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更多发布于：2007-05-09 12:38

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GIS教程/GIS的发展和展望/第一节</TD></TR>
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三维地理信息系统</TD></TR>
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三维地理信息系统
　　到目前为止，绝大多数商业化的GIS软件包还只是在二维平面上模拟并处理现实世界中遇到的现象和问题。这些软件包所处理的数据可分为以下两种类型：一类是在二维平面直角坐标系中表示的坐标串及其相关的属性。例如，从现有地图通过数字化得到的数据，野外测量获取的控制点的坐标、高程数据，以及从其它数字化形式的产品中所得到的数据等等，另一类是从航空像片或卫星影象中提取出来的二维像素阵列。在上述两种情况下，所有的三维信息都已经丧失殆尽。这些软件在处理与二维平面相关的问题，如绘制平面图，进行交通规划等时得心应手，而一旦涉及到处理三维问题时，则往往感到力不从心。 　　GIS处理的与地球有关的数据，即通常所说的空间数据，从其本质上说是三维连续分布的。许多地学专家在进行地学分析时感到非常不便，就是因为平面的二维数据不适合它们的要求。这些科学家们常常从事关于地质、地球物理、气象、水文、采矿、地下水、灾害、污染等方面的研究工作，相关的研究对象都是三维的，当试图以二维系统来描述它们时，就不能够精确地反映、分析和显示有关信息。 　　现有GIS的主要应用还停留在处理地球表面的数据。若数据位于地表以下，则需要先把它们投影到地表，再进行处理，也就是说系统是以二维的形式来处理任何数据。对于同一地区的许多二维平面图形，往往是通过层的概念加以区分。有时某个系统能够绘制出曲面的透视图，甚至显示地表或以下的三维可视化图形（图象），但它们采用的数据管理方法仍然是二维的，只是应用了可视化的三维算法。如通过DEM得到的三维可视化图形。通常相关的技术方法属于GIS的2.5维功能。
9．1．1 与三维GIS有关的一些基本概念
　　二维和三维的本质区别在于数据分布的范围，对于一个二维系统来说，可以用一个表达式<v:shapetype> <v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f><v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f><v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f><v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f><v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f></v:formulas><v:path connecttype="rect" gradientshapeok="t" extrusionok="f"></v:path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></v:shapetype><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>来表示它。其中，<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>是二维平面的坐标，<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>是对应于此点的属性值。对于不同的"层"， <v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>表示的含义也不相同。当 <v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>表示的是高程 <v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>时，就产生了一数字地面模型（DTM）。从这里可以看出，DTM从本质上讲是二维的，只是由于视觉的效果，人们常把它认为是三维模型。从DTM中只能够获取地表的信息，而对于地表内部任意一点却不能有效地表示。真正的三维数据模型和相关的软件系统却能够处理这些问题。 对三维系统而言，<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>，其中<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>是在三维空间连续自由变化的，<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>是一个自变量，<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>不受 变化的影响。 　　三维GIS的要求与二维GIS相似，但在数据模型、数据结构、数据采集、系统维护和界面设计等方面要比二维GIS复杂得多。如： 　　(1)数据编码：是采集三维数据和对之进行有效性检查的工具。有效性检查将随着数据的自然属性、表示方法和精度水平的不同而不同。 　　(2)数据的组织和重构：这包括对三维数据的拓扑描述以及一种表示法到另一种表示法的变换（如从矢量的边界表示法转换为栅格的八叉数表示）； 　　(3)变换：既能够对所有物体或某一类物体，又能够对某个物体进行平移、旋转、裁减、比例缩放等变换。另外，还可以将一个物体分解成几个以及将几个物体组合成一个。 　　(4)查询：此功能依赖于单个物体的内在性质（如位置、形状、组成）和不同物体间的关系（如连接、相交、形状相似或构成相似）； 　　(5)逻辑运算：通过与、或、非及异或运算对物体进行组合运算； 　　(6)计算：计算物体的体积、表面积、中心、物体之间的距离及夹角等； 　　(7)分析：如计算某一类地物的分布趋势或其它指标，以及进行模型的比较； 　　(8)建立模型，包括几何表达模型和应用模型； (9)视觉变换：在用户选择的任何视点，以用户确定的视觉、比例因子、符号来表示所研究的三维空间对象； (10)系统维护：包括系统的自动备份、安全性措施、以及网络工作管理等。
9．1．2 三维GIS的数据结构
　　在三维GIS中应用的数据模型很多，但大致可以分为两类，即基于表面的数据结构和基于体表示的数据结构。 　　1．基于表面表示的数据结构 　　侧重于三维空间表面的表示，如地形表面和地层层面等。包括格网结构（Grid）、不规则三角网（TIN）、边界表示和参数函数等。边界表示由四种类型的预定义元素组成，即点、弧段（边缘）、面、体四种元素。边界表示的元素由元素的几何数据、元素类型的标识码以及与其它元素的联系所组成。 　　2．基于体表示的数据结构 　　(1) 八叉树结构（Octree） 　　在八叉树的结构中，根结点表示一个包含整个目标的立方体。 　　如果同一属性的目标充满整个立方体，则不再分割；反之要分成八个大小相同的小立方体，对于每一个这样的立方体，如果同一属性的目标充满它或者与目标无关，则不再分割，否则继续将其分成八个更小的立方体，按此规则一直分割到不再需要分割或达到规定的层次为止。如果层次数为<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>，则八叉树表示与 的三维栅格相对应。 与四叉树数据结构类似，可以通过Morton码对三维栅格进行处理。 　　(2) 四面体格网结构(TEN,Tetrahedral Network) 单个四面体见图9-1。将目标空间用紧密排列但不重叠的不 规则四面体形成的格网来表示，其实质是二维TIN结构的三维扩展。在概念上首先将二维Voronoi三角网扩展到三维，形成三维Voronoi
<v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape> 图9-1 TEN的空间形态 多面体，然后将TIN结构扩展到三维空间形成TEN。 (3) 不规则五面体结构(PEN) 见图9-2。将所有原始数据点求并集后联结TIN，然后在TIN 的基础上对每一空间研究对象进行插值处理，最终形成不规则五面体。由于每一空间研究对象TIN构形完全一致，所以，除了边界外，五面体与直棱柱相似，只是顶底层面不平行而已。如果空间对象的
<v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape> 图 9-2 PEN的生成过程 边界不一致，在整个研究对象的外侧，PEN可能退化为TEN。见图9-1。
　　3．两种表示方法的优缺点比较 表面表示法便于显示和数据更新，不足之处是空间分析难以进行。 优点是适合空间操作和分析，但存储空间占用较大，计算速度也较慢。
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<a href="http://www.caefs.zju.edu.cn/profs/hy/gis/yyz/chap/8004.htm" target="_blank" ><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape></A></TD>
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<a href="http://www.caefs.zju.edu.cn/profs/hy/gis/yyz/chap/9002.htm" target="_blank" ><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape></A></TD></TR></TABLE>
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whmwxhanshan123 路人甲注册日期2006-06-17 发帖数3108 QQ 铜币6445枚威望0点贡献值0点银元0个加关注写私信	1楼^# 发布于：2007-05-12 20:35 顶一下
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zjjtwmj 路人甲注册日期2003-08-02 发帖数370 QQ 铜币988枚威望0点贡献值0点银元0个加关注写私信	2楼^# 发布于：2007-05-17 21:09 have a try
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jellykr 路人甲注册日期2007-03-16 发帖数19 QQ 铜币144枚威望0点贡献值0点银元0个加关注写私信	3楼^# 发布于：2007-05-18 16:35 <P><img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /></P> <P>ding </P>
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