(1 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101 2 中国科学院地理信息产业发展中心, 北京 100101 3 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101)
论文来源：中国图象图形学报
摘要:回顾与评述了三维 G IS 的相关发展情况, 探讨了三维 G IS 的有关基本问题, 如数据获取、大数据量存贮与处理、三维空间分析, 同时指出科学计算可视化、数据库系统管理、数字影象处理等技术的成熟和二维 G IS 长期发展提供的理论实践经验等为三维 G IS 的发展提供了良好的基础.…
关键词: 三维GIS,基本问题,数据结构
0 引 言
二维GIS 始于20 世纪60 年代的机助制图. 今天它已深入到社会的各行各业, 如土地管理、电力、电信、城市管网、水利、消防、交通以及城市规划等.但二维GIS 存在着自身难以克服的缺限, 它本质上是基于抽象符号的系统, 不能给人以自然界的本原感受. 随着应用的深入, 作为第三维的高程信息显得越来越重要. 一些二维GIS 和图象处理系统虽已能处理高程信息, 但它们并未将高程变量作为独立的变量来处理, 而只是将其作为附属的属性变量对待,虽然能够表达出表面起伏的地形, 但地形下面的信息却不具有, 因此它们在国际国内也被俗称为 2. 5维的系统. 考虑到2. 5 维这一概念并不严密, 故在此称之为“地形面三维”或简称面三维. 我们认为, 面三维的GIS 本质上仍然是二维GIS 系统.
二维GIS 只能处理平面X、Y 轴上的信息, 不能处理铅垂方向Z 轴上的信息. 它在表达上通常是将z 值投影到二维平面上进行处理, 因此对于同一( x , y ) 位置的多个z 值不能表达.地形面三维的表达将z 值投影到一个模型上,显示时X 、Y、Z 3 个轴均被显示, 其模仿人类从某点观察的视觉, 使三维对象看起来像真正的三维对象一样. 但是面三维技术有两个明显的缺点, 即它表达的对象内部是空的, 不具备应有的信息; 虽然它能表现邻近的多个表面, 但对于表面交叉的情况, 则难以进行交叉表达和管理. 只有将这类现象置于真正的三维空间中考虑, 才能灵活高效地处理各种三维问题, 如三维内部属性和拓扑关系, 三维空间索引和管理等. 这是三维空间表达与二维GIS、地形面三维表达的本质区别之一.
三维空间表达考虑多个 z 值的出现, 将多个( x , y , z ) 观测点结构化为实体域, 这种处理是对人类居住空间的较为接近的近视[ 1] .
1 三维GIS 发展评述
世界的本原是处在三维空间中的, 二维GIS 将现实世界简化为平面上二维投影的概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力, 克服这一缺陷迫切需要真正的基于三维空间的GIS 的问世. 因此在过去的一段时间里, 人们很早就开始了三维GIS 理论和实际系统方面的探索.
1. 1 三维GIS 的研发思路与相关软件的发展
随着GIS 应用的深入, 人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题. 在应用要求较为强烈的部门如采矿、地质、石油等领域已率先发展了具有部分功能的专用三维GIS, 如加拿大LYNX Geosy stems公司的LYNX 软件. 但由于它们一般都是针对自己的领域开发的, 没有从理论上加以系统完整的研究,没有面向通用平台进行设计, 因此具有较强的局限性. 这是由当时的应用要求、数据获取手段及相关的计算机技术发展条件决定的.
随着二维 GIS 数据模型与数据结构理论和技术的成熟, 图形学理论、数据库理论技术及其他相关计算机技术的进一步发展, 和应用需求的强烈推动,三维GIS 的大力研究和加速发展现已成为可能.
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