三維可視化技術(shù)與GIS工程
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一、前言目前，科學(xué)可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)蓬勃發(fā)展，并
成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的三大熱門研究方向，它們的核心都是三維真實(shí)感圖
形[1],也就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像
圖形學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它是依靠視覺效果將數(shù)據(jù)所要表達(dá)的信息直觀顯示出來的一種最好的方法。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)對(duì)實(shí)物的空間立體感表達(dá)就比
較抽象，將三維可視化技術(shù)引入GIS領(lǐng)域中可以動(dòng)態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地、如實(shí)逼真地描繪地球科學(xué)中的客觀現(xiàn)象。如通常所見的地
形三維可視化、虛擬戰(zhàn)場、數(shù)字社區(qū)和虛擬城市等。本文結(jié)合在GIS中的應(yīng)
用介紹三維可視化開發(fā)的基本方法。
二、三維可視化GIS關(guān)鍵技術(shù)三維可視化技術(shù)可以簡單的分解為三種技術(shù)的結(jié)合：可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、體視化技術(shù)、三維技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
1、可視化技術(shù)
可視化，也稱為科學(xué)計(jì)算可視化(VisualizationinScientific
Computer),它是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形和圖像處理技術(shù)，把科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學(xué)家理解的信息，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。
GIS可視化技術(shù)是目前信息領(lǐng)
域中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)，它通過強(qiáng)大的、有效的地圖系統(tǒng)將復(fù)雜的空間
和屬性數(shù)抓以地理的形式進(jìn)行描述，具有界面風(fēng)格人性化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了文本、
圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式信息表達(dá)形象化、自觀化操作簡單便利等特點(diǎn)［2］。
2、虛擬現(xiàn)實(shí)
虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)技術(shù)是一個(gè)由圖像技術(shù)、傳感
器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人機(jī)對(duì)話技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以計(jì)算
機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高性能、高度集成的計(jì)算機(jī)硬、軟件及各類先進(jìn)的傳感
器，去創(chuàng)造一個(gè)使參與者處于一個(gè)三維視覺、聽覺和觸覺的環(huán)境，具有完善
的交互作用能力、能幫助和啟發(fā)進(jìn)入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的
地理信息系統(tǒng)（GIS ，geographic information system）是隨著地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一個(gè)學(xué)科。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）的出現(xiàn)使人們可以用計(jì)算機(jī)處理象圖形這樣的數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)的標(biāo)志之一就是圖形元素有明確的位置坐標(biāo)，不同圖形之間有各種各樣的拓?fù)潢P(guān)系。簡單地說，拓?fù)潢P(guān)系指圖形元素之間的空間位置和連接關(guān)系。簡單的圖形元素如點(diǎn)、線、多邊形等；點(diǎn)有坐標(biāo)（x, y）；線可以看成由無數(shù)點(diǎn)組成，線的位置就可以表示為一系列坐標(biāo)對(duì)（x1, y1），（x2, y2），……（xn, yn）；平面上的多邊形可以認(rèn)為是由閉合曲線形成范圍。圖形元素之間有多種多樣的相互關(guān)系，如一個(gè)點(diǎn)在一條線上或在一個(gè)多邊形內(nèi)，一條線穿過一個(gè)多邊形等等。在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)地理信息系統(tǒng)要管理非常多、非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可能有幾萬個(gè)多邊形，幾萬條線，上萬個(gè)點(diǎn)，還要計(jì)算和管理它們之間的各種復(fù)雜的空間關(guān)系……。
地理信息系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)管理人員組織而成的對(duì)任一形式的地理信息進(jìn)行高效獲取、存儲(chǔ)、更新、操作、分析及顯示的集成。
GIS
