2022年三维地理信息系统知识点总结

1、三维 GIS在空间分析方面的独特应用：三维空间分析除了包括二维gis 的分析功能外，还应包括针对三维空间对象的特殊分析功能。具体可分为以下几类：空间查询，包括几何参数查询(空间位置、属性)、空间定位查询(点定位、面定位)、空间关系查询(邻接、包含、相离、相交、覆盖等)等；空间量测，包括距离、质心、面积、表面积、体积等；叠置分析；缓冲区分析，包括点缓冲、线缓冲、面缓冲、体缓冲等；网络分析，包括最短路径、资源分配、连通分析等；地形分析，包括趋势面分析、坡度坡向分析、晕渲分析等；剖面分析，它是实现通视分析、日照分析阴影计算等的基础；空间统计分析，包括统计图表分析、密度分析、层次分析、聚类分析等。根据空间分析所处理的对象进行划分，空间分析方法主要有基于图形的方法与基于数据的方法两类。基于图形的空间分析方法如常规的缓冲区分析、叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析与空间联结等能直接从2D扩展至 2.5D 乃至 3D。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然能包容二维 GIS的空间分析功能。三维GIS最有特色的也许是其基于三维数据的复杂分析能力，如计算空间距离、表面积、体积、通视性与可视域等。结合物理化学模型提供一些更具增值价值的真三维空间分析功能，如水文分析、可视性分析、日照分析与视觉景观分析等已成为三维GIS分析研究的重要内容之一，并正积极朝结合属性数据和其他专题数据开发知识发现的新方法、“面向解决与空间有关的问题”提供定量与定性结合的空间决策支持方向发展。2、三维建筑物模型的重建方法：大量的研究致力于地物（尤其是人工地物）的三维自动重建，而依据分辨率、精度、时间和成本等的不同已经有许多不同的技术方法可供选择。如Tao（2004）将三维建筑物模型的重建方法分为以下三类：1）基于地图的方法，利用已有GIS、地图和 CAD 提供的二维平面数据以及其他高度辅助数据经济快速建立盒状模型；2）基于图象的方法，利用近景、航空与遥感图象建立包括顶部细节在内的逼真表面模型，该方法相对比较费时名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 1 页，共 22 页 -和昂贵，自动化程度还不高；3）基于点群的方法，利用激光扫描和地面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。建筑物三维模型重建：基于图片、基于激光扫描数据数据获取系统的组成：激光扫描仪：(1)横向：系统相对定位数据 (2)纵向：建筑物表面模型数据数码摄像机：建筑物表面纹理数据建筑物初始模型的建立：三维空间点云的建立：扫描匹配方法相对定位、GPS 校正法全局定位三维点云预处理：建筑物表面反射率低导致激光信号弱。扫描仪的固有误差。树木、行人或车辆的遮挡。作用：消除噪声干扰方法：(1)滤波优化：消除噪声，提取背景层。(2)平滑处理：平滑表面。(3)建筑物三角网格化简生成初始网格模型：作用：在尽可能保持原始模型特征的情况下，最大限度地减少原始模型的三角形和顶点的数目。顶点最少原则,误差最小原则.目前现行方法在楼体表面网格化简上的比较：(1)最短边优先化简方法：排序网格中所有的边长，用堆来存储。依次删除边长最小的边，直到达到预期的三角形数目。缺点：容易丢失局部区域的框架结构。下图为从22011个三角形化简到 4201个三角形的效果。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 2 页，共 22 页 -(2)基于法向的网格化简.化简依据:1、平面区域：平面区域的多边形应合并成较大的多边形。2、陡边：相邻的两个多边形的二面角小于一定阈值的边。3、凸点：曲率较大的顶点。(3)边折叠法:点到平面距离的平方和作为误差度量。选取两顶点距离小于一定阈值的点对，并计算两点对之间的代价函数。根据代价值由小到大的顺序进行化简。(4)边折叠法改进:将边折叠后生成的新三角形的形态质量因子引入到折叠代价函数的计算当中，限制狭长三角形的产生，避免模型视觉特征的急剧改变。改进后局部特征得到很好的保留，并且网格数目可缩小到4020 个。纹理修补技术：目的：在采集到的纹理图片中移除建筑物前的遮挡物体，并用适当的纹理填充。方法：对要移除的遮挡物进行提取、对该目标区域沿轮廓线逐样本块进行修补。修补过程：定义目标块p 的优先级为 P(p)=C(p)*D(p),其中 C（P）为信任项，D（p）为数据项，表达式如下：设目标块具有最高优先级,记是源区域中与最相似的源块。相似性的判断方法如下：存在问题：?轮廓点的等照度线方向造成线性结构无限繁殖。?对每一个需填充目标块，在确定源块的过程中都需要对源区域进行全局搜索，大大影响了算法的效率。?改进方法流程图名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 3 页，共 22 页 -3、三维空间数据获取方法类型和技术：三维 GIS技术最重要的进展之一就是三维数据获取技术的进步，特别是航空与近景摄影测量、机载与地面激光扫描、地面移动测量与GPS 等传感器的精度与速度都有了明显的提高（Batty，et al,2000；Stoter and Zlatanova,2003）。