，能夠?qū)⒛Ｐ头旁诟鼮榍‘?dāng)?shù)目臻g中。

總結(jié)：地理信息三維可視化系統(tǒng)的開發(fā)，可以用更加直觀的方法全方位地認(rèn)識地形空間，通過遙感技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等一些先進(jìn)的技術(shù)對地理信息加以全面收集以及分析。地理信息三維可視化系統(tǒng)能夠讓人們在認(rèn)識地理以及環(huán)境的過程中擁有更有利的方法與途徑，同時還可以預(yù)測出地理未來的改變，當(dāng)遇到一些突發(fā)問題時，可以對全局有準(zhǔn)確的把握，更為直觀地模擬現(xiàn)實(shí)空間。所以，對于地理信息三維可視化系統(tǒng)的研究意義是重大的。

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