三维可视化技术和gis工程

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1、三维可视化技术和GIS工程　　摘要：三维可视化技术与GIS结合是目前地理信息系统研究的一个重要方向。本文简要介绍了三维可视化GIS中的关键技术、算法及三维可视化GIS实体的表达和三维数据的可视化，并列举了三维可视化在GIS中的应用，最后展示了三维可视化在GIS中的应用前景。关键词：三维可视化;GIS;空间数据中图分类号：C37文献标识码：A文章编号：一、前言目前，科学可视化、计算机动画和虚拟现实技术蓬勃发展，并成为计算机图形学领域的三大热门研究方向，它们的核心都是三维真实感图形[1]，也就是三维可视化技术

2、。三维可视化技术是目前计算机技术和图像图形学发展的热点之一，它是依靠视觉效果将数据所要表达的信息直观显示出来的一种最好的方法。传统的地理信息系统对实物的空间立体感表达就比较抽象，将三维可视化技术引入GIS领域中可以动态地、形象地、多视角地、多层次地、如实逼真地描绘地球科学中的客观现象。如通常所见的地形三维可视化、虚拟战场、数字社区和虚拟城市等。本文结合在GIS中的应用介绍三维可视化开发的基本方法。二、三维可视化GIS关键技术9三维可视化技术可以简单的分解为三种技术的结合:可视化、三维和GIS。下面分析了可

3、视化技术、虚拟现实、体视化技术、三维技术等关键技术。1、可视化技术可视化，也称为科学计算可视化(VisualizationinScientificComputer),它是指运用计算机图形和图像处理技术，把科学数据转换成可视的、能帮助科学家理解的信息，并进行交互处理的理论、方法和技术。GIS可视化技术是目前信息领域中广泛应用的一项技术，它通过强大的、有效的地图系统将复杂的空间和属性数抓以地理的形式进行描述，具有界面风格人性化设计，实现了文本、图形和图像信息相结合的定位、查询、检索模式信息表达形象化、自观化操

4、作简单便利等特点[2]。2、虚拟现实虚拟现实(Virtual9Reality)技术是一个由图像技术、传感器技术、计算机技术、网络技术以及人机对话技术相结合的产物。它以计算机技术为基础，利用高性能、高度集成的计算机硬、软件及各类先进的传感器，去创造一个使参与者处于一个三维视觉、听觉和触觉的环境，具有完善的交互作用能力、能帮助和启发进入虚拟境界的参与者的构思的信息环境。利用计算机系统提供的人机对话上具，同虚拟环境中的物体交互操作，使用户仿佛置身于现实环境之中，使参与者足不出户就能身处异景，如遥远的太空、海洋深

5、处、甚至是微观世界。3、体视化技术三维体可视化技术是真正的三维。它是由完全的三维空间体数据构建模型，可以对模型切割来获取内部信息。它是每一个空间点对应三个方向，x,y,z，也就是在一个空间坐标上放置每一个属性点，可以由关系V=.f(x,y,z)表示，V表示空间点的属性值，x,y,z分别表示空间坐标[3]。空间三维实体的可视化，即体视化主要是处理和分析各种体数据，并对这些体数据进行变换、操作和显示，其目的是让人们更清楚地认识蕴含于体数据之中的复杂的结构。体数据可以看成是在有限空间中的一种或多种物理属性的一组

6、离散采样，它可以表示成:ƒ(x)，x∈Rn；{x}是n维空间的采样点的集合，因此也有人把体数据成为数据集。4、三维技术三维立体显示的出发点是运用三维立体透视技术和计算机仿真技术，通过将真实世界的三维坐标变换成计算机坐标，通过光学和电子学处理，模仿真实的世界并显示在屏幕上。三维技术广泛应用在资源环境模型、地形模拟、CAD辅助设计、影视特技、广告设计等方面。它具有可视化程度高、表现形式灵活多样、动态感和真实感强、资料更新方便等优点。三、三维可视化算法9直接体绘制技术具有能够产生三维数据场的整体图象，

7、包括每一细节，并具有图象质量高，便于并行处理等优点，因而成为当前科学计算可视化中有吸引力的重要研究课题之一。鉴于直接体绘制技术的优势，下面重点介绍了光线投射法，移动立方体法以及Z-Buffer消隐算法[4]。1、光线投射算法光线投射算法是目前使用最广泛的体绘制方法之一。对于图像平面上的每一象素，从视点投射出一穿过该象素的视线，该视线穿过体数据空间，算法直接利用该视线上的采样值计算该象素的光强。其过程包括：数据预处理；数据值分类；重新采样；图象合成。2、移动立方体法移动立方体法(MarchingCubes算

8、法)是三维数据场等值面生成的经典算法，是体素单元内等值面抽取技术的代表。与光线投射法不同，移动立方体法属于表面拟合算法之一。移动立方体法基本思想为：首先逐个体素依次处理，找出该等值面经过体素的位置，求出该体素内的等值面并计算出相关参数，以便绘制出等值面。等值面的定义如下：{(x,y,z)

9、s(x,y,z)=c0}，c0是常数。其中s(x,y,z)=a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyzai(i=