大量的研究致力于地物（尤其是人工地物）的三维自动重建，而依据分辨率、精度、时间和成本等的不同已经有许多不同的技术方法可供选择。如Tao（2004）将三维建筑物模型的重建方法分为以下三类：(1)基于地图的方法，利用已有GIS、地图和 CAD 提供的二维平面数据以及其他高度辅助数据经济快速建立盒状模型；(2)基于图象的方法，利用近景、航空与遥感图象建立包括顶部细节在内的逼真表面模型，该方法相对比较费时和昂贵，自动化程度还不高；(3)基于点群的方法，利用激光扫描和地面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。三维重建的数据源还可以分为远距离获取的数据（卫星影像、航空影像、空载激光扫描等）、近距离获取的数据（近景摄影、近距激光扫描、人工测量）和GIS/CAD导出数据三种（Brenner and Haala,2001；Shiode，2001）。不同的数据源对应着不同的三维模型细节和应用范畴。比如，基于遥感影像和机载激光扫描的方法适用于大范围三维模型数据获取、车载数字摄影测量方法适用于走廊地带建模、地面摄影测量方法和近距离激光扫描方法则适用于复杂地物精细建模等等。其中，基于影像和机载激光扫描系统的三维模型获取方法能够适用于在大范围地区快速获取地面与建筑物的几何模型和纹理细节，虽然现有技术在很大程度上还依赖人工辅助，但这无疑是最有潜力的三维模型数名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 4 页，共 22 页 -据自动获取技术之一。基于已有二维GIS数据的简单建模方法具有成本低、自动化程度高的优点，在某些需要快速建立三维模型的领域也有着广泛的应用，这也是现有大多数二维 GIS提供三维能力的最主要方式。基于CAD 的人机交互式建模方法将继续被用于一些复杂人工目标的全三维逼真重建。另外，基于图象的建模和绘制（Image based modeling&rendering：IBMR）作为一种新的视觉建模方法，在不需要复杂几何模型的前提下也能够获得具有高度真实感的场景表达，能够较好的解决三维建模过程中模型复杂度与绘制的真实感和实时性三者之间的矛盾，大大简化了复杂的数据处理工作。因此也被越来越多地用于各种虚拟环境的建立，特别是基于图形和图象的两种建模技术被综合用于高度真实感的三维景观模型的创建。上述技术主要应用于重建目标的三维表面模型，而有关地球科学领域的真三维重建技术在吴立新教授的“真三维地学模拟的若干问题”一文中有详细介绍。随着三维 GIS的深入发展和广泛应用，人们越来越关注三维模型数据的准确性、逼真性和有用性。在追求三维模型逼真和准确的同时，也带来了数据生产的高投入。与二维空间数据相比，三维空间数据不是简单的一一对应或者扩展，三维空间数据库的建设至今仍然是一项复杂而昂贵的综合性工程。大型三维GIS系统建设的生产效率、质量控制、数据安全和有效存储与管理等问题日益突出，并直接关系到系统建设与应用的成败。决定空间数据具体生产方案的三个要素分别是精度、成本和效率，最终系统的有用性和提供的空间分析能力又取决于模型的逼真程度以及所选择的数据源和建模方法。因此，三维 GIS缺乏有关数据内容、细节程度、定位精度和生产工艺等的技术标准已经成为制约其推广应用的关键问题之一。4、国内外三维 GIS软件：我国 GIS经过三十多年的发展，理论和技术日趋成熟，在传统二维GIS已不能满足应用需求的情况下，三维GIS应运而生，并成为GIS的重要发展方向之一。上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，首先是美国推出Google Earth、Skyline、World Wind、Virtual Earth、ArcGIS 名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 5 页，共 22 页 -Explorer等，我国也紧随推出了EV-Globe、GeoGlobe、VRMap、IMAGIS等软件与国外软件竞争本土市场。三维GIS得到了各行业用户的认同，在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。目前，我国国产三维GIS软件已占据了国内市场的半壁江山。国外三维 GIS软件：一重唱美国谷歌公司：Google Earth-用户最多的三维地球软件介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。Google Earth 的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括 DigitalGlobe公司的 QuickBird，IKOONOS 及法国 SPOTS。特点：Google Earth凭借其强大的技术实力和经验，以其操作简单、用户体验超群的优势吸引了全球近十分之一的人口使用。