三维空间地理环境表现方法研究.pdfVIP

1．1 6三维空间地理环境表现方法的研究 北京遥感信息研究所喻文承迟耀斌 摘要：本丈在分析当前商业软件进行三维地理环境表现方法的基础上，提出了结合Rs与GIS 技术、基于真3维空间数据组织来表现地理环境的研究思路和相应的技术途径．使表现三雏 空间地理环境时不仅具有虚拟表现效果和人机的交互性，同时又满足专业应用领域地理测量 和空间分析的要求． 关键词：三维 空间地理环境 GIS 一、引言 近年来，城市规划、资源调查、环境保护，地质、军事等应用领域，要求三维空间地理 环境不仅是予以直观可视化的表达，而且要为应用分析和决策能提供依据。以前，了解地理 环境只能借助于地图，但由于地图是利用点线对现实地理环境作抽象的描述，缺乏真实感， 所呈现的是二维平面信息。随着卫星遥感技术、地理信息系统技术、计算机技术、虚拟现实 技术的飞速发展，近年来又研制了电子地图、立体影像图等，但这些技术手段基本上只是将 部分区域因素进行了三维可视化的表现，强调的是虚拟表现效果和人机的交互性，仍不能满 足地理测量和空间分析的要求。本文在分析当前商业软件进行三维地理环境表现方法的基础 上，提出了结合Rs与GIS技术、基于真3维空间数据组织表现地理环境的研究思路和相应的 技术途径。 二、当前技术的局限性 现在的商业GIS软件在进行地形表达时一般直接调用数字高程模型．只是在绘图时做 一变换，将三维坐标透视变换到二维平面上。 数字高程模型的主要优点是能够方便地进行空 间分析和计算，如对地表坡度、坡向的计算等。但它不是真三维的空间表达，无法对空间三 维实体建模，无法建立空间实体的三维拓扑关系，不能用于对整个空间范围的实体模型进行 分析与测量。 目前，建立三维空间地理环境集中予对地形与地表之上的实体对象进行表现，这使其应 用领域受到了很大的限制。由于许多应用领域的需要，其研究表现对象还位于地表之下，如 隧道、管线、地F建筑等。虽然，在一些演示系统和游戏软件中，我们可以看到利用～些计 锋机辅助设计系统(CAD等)和计算机三维建模：[具(3DMax等)建立起的地下三维空间的表 现，但它们与GIS有着本质区别。在这些系统中，一般只能进行空间实体的显示与绘制，不 能处理非图形的属性信息，而且在存储和处理图形时，不考虑图形实体(如点、线、面等) 间冉勺拓扑关系。显然，这是无法被用来进行精确的地理测量和分析的。 目前，利用商业软件建立三维空间地理环境有两种实现途径，基本上都是通过软件集成 的方式，将不同系统生成的数据集成显示。 ．84． 1．三维实体模型导入GIs系统中 在这种方式下，空间实体对象的三维模型3Dmax、AutoCAO等三维建模软件按照～殷的 模型生成方法来生成；而地形环境则由GIs系统生成，其数据源为数字化地形圈数据等a晟后， Virtual 为了集成显示，将实体对象模型导)．GtS系统中，完成地理环境的显示。商用软件Erdas GIS模块目前使用的就是这种方式。 这种方式的优点是可以充分利用商业建模软件建立实体模型的优势，建立形体较复杂的 三维模型，利用GIS软件对地理环境中十分重要的地形因素进行数字地形分析，如坡度、坡向、 通视性等。不足之处是三维模型系统的坐标不具有地理意义，对实体三维模型的操作和分析 受到限制。 现在，在某些商业GIS系统中具备了初步的建模能力，使得三维模型数据在底层与GIS集 成在一起，可以实现简单三维条件下的信息查询与分析。虽然还不能达到专业三维软件建模 的效果，但实现了与GIS的结合，是一种可取的技术方向，当前其在表现复杂空间实体对象和 数据组织的灵活性上较差。 2．GIS数据导入3D模型系统中 在这种方式下，GIS系统生成的地形数据经转换，导入专业三维建模软件中作为基本的模 型数据。然后在专业三维建模软件中，于地形之上叠加各种实体模型，建立空间地理环境。 这种方式的优点是充分利用商业建模软件建立实体模型的优势以及在环境表现上的出色 能力，如灯照、晕渲、材质等方面，数据量较小，显示速度侠，可视化效果好。不足之处在 于一切与地理信息相关的因素丧失殆尽，无法进行GIS系统中的分析量测功能，对于数据的管 理也没有了数据库技术的支持。 目前，绝大多数