三维gis系统中的模型特点及其管理方法研究

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1、三维GIS系统中的模型特点及其管理方法研究三维GIS系统中的模型特点及其管理方法研究　　摘要：模型数据是三维GIS系统的基础，模型的质量决定了三维GIS系统运行的稳定性、响应速度和视觉美观程度，具有非常重要的意义。并且，三维GIS自身的特点对三维模型的生产和管理都提出了特殊的要求。本文从应用的角度出发，分析了适合于三维GIS平台的模型特点及其管理方法，为三维GIS模型数据生产标准提供依据。　　关键词：三维GIS；三维模型；数据库　　中图分类号：O343文献标识码：A文章编号：　　引言　　传统的GIS

2、主要局限于2维或2.5维空间数据的表达和处理，难以真实再现人们所生存的现实的三维客观世界，不能满足人们对三维地物的查询分析要求。在应用需求和计算机技术、图像图形处理技术等相关技术发展的多重推动下，GIS从二维发展到三维成为必然趋势。目前，三维GIS已经在很多专业领域中得到了应用。　　1三维GIS概述　　在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。在目前二维GIS中已存在的0、1、2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信

3、息，同时增加三维要素来表示体目标。空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。　　另外对空间对象进行三维空间分析和操作也是三维GIS特有的功能。而与CAD及各种科学计算可视化软件相比，它具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力。　　三维GIS包含的数据有DEM地形数据、模型数据、影像数据、二维矢量数据属性和属性数据等。其中最重要，也最复杂的就是模型数据。三维GIS模型是对地物的三维逼真描述，它不仅具有虚拟现实表现的真实感，而且具有真实的地理坐标，具有空间分析和空间运

4、算能力，属于基础地理数据的范畴。因此，三维GIS模型在生产和管理方法上和一般的三维模型会有所区别。　　2三维GIS模型的特点　　三维数据相比二维数据，上升了一个维度，复杂性也大为增加。几何数据方面，从二维点、线、面到三维体模型，数据结构越来越复杂，需要一种3D数据模型能够较好地表达现实世界中的三维实体；纹理数据方面，纹理是三维模型的一个重要特征，它可以提高模型的逼真度，增加其可识别性，但大量纹理数据的使用，使所需管理的空间数据量也大大增加，需解决纹理数据的存储方式。　　三维可视化技术已经发展了很长时

5、间，在很多领域都已经广泛应用，三维建模的软件也日趋成熟。但三维GIS平台中，为了再现宏观的真实世界，模型数据量往往都非常巨大，并且还要能与用户交互，实时浏览；模型除了要力求逼真外，还需要满足一些空间分析的需求。所以适用于三维GIS平台的模型，并且与一般三维模型相比有一些特殊性。　　2.1数据源　　城市三维模型的生产要考虑到数据源的采集，不同来源的数据，建模的方式也有所区别。由于三维GIS建模的任务一般都是大批量的，所以数据源一般都来自于大批量的采集。一般来说有以下几种：　　2.1.1航空摄影测量，这

6、种方式具有采集范围大、效率高的优势，适用于大面积城市建筑模型的建立或更新；　　2.1.2航空激光雷达技术，这种技术同样具有采集范围大、效率高的特点。同时具有比航空摄影测量更高的精度和更丰富的细节，但成本也会相应增加；　　2.1.3地形图，适用于简单白模型的建立，直接通过地形图拉伸形成模型，不需要贴纹理；　　2.1.4竣工测量，适用于局部或个别模型的更新；　　2.1.5近景摄影测量，适用范围与竣工测量类似，同时这种方法可以进行相片纠正，使纹理贴图的准确性更高；　　2.1.6设计图，根据设计图建模是最传

7、统，也是精度最高的建模方式，适用于对尚未施工的设计方案进行建模。　　2.2数据制作要求　　2.2.1数据精度　　不同的三维数据源和三维数据生产方式，三维模型具有不同的平面和高程精度。规模化生产中，数字摄影测量方法的平面精度可以达到50cm，高程精度可以达到80cm；机载激光雷达方法，平面精度可以达到20cm，高程精度可以达到30cm。因此，在生产过程中要根据精度指标控制数据质量。　　2.2.2面数控制　　传统模型制作过程中，为保证精细，模型面数往往都非常多。按照这样的标准，一栋板式住宅的总面数也会多

8、达数千，而高层复杂的面数会多至数万。考虑到三维GIS要表现的一般都是大范围的城市场景，总面积过多会使平台无法正常、流畅地浏览，因此，在制作模型时要将面数降低1到2个量级，窗框等部分用贴图代替、栏杆等部分可以用透明贴图代替，对某些细节要素可不予表现。按照精细程度，可以对三维模型进行分级，最低级别的模型仅反映基本的城市建筑形态和空间分布，不需要纹理，直接由地形图生成；最高级别的模型适用于精细小场景的表现。　　2.2.3纹理尺寸　　传统建模方式对纹理的尺寸没有明确的要求，但