发展历程：Google 于 2004 年 10 月收购了 Keyhole 公司，随之次年 6 月推出 Google Earth 系列软件。产品形式：Google Earth客户端软件提供三个版本：个人免费版、Plus 版、Pro 版以及企业级解决方案，用于在企业内部部署Google Earth应用。二重唱美国国家航空和航天管理局（NASA）：World Wind-最强大的开源地理科普软件介绍：World Wind是 NASA 发布的一个开放源代码的地理科普软件，由 NASA Research开发，NASA Learning Technologies 来发展，它是一个可视化地球仪，将NASA、USGS 以及其它 WMS 服务商提供的图像通过一个三维的地球模型展现，还包含了火星和月球的展现。软件用 C#编写，调用微软SQL Server 影像库 Terrain Server来进行全球地形三维显示。它通过将遥感影像与SRTM 高程（航天飞机雷达拓扑测绘）叠加生成三维地形。特点：World Wind最大的特性是卫星数据的自动更新能力。这种能力使得 World Wind具有在世界范围内跟踪近期事件、天气变化、火灾等情况的能力。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 6 页，共 22 页 -拥有 NASA 血统的 World Wind可以利用 Landsat 7、SRTM、MODIS、GLOBE,Landmark Set 等多颗卫星的数据，将 Landsat 卫星的图像和航天飞机雷达遥感数据结合在一起，让用户体验三维地球遨游的感觉。采用了先进的流传输技术。World Wind 是个完全免费的软件，在使用上没有任何限制，主要面向科学家、研究工作者和学生群体。另外World Wind 是完全开放的，用户可以修改World Wind 软件本身。目前，包括国内部分三维GIS软件在内的全球许多主流三维软件都是以World Wind为技术内核发展而来。三重唱美国 Skyline公司：Skyline Globe-个性化的三维地理信息系统介绍：SkylineGlobe产品能够基于地表的卫星影像、航空影像创建高分辨率的三维虚拟地球场景。Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。特点：Skyline Globe Enterprise Solution是美国 Skyline 公司为网络运营三维地理信息提供的企业级解决方案。包括了Skyline整套软件工具，给客户提供一站式服务，并开放了所有的 API，不论是在网络环境中还是单机应用，让用户能够根据自己的需求定制功能，建立个性化的三维地理信息系统。产品形式：TerraExplorer、TerraExplorer Pro、TerraBuilder、TerraGate。应用：中国数字海洋系统、公安部警卫基础工作信息系统、数字深圳三维平台、黄河可视化防汛预案管理系统、数字烟台三维城市规划信息系统等。四重唱美国微软公司：Virtual Earth-可以在浏览器中直接运行的三维地球软件介绍：Virtual Earth 3D可以呈现完整交互式的三维图片，是基于地图的搜索工具，集航拍照片、地图、黄页数据于一体。在Virtual Earth 3D中，就象在大型3D游戏的虚拟现实环境中一样，用户可以在城市之间、建筑物之间“飞来飞去”。除了真实地“再现”城市的地形外，Virtual Earth 3D中也包含一些现实世界中不存在的东西。特点：Virtual Earth 3D不要求用户在硬盘上下载应用软件，而是直接在浏览器中运行。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 7 页，共 22 页 -发展历程：在 Google 宣布推出 Google Earth 后，微软也紧跟其后启动了相关计划。2005年 12 月 23 日，微软公司收购一家从事三维地球研究的华人公司GeoTange。2006 年5 月 3 日，又收购一家专门从事遥感领域研究的公司Vexcel。随后，在 2006 年 11 月初微软发布了 Virtual Earth 3D。今年 6 月，微软推出 Bing 搜索后，意味着原来的“Virtual Earth”变成了“Bing Maps and Bing Maps for Enterprise”。五重唱美国环境系统研究所公司（ESRI）：ArcGIS Explorer-ArcGIS家族的 3D后代介绍：ArcGIS Explorer是一个免费的虚拟地球浏览器，提供自由、快速的2D和 3D地理信息浏览，充满趣味性且简捷易用。ArcGIS Explorer通过继承 ArcGIS Server 完整的 GIS性能（包括空间处理和3D服务），达到整合丰富的GIS数据集和服务器空间处理应用的目的。特点：AreG1S Explore 具有和 Google Earth 相似的功能，支持来自ArcGIS Server、GML、WMS、Google Earth（KML）的数据。发展历程：ArcGIS Explorer是 2006年 8 月推出。在明年即将发布的ArcGIS9.4 中也将加强三维 GIS功能。