物質(zhì)世界中的任何地物都被牢牢地打上了時(shí)空的烙印。人們的生產(chǎn)和生活中80%以上的信息和地理空間位置有關(guān)。地理信息系統(tǒng)(Geographic
Information
System,
簡稱GIS)作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科，近年來得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。
GIS至今尚沒有國際統(tǒng)一的定義，不同學(xué)科和不同領(lǐng)域?qū)IS的理解不盡相同，美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會(huì)(FICCDS)對(duì)GIS的定義是:GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)*該系統(tǒng)具有支持空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復(fù)雜的規(guī)劃管理問題。
從技術(shù)和應(yīng)用的角度，GIS是解決空間問題的工具、方法和技術(shù);從學(xué)科的角度，GIS是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科，具有獨(dú)立的學(xué)科體系;
從功能上，GIS具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、現(xiàn)示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能;從系統(tǒng)學(xué)的角度，GIS具有一定結(jié)構(gòu)和功能，是一個(gè)完整的系統(tǒng)。
地理信息系統(tǒng)
(GIS,
Geographic
Information
System)
是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對(duì)在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。
GIS
技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作(例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等)集成在一起。這種能力使
GIS與其他信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在廣泛的公眾和個(gè)人企事業(yè)單位中解釋事件、預(yù)測結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實(shí)用價(jià)值。
我們當(dāng)今面臨世界的最主要的挑戰(zhàn)是--人口過多，環(huán)境污染，森林破壞，自然疾病等，這些都與地理因素有關(guān)。
不論是從事一種新的職業(yè)，還是尋找生長香蕉的最合適的土壤，或是為救護(hù)車計(jì)算最佳的行車路線，這些本地問題也都有地理因素。
地圖制作和地理分析已不是新鮮事，但GIS執(zhí)行這些任務(wù)比傳統(tǒng)的手工方法更好更快。而且，在GIS技術(shù)出現(xiàn)之前，只有很少的人具有利用地理信息來幫助做出決定和解決問題的能力。
今天，GIS
已是一個(gè)全球擁有數(shù)十萬的人員和數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。GIS已在全世界的中學(xué)、學(xué)院、大學(xué)里被講授。在每個(gè)領(lǐng)域里的專家不斷地意識(shí)到按地理的觀點(diǎn)來思考和工作所帶來的優(yōu)越性。
在電力工業(yè)中，GIS是指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設(shè)備”(Gas
Insulated
Switchgear)簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體。
GIS全稱氣體絕緣組合電器設(shè)備(Gas
Insulated
Switchgear)
GIS是氣體絕緣封閉式組合電器，主要把母線、斷路器、CT、PT、隔離開關(guān)、避雷器都組合在一起。就是我們經(jīng)?？梢钥吹降拈_關(guān)站，也叫高壓配電裝置。
高壓配電裝置的型式有三種:第一種是空氣絕緣的常規(guī)配電裝置，簡稱AIS。其母線裸露直接與空氣接觸，斷路器可用瓷柱式或罐式。葛洲壩電廠采用的即是這種型式。
第二種是混合式配電裝置，簡稱H-GIS。母線采用開敞式，其它均為六氟化硫氣體絕緣開關(guān)裝置。
第三種是六氟化硫氣體絕緣全封閉配電裝置。其英文全稱GAS-INSTULATED
SWITCHGEAR，簡稱GIS。
GIS的優(yōu)點(diǎn)在于占地面積小，可靠性高，安全性強(qiáng)，維護(hù)工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年.
是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下，提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS，是一個(gè)集GIS、GPS、移動(dòng)通信(GSM/GPRS/CD2MA)三大技術(shù)于一體的系統(tǒng)。它通過GIS完成空間 數(shù)據(jù)管理和分析，GPS進(jìn)行定位和跟蹤，利用PDA完成數(shù)據(jù)獲取功能，借助移動(dòng)通信技術(shù)完成圖形、文字、聲音等數(shù)據(jù)的傳輸。
應(yīng)用包括管線巡檢、城管巡查、移動(dòng)執(zhí)法、林業(yè)普查、水利普查、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、農(nóng)業(yè)測土配方、國土監(jiān)察、實(shí)時(shí)交通、路政巡查、 移動(dòng)氣象、地震速報(bào)、煙草物流、軍事指揮、移動(dòng)測繪、無線電監(jiān)測、移動(dòng)環(huán)保、LBS服務(wù)等。
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