论文 gml3在三维地形可视化中的应用研究与实现

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1、GML3在三维地形可视化中的应用研究与实现唐中实王淑伟朱贤泽张肃谢喆清华大学土木工程系3S中心北京100084摘要：本文分析了三维地形可视化的发展过程和实现方法，并研究了地理标记语言GML3规范以及利用GML3对地理空间数据进行编码的方法，展示了一个简单的三维地形可视化实例，最后提出了以后的研究方向。关键词：三维地形可视化GML1.引言三维地形可视化技术作为实现三维地理信息系统的关键技术之一，已经成为地学界研究的热点[1]。由OGC开发的基于XML的地理信息编码工具——GML（地理标记语言）3.0版本的发布，使利用GML来描述三维实

2、体并对三维空间数据进行组织，从而构建基于GML的三维地理信息系统成为可能。2.三维地形可视化技术的发展网络和计算机信息技术的不断发展，以及人们对三维空间信息进行显示和分析处理的需求，促进了三维地理信息系统的发展。三维地形可视化是三维地理信息系统中的重要内容，它主要研究数字地面模型（DTM）的构建、显示、简化、仿真等。传统的GIS只能处理二维的信息，其应用往往只是处理地球表面的数据。即使必须要考虑高程时，也只能将三维简化后再进行处理，即把高程作为地球实体的一种属性，也就是通常所说的2.5维空间。GIS从二维到三维并不是空间实体上的简单

3、延伸，三维空间信息的复杂性带来了一系列的技术难题，如三维空间实体的数据结构和空间算法、海量数据的存储与管理、客观世界的真实再现以及3D数据的网上传输等[2]。但是随着GIS应用的不断深入，越来越多的用户和行业要求在真实直观的三维空间中进行各种空间查询和分析，迫切需要开发出三维GIS平台。网络技术、虚拟现实技术和科学计算可视化技术的发展，使地理信息的三维显示以及交互式、直观化的操作处理成为可能，从而促进了三维地形可视化技术的发展。1994年荷兰学者M.J.Kraak研究了基于矢量的三维地形可视化系统（CTM），该系统可以将平面专题地图

4、复合到相应区域的三维立体图上，并具有数据查询、动态漫游和空间分析等功能[3]。后来，很多学者在以地图为基础的地形显示、分析、景观仿真和浏览、城市可视化等方面都做了大量的工作。随着网络技术的迅速发展，新一代基于Internet的3D网络浏览器得到了广泛的应用。1994年5月的日内瓦万维网会议上，MarkPesce和TonyParisi介绍了他们开发的可在万维网上运行的虚拟现实界面，到10月的第二次会议上，通过了采用视算科技公司（SGI）OpenInventor格式的VRML1.0草案的决议。1995年，第一个名为“Webspace”7

5、62的VRML浏览器由SGI公司发布。1997年，作为描述虚拟环境中场景的一种标准VRML作为国际标准正式发布。VRML（即虚拟现实建模语言）是一种网络三维图形建模语言，具有良好的平台无关性、低带宽传输性以及与多媒体集成的特性，可以在浏览器上生成真实生动的三维虚拟场景[4]。GeoVRML是美国斯坦福研究所开发的扩展VRML，虽然新节点的引入会使产生的文件较大，但它在数据精度、模型的组织和管理等方面都已经能够满足GIS数据发布的需要[5]。X3D是由Web3D协会制定的交互式3D图形规范，它采用了组件式的方法，把VRML的关键特性封

6、装到一个轻型的、可扩展的核心之中，任何一个开发者都可以根据自己的需求扩展其功能[6]。W3C于1998年2月正式批准公布了应用于Web上的XML。XML(eXtensibleMarkupLanguage可扩展标识语言)是针对传统HTML页面对网络信息进行操作的不足而产生的新一代Web语言。XML是用于定义其它标识语言的一种元语言，各种用于描述信息的标识都可以由设计者建立。如GML(GeographyMarkupLanguage)就是OpenGIS协会制定的基于XML的空间信息编码标准。利用GML可以进行地理信息编码和传输，从而实现空

7、间信息共享。GML的有关内容将在本文的第3部分作详细介绍。近几年来，随着三维可视化领域研究工作的蓬勃发展，国内外三维可视化系统的商业软件相继出现，比如ArcView3DAnalyst，Viewscape3D，Imagis，VRMap等，这些软件都可以实现地形的三维可视化。另外，ESRI公司的ArcGIS扩展模块ArcGIS3DAnalyst已经包括了交互透视观察的方法以及三维建模和分析的高级工具，能够提供三维可视化、分析、表面生成等高级功能，如视域和视线分析、散点高度插值、表面积和体积计算、坡度坡向和山体阴影等。新推出的ArcGIS

8、9中对3D功能进一步加强，在3DAnalyst的基础上第一次推出了整个地球的三维可视化功能，并增加了对真实的3D符号的支持，以及在符号上贴上纹理等，从而大大提高了可视化以及对真实世界的模拟能力[7]。另外，利用网络控件（ActiveX