国内三维 GIS产品：六重唱北京国遥新天地信息技术有限公司：EV-Globe-国内三维海量空间信息平台佼佼者介绍：EV-Globe 具有大范围的、海量的、多源的数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件集成，可方便快速构建三维空间信息服务系统，亦可快速在二维GIS系统完成向三维的扩展。EV-Globe 提供距离测量、线段剖面、折线剖面、区域淹没、通视分析等三维GIS特色的空间分析功能。可以在 EV-Globe中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。特点：EV-Globe 基于组件式开发，所有功能以控件或类的方式封装在dll中，用户可以很方便进行各种功能定制，甚至将 EV-Globe 嵌入各类信息系统中。EV-Globe 具备在名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 8 页，共 22 页 -普通 PC机上就能实现的海量三维模型和影像流畅地进行各项漫游操作的功能。此外在EV-Globe服务器端，用户可根据需要绑定常规GIS平台如 SuperMap，ArcGIS 等。发展历程：EV-Globe 于 2008年 12 月、2009年 5 月、7 月分别发布了 EV-Globe SDK、EV-Globe Sea 和 EV-Globe Web版，并将于今年 12 月 3 日正式发布 EV-Globe 2.0。产品形式：EV-Globe SDK（开发包）、EV-Globe Pro（数据浏览工具）、EV-Globe Creater（数据制作工具）、EV-Globe Datasets（影像数据集）。应用：全国海岛海岸带三维可视化信息系统、中石油海外应急系统、中国石油中长期油气管网建设预测分析、宁波镇海环保三维影像浏览系统、遨游天府-四川省地理空间三维管理系统。七重唱武大吉奥信息技术有限公司：GeoGlobe-加入实时三维量测功能介绍：GeoGlobe是武汉大学李德仁和龚建雅等教授花了近10 年时间打造，由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研发的网络环境下全球海量无缝空间数据组织、管理与可视化软件。GeoGlobe提供了一系列三维可视化及应用的功能：可视化导航与操作、可视化查询与三维分析、兴趣点标注及定位等。还提供了二次开发功能，用户可以根据应用的需要自行设计界面，调用所提供的动态库进行二次开发。特点：GeoGlobe具有和 World Wind相似的功能，加入了实时三维量测等功能。能同时处理多种来源的数据，包括三维地形图、航拍影像图、三维模型，矢量数据，是 Google Earth 所没有的。GeoGlobe2.0提供了海量 4D数据（DEM、DOM、DLG、DRG）、地名数据、三维模型数据的完整解决方案。发展历程：GeoGlobe于 2006年 4 月推出，现已推出至GeoGlobe2.0。产品形式：GeoGlobe Server、GeoGlobe Builder、GeoGlobe Viewer。八重唱适普软件有限公司：IMAGIS-管理意义上的“所见即所得”介绍：IMAGIS三维可视地理信息系统是一套以数字正射影像（DOM）、数字地面模型（DEM）、数字线划图（DLG）和数字栅格图（DRG）作为处理对象的 GIS 系统。结合名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 9 页，共 22 页 -了三维可视化技术与虚拟现实技术，完全再现管理环境下的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界中，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。特点：IMAGIS在数据管理上采用了矢量数据和栅格数据混合管理的数据结构，二者可以相互独立存在，同时，栅格数据也可以作为矢量数据的属性，以适应不同情况下的要求。发展历程：2003年 3 月推出 IMAGIS V2.3，2004 年 6 月推出增强版本 IMAGIS V2.3.6，并在该版本中正式推出IMAGIS Web3D V1.0 中英文版本。产品形式：IMAGIS Education：三维可视地理信息系统教育版；IMAGIS Classic：三维可视地理信息系统；IMAGIS Magixity：城市建模与可视化地理信息系统；IMAGIS 3DBrowser：影像快速漫游系统；IMAGIS Web3D：三维场景数据网络发布系统；IMAGIS Sup3DBrowser：3DBrowser 通用控件。九重唱伟景行数字城市科技有限公司：CityMaker-数字城市的三维应用介绍：CityMaker 是数字城市三维可视化平台，主要针对城市规划领域，提供覆盖规划设计、展示、评估、管理的全方位服务。提供从三维地理信息系统建设到应用的全面解决方案。通过CityMaker 三维地理信息平台，可以叠加显示城市面貌、规划图则、户籍信息、监控视频等各种二三维数据，还可快速集成已有专业系统，开展基于网络的三维专业应用。特点：是面向规划设计师和建筑师的三维辅助设计软件，它将虚拟可视化技术融入设计过程，让设计师在三维环境下进行城市的设计、评估、分析和交流。它可以与 3ds MAX等建模软件配合使用，支持材质编辑和物体运动编辑，支持火焰、喷泉、爆炸和雨雪等虚拟现实效果的制作等。产品形式：名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 10 页，共 22 页 -CityMaker Network：专业的城市级三维地理空间信息网络应用平台；CityMaker Professional：专业的城市规划三维分析软件；CityMaker Builder：城市级三维地理空间创建软件平台；CityMaker Designer：面向规划设计师和建筑师的三维辅助设计软件；CityMaker Simulation System：专业的多通道三维模拟仿真软件。应用：数字北京、数字斯图加特、虚拟圆明园、上海世博会虚拟现实系统等。十重唱杭州阿拉丁信息科技股份有限公司：AlaGIS-网络仿真城市 E都市的同门介绍：AlaGIS 与全球首个大规模网络仿真城市E都市同属于杭州阿拉丁公司，采用面向网络的分布式空间信息应用服务支撑平台，集二维、三维、遥感影像于一体，全面整合了 GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多种计算机主流技术。特点：二三维叠加是 AlaGIS 的主要特点，AlaGIS 平台采用的合理的二三维映射使二维图形和三维图形的数据一一对应，从而实现了二维图形和三维图形的有效结合，通过二三维的切换或者透明度变化来达到所期望的图形效果。应用：三维地名管理系统、三维警务地理信息系统、三维数字房产管理系统、三维税源网络管理系统、三维旅游展示管理平台等。十一重唱北京灵图软件技术有限公司：VRMap-首次在微机上再现真三维景观介绍：三维地理信息系统软件VRMap 实现了 VR和 GIS技术的完美结合，可以根据卫星影像、航空影像、电子地图、高程数据、城市模型数据、虚拟效果数据生成虚拟地理场景；通过 VRMap 提供的二次开发包，可实现规划、国土、电信、交通、水利等各行业的专业分析。特点：VRMap 采用 J2EE体系架构，快速、灵活构建基于Web的三维业务应用系统；同时 VRMap 提供城市级别的基于网络的海量精细场景，可快速建立三维应用。发展历程：从 2000 年诞生的 VRMap1.0 至今，VRMap 产品已升级到 4.0。但是受 2007年底灵图公司裁员事件影响，原VRMap 团队成员流失较为严重，产品后续发展堪忧。产品形式：VRMap 标准版、VRMap 专业版、VRMap 企业版。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 11 页，共 22 页 -十二重唱北京海澄华图科技有限公司：NEOMAP VPlatform-灵图 VRMap 的变身介绍：NEOMAP VPlatform 的简称是 NVP，它可以在网络发布全球高精度DEM/DOM/DLG数据和特大城市级三维精细模型。NVP提供服务接口，支持灵活的二次开发和二三维一体化应用。NVP包含三维数据处理、三维场景整合、三维网络服务平台、三维数据浏览、运维支撑、二次开发SDK共六个子系统。特点：NVP的多项核心技术，包括高效的海量空间数据管理技术、海量三维数据网络发布技术、地形、影像数据存储压缩技术、多精度地形、影像数据融合技术，处于国内外领先水平，在对于三维GIS系统最重要的海量数据支持、稳定性、二次开发支持、三维效果方面有显著优势。发展历程：2008 年 8 月成立公司，随即推出NEOMAP VPlatform。产品形式：三维数据处理、三维场景整合、三维网络服务平台、三维数据浏览、运维支撑、二次开发SDK。应用：数字延吉城市地理信息共享平台、苏州市基础地理信息共享平台、青岛市南区空间信息服务平台及应用、秦皇岛城市管理局。十三重唱中国资源卫星应用中心、北京视宝卫星图像公司、北京星天地信息科技公司：数据地球（中国）-卫星、航空、地面三种采集方式的集成介绍：数据地球（中国）（Data Earth China）是我国第一个集数据与软件一体化的三维地理空间信息系统，它在国家863计划地球观测与导航技术领域项目支持下，由中国资源卫星应用中心、视宝公司和北京星天地公司三家联合研发的新一代自主产权的三维地理空间信息服务平台，标志着我国已拥有基于卫星、航空、地面三种方式采集到的地理信息综合开发而成的三维立体地理空间信息系统。特点：该平台集成了国内领先的Uniscope 三维 GIS引擎技术，覆盖全域的高分辨率卫星影像（CBERS-02B、SPOT5）、较高精度的地形高程数据、导航用道路和POI等矢量信息，符合保密规定的政府用户还可以享受航空影像数据服务，是数据和平台，航天和航空、宏观和微观、矢量和栅格相结合的新一代三维地理信息产品。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 12 页，共 22 页 -发展历程：2009 年 9 月发布。应用：城市应急指挥、国防信息化建设、国土资源管理、城市规划、环境保护、灾害防治等。十四重唱武汉地大信息科技发展有限公司：InfoEarth TelluroMap-三维应用系统集成介绍：InfoEarth TelluroMap 采用面向 Internet的分布式计算技术和三维可视化技术，支持跨区域、跨网络的复杂大型网络三维应用系统集成。为海量三维空间数据的发布提供了可扩展的开发平台，开发者可以方便、灵活地实现网络空间数据的共享和三维可视化。特点：InfoEarth TelluroMap基于主流技术平台。NET开发，产品开放性好、架构灵活、三维功能和GIS功能强大、支持 TB级海量空间和三维模型数据发布和应用。产品形式：InfoEarth TelluroMap Server：服务器端应用程序和组件库；InfoEarth TelluroMap GlobeEngine：基于组件技术的三维可视化组件；InfoEarth TelluroMap Map：基于 Ajax 的 WebGIS 客户端组件；InfoEarth TelluroMap Fusion：空间数据、三维模型数据入库、预处理模块。应用：数字汉江、数字地大、移动基站三维地理信息系统设计方案、山洪（灾害）预警系统工程解决方案等。十五重唱北京朝夕科技有限责任公司：Drawsee Earth-在线开发的三维地理信息系统介绍：Drawsee Earth 是结合三维和网络技术的互联网三维GIS开发平台，构建企业级 B/S 结构三维行业应用的工具。它基于Microsoft.NET与 ActiveX 软件平台，通过海量数据管理、网络数据流传输、三维模型高速显示等技术，把卫星影像、数字高程、普通矢量地图、精细建筑模型等数据融合到一起。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 13 页，共 22 页 -特点：Drawsee Earth 不仅可以提供三维场景可视化、海量数据管理，而是结合行业，提供三维场景动态模拟分析。将三维场景各类实体的可预见态势、不可预见态势，通过动态分析真实展现出来。产品形式：Drawsee EarthDesk：数据融合工具；Drawsee EarthServer：数据服务器；Drawsee EarthViewer：客户端插件。应用：三维森林防火指挥系统、三维油罐监控系统、互联网3DGPS 车辆监控系统等。十六重唱北京超维创想信息技术有限公司：Creatar-真三维地学信息系统介绍：Creatar 1.0 三维地学信息系统是超维创想公司基于北京大学科研实力进行技术创新，自主研发的新一代真三维地学信息系统系列软件。该软件是我国第一个参加科技部软件测评的真三维地学信息系统软件。特点：完善的三维空间信息基础服务、开放的系统平台、多应用模式支持。应用：城市地质、岩土工程、环境地质、矿产资源勘查等众多地学相关领域。十七重唱北京超图软件股份有限公司：SuperMap iSpace-二三维一体化的三维 GIS 模块介绍：SuperMap iSpace 是 SuperMap UGC 新增三维 GIS模块的产品研发代号。采用了 SuperMap SDX+空间数据库技术来高效地、一体化地存储和管理二维三维空间数据，升级了二维显示的功能，不仅能够支持将二维的GIS数据和地图直接加载到真三维场景中进行显示，而且可以在二维窗口中显示三维数据，在二维地图中使用三维符号，真正实现了二维三维数据一体化。特点：二维三维数据一体化、多元数据无缝集成、多元数据无缝集成、三维web浏览等；提供基本的三维空间分析能力包括：量算分析、查询统计分析、通视性分析。发展历程：2009 年 10 月在超图用户大会上宣布，但目前尚未看到成熟的产品。十八重唱中地数码集团：MapGIS-TDE-地上、地表、地下的三维空间数据模型名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 14 页，共 22 页 -介绍：MAPGIS-TDE 三维处理平台是中地公司在 MAPGIS7.0 中推出的一套支持真三维数据处理及 3DGIS 应用项目二次开发平台。采用三维空间数据模型、构模算法、三维可视化技术及框架加插件的软件体系结构，具备集成管理地上、地表、地下的三维空间模型的能力，可以管理从2.5 维到 3 维、从矢量到栅格等多种三维空间数据模型，并提供多种模型建立、管理及显示的工具及接口。特点：MAPGIS-TDE 在提供一般三维空间数据模型及其管理功能的基础上，平台允许针对特定应用领域动态扩展建模及其分析功能插件，以适应特定的三维应用。应用：MAPGIS 三维数码景观系统、MAPGIS 工程勘察信息系统、MAPGIS 城市地质信息系统、MAPGIS 综合管网信息系统等。十九重唱广州市红鹏直升机应用服务有限公司：真三维地理信息系统-航空摄影测量的延伸介绍：红鹏真三维地理信息系统是以普通数字地图数据为基础，利用虚拟现实技术，将高程数据用形象的方式表现出来；同时运用多媒体和三维可视化技术将图形、图像、文字和数据纳入统一的窗口系统下管理，使其具有虚拟、动态、交互等特征。特点：红鹏真实三维数字地图不同于其它城市虚拟仿真系统，而是利用其自身优势，从低空（300米）获取高分辨率的航空影像。同时，高分辨率的航空影像也有助于量测出精准的城市建筑的空间尺度。三维数字地图的平均误差不超过1.5 米。利用航空摄影测量的方式，可以快捷、准确、低成本地构建大范围的城市三维地图。尾声技术的进步和用户需求的拉动在GIS从二维向三维的发展中起到了决定性的作用。GIS的三维时代，已经悄然来临并广泛应用发展。随着计算机与空间技术的进步与发展，GIS 将由各自分开独立的系统走向兼容与集成；由二维走向三维和四维，由单机走向网络，并最终走向社会和家庭。5、三维图形 GIS开发工具，例如 OpenGL，函数库：OpenGL 是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 15 页，共 22 页 -开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL 可以与 Visual C+紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL 使用简便，效率高。它具有七大功能：(1)建模：OpenGL 图形库除了提供基本的点、线、多边形的绘制函数外，还提供了复杂的三维物体（球、锥、多面体、茶壶等）以及复杂曲线和曲面绘制函数。(2)变换：OpenGL 图形库的变换包括基本变换和投影变换。基本变换有平移、旋转、变比镜像四种变换，投影变换有平行投影（又称正射投影）和透视投影两种变换。其变换方法有利于减少算法的运行时间，提高三维图形的显示速度。(3)颜色模式设置：OpenGL 颜色模式有两种，即 RGBA 模式和颜色索引（Color Index）。(4)光照和材质设置：OpenGL 光有辐射光（Emitted Light）、环境光（Ambient Light）、漫反射光（Diffuse Light）和镜面光（Specular Light）。材质是用光反射率来表示。场景（Scene）中物体最终反映到人眼的颜色是光的红绿蓝分量与材质红绿蓝分量的反射率相乘后形成的颜色。(5)纹理映射（Texture Mapping）。利用 OpenGL 纹理映射功能可以十分逼真地表达物体表面细节。(6)位图显示和图象增强图象功能除了基本的拷贝和像素读写外，还提供融合（Blending）、反走样（Antialiasing）和雾（fog）的特殊图象效果处理。以上三条可使被仿真物更具真实感，增强图形显示的效果。(7)双缓存动画（Double Buffering）双缓存即前台缓存和后台缓存，简言之，后台缓存计算场景、生成画面，前台缓存显示后台缓存已画好的画面。此外，利用 OpenGL 还能实现深度暗示（Depth Cue）、运动模糊（Motion Blur）等特殊效果。从而实现了消隐算法。OpenGL 设备运用，目前瑞芯微2918芯片和英伟达芯片Tegra2 就是采用 OpenGL 2.0技术进行图形处理，而基于瑞芯微2918芯片方案代表是台电 T760和微蜂 X7平板电脑所采用到。6、三维空间数据模型基本原理，尤其是集成模型，如矢量集成模型和CSG 集成模型等：名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 16 页，共 22 页 -TIN-CSG混合构模是当前城市3D GIS和 3DCM 构模的主要方式，即以TIN 模型表示地形表面，以 CSG 模型表示城市建筑物，两种模型的数据是分开存储的。为了实现TIN 与CSG 的集成，在 TIN 模型的形成过程中将建筑物的地面轮廓作为内部约束，同时把 CSG 模型中建筑物的编号作为TIN 模型中建筑物的地面轮廓多边形的属性，并且将两种模型集成在一个用户界面（李清泉，1998；孙敏等，2000）。这种集成是一种表面上的集成方式，一个目标只由一种模型来表示，然后通过公共边界来连接，因此其操作与显示都是分开进行。一个三维空间数据模型应具有目标的几何、语义和拓扑描述；具有矢量和栅格数据结构；能够从已有的二维GIS获取数据以及三维显示和表示复杂目标的能力。矢量栅格集成的三维空间数据模型。在这个模型中，空间目标分为四大类，即点（0D）、线（1D）、面（2D）和体（3D）。目标的位置、形状大小和拓扑信息都可以得到描述。其中目标的位置信息包含在空间坐标；目标的形状和大小信息包含在线、面和体目标；目标的拓扑信息包含在目标的几何要素和几何要素之间的联系中，而且模型中包含矢量和栅格结构。模型中包含的各种目标及其数据模型全面，但对具体的系统用什么样的数据模型可视需要而定。三维矢量模型是二维中点、线、面矢量模型在三维中的推广。它将三维空间中的实体抽象为三维空间中的点、线、面、体四种基本元素，然后以这四种基本几何元素的集合来构造更复杂的对象。以起点、终点来限定其边界，以一组型值点来限定其形状；以一个外边界环和若干内边界环来限定其边界，以一组型值曲线来限定其形状；以一组曲面来限定其边界和形状。矢量模型能精确表达三维的线状实体、面状实体和体状实体的不规则边界，数据存储格式紧凑、数据量小，并能直观地表达空间几何元素间的拓扑关系，空间查询、拓扑查询、邻接性分析、网络分析的能力较强，而且图形输出美观，容易实现几何变换等空间操作，不足之处是操作算法较为复杂，表达体内的不均一性的能力较差，叠加分析实现较为困难，不便于空间索引名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 17 页，共 22 页 -7、三维 GIS系统的结构：三维 GIS系统的体系结构,分为数据层、核心层和用户层,在该结构下实现三维地形的生成与显示,实现系统与用户的交互,并通过接口函数与ArcGIS Engine 开发工具包进行通信,对于部分简单的 GIS功能,直接调用 ArcGIS Engine 提供的工具按钮实现,对于复杂的 GIS功能,则通过 Java 3D 编程方法来实现的。三维 GIS系统的实现采用面向对象开发语言JAVA和 JAVA 3D编程实现,并充分利用了 ArcGIS Engine 提供的组件,有效地提高应用地理信息系统的开发效率,且具有良好的用户界面和完善的功能。最后,为了增加系统的交互性能,设计了菜单,工具栏,标签页和滚动条等,用户可以方便的操作名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 18 页，共 22 页 -8、三维 GIS系统的功能：名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 19 页，共 22 页 -RHIND基于二维 GIS的发展状况提出了三维GIS可能包括的十项功能：数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构（包括创建拓扑关系和从一种拓扑关系转化为另一种拓扑关系）；各种变化（平移、旋转、比例、剪切（shear）；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道（tunneling）、建筑 building）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理23。KELK为三维地学模拟提出过14 项功能24：(1)从其它系统中引进数据和部分分析功能；(2)保存和操作真三维坐标数据；(3)无原始坐标信息损失地变化方向；(4)保存和显示地理对象内部组分的信息；(5)能够方便地进行交互式修改，可针对地理对象及其数据库；名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 20 页，共 22 页 -(6)允许满足不同数据模型要求的模型重建；(7)将断层等特征作为事件考虑，允许它们影响地学对象；(8)处理大的比例尺差异；(9)处理内部流体运动和其它时间方面的事件；(10)和其它定量公式交互；(11)允许局部细节和更广的软中心（soft-focus）图片显示；(12)视觉上使用户满意；(13)分析各种建模趋势、模式及与其它GIS模块的联系；1 (14)在主要的数据库中存贮模型和导出报表。BREUNIG 从空间信息集成的角度为三维GIS的发展提出了三项必备的功能：(1)复杂地学对象的管理和处理；(2)能够对由各种空间对象表达形式表示的地学复杂对象进行有效的空间存取；(3)能够对各种空间对象进行有效的空间操作28。ALEXANDER和 SIGRID在城市三维 GIS的设计者中提到了三维城市GIS应该具备的另两项功能：(1)应能受益于现代数据获取方法的进步；(2)三维城市 GIS应面向未来的技术 38。三维 GIS 也必须解决一些传统问题：不确定性；误差定位和消除；处理数据模型的不连续；处理时态数据；处理在不同数据结构中的不同类型和不同比例尺数据18。作者认为，三维GIS除了具备二维 GIS的传统功能以外,还应该具有如下独有的功能:包容一维、二维对象三维 GIS不仅要表达三维对象,而且要研究一维、二维对象在三维空间中的表达。三维空间中的一维、二维对象与传统GIS的二维空间中的一维、二维对象在表达上是不一名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 21 页，共 22 页 -样的。传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。而三维GIS将一维、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。二维GIS也能通过附加属性信息等方式体现这种变化，但存储、管理的效率就显得较低，不直观可视化 2.5 维、三维对象三维 GIS的首要特色是要能对2.5 维、三维对象进行可视化表现。在建立和维护三维 GIS的各个阶段中，不论是对三维对象的输入、编辑、存储、管理，还是对它们进行空间操作与分析或是输出结果，只要涉及到三维对象，就存在三维可视化问题。三维对象的几何建模与可视表达在三维GIS建设的整个过程中都是需要的，这是三维GIS的一项基本功能。三维空间 DBMS 管理三维 GIS的核心是三维空间数据库。三维空间数据库对空间对象的存储与管理使得三维 GIS既不同于 CAD、商用数据库与科学计算可视化，也不同于传统的二维GIS。它可能由扩展的关系数据库系统也可能由面向对象的空间数据库系统存储管理三维空间对象。名师归纳总结 精品学习资料 -精心整理归纳 精选学习资料 -第 22 页，共 22 页 -