gis三維可視化技術(shù)所使用的主要原理有

三維可視化技術(shù)與GIS工程

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一、前言目前，科學可視化、計算機動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)蓬勃發(fā)展，并

成為計算機圖形學領(lǐng)域的三大熱門研究方向，它們的核心都是三維真實感圖

形[1],也就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是目前計算機技術(shù)和圖像

圖形學發(fā)展的熱點之一，它是依靠視覺效果將數(shù)據(jù)所要表達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)對實物的空間立體感表達就比

較抽象，將三維可視化技術(shù)引入GIS領(lǐng)域中可以動態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地、如實逼真地描繪地球科學中的客觀現(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

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、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，也稱為科學計算可視化(VisualizationinScientific

Computer),它是指運用計算機圖形和圖像處理技術(shù)，把科學數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學家理解的信息，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。

GIS可視化技術(shù)是目前信息領(lǐng)

域中廣泛應用的一項技術(shù)，它通過強大的、有效的地圖系統(tǒng)將復雜的空間

和屬性數(shù)抓以地理的形式進行描述，具有界面風格人性化設(shè)計，實現(xiàn)了文本、

圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式信息表達形象化、自觀化操作簡單便利等特點［2］。

2、虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality)技術(shù)是一個由圖像技術(shù)、傳感

器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人機對話技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以計算

機技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高性能、高度集成的計算機硬、軟件及各類先進的傳感

器，去創(chuàng)造一個使參與者處于一個三維視覺、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)進入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的

什么是三維GIS？有什么作用？

地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System或 Geo－Information system）有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

三維是將采集以及經(jīng)運算分析后對數(shù)據(jù)的表現(xiàn)、展示。三維數(shù)據(jù)相對二維數(shù)據(jù)更能表現(xiàn)出客觀實際。

三維GIS與二維GIS一樣，需要具備最基本的空間數(shù)據(jù)處理功能，如數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表現(xiàn)等。相比于二維GIS，三維GIS具有以下優(yōu)勢。

空間信息的展示更為直觀。從人們懂得通過空間信息來認識和改造世界開始，空間信息主要是以圖形化的形式存在的。然而，用二維的圖形界面展示空間信息是非常抽象的，只有專業(yè)的人士才懂得使用。相比二維GIS，三維GIS為空間信息的展示提供了更豐富、逼真的平臺，使人們將抽象難懂的空間信息可視化和直觀化，人們結(jié)合自己相關(guān)的經(jīng)驗就可以理解，從而做出準確而快速的判斷。毫無疑問，三維GIS在可視化方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。雖然三維GIS的動態(tài)交互可視化功能對計算機圖形技術(shù)和計算機硬件也提出了特殊的要求，但是一些先進的圖形卡、工作站以及帶觸摸功能的投影設(shè)備的陸續(xù)問世，不僅完全可以滿足三維GIS對可視化的要求，還可以帶來意想不到的展示和體驗效果。

多維度空間分析功能更加強大?？臻g信息的分析過程，往往是復雜、動態(tài)和抽象的，在數(shù)量繁多、關(guān)系復雜的空間信息面前，二維GIS的空間分析功能常具有一定的局限性，如淹沒分析、地質(zhì)分析、日照分析、空間擴散分析、通視性分析等高級空間分析功能，二維GIS是無法實現(xiàn)的。由于三維數(shù)據(jù)本身可以降維到二維，因此三維GIS自然也能包容二維GIS的空間分析功能。三維GIS強大的多維度空間分析功能，不僅是GIS空間分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分體現(xiàn)了GIS的特點和優(yōu)越性。

三維GIS技術(shù)是什么?

隨著三維GIS技術(shù)的應用愈加普及，在智慧城市經(jīng)濟發(fā)展，市場監(jiān)管，社會治理，公共服務(wù)，環(huán)境保護等行業(yè)領(lǐng)域利用三維可視化技術(shù)GIS+BIM模型優(yōu)越的可視化3D空間展現(xiàn)能力，以三維模型為載體，將各種零碎、分散、割裂的信息數(shù)據(jù)，以及建筑運維階段所需的各種機電設(shè)備、物業(yè)管理、安全管理參數(shù)進行一體化整合的同時，進一步引入建筑的日常設(shè)備運維管理功能，形成基于BIM的建筑空間與設(shè)備運維、安全監(jiān)控、品質(zhì)管理的能力。

廣州千越飛鴻科技有限公司 結(jié)合實際運維管理的需求，基于GIS+BIM大數(shù)據(jù)的智能化建筑運維管理系統(tǒng)應運而生。智能化建筑管理平臺借助于3DGIS、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，將智能化、機電、安全、品質(zhì)、資產(chǎn)、物業(yè)管理、節(jié)能管理、對外展示等多角度的系統(tǒng)與建筑三維模型及管理需求進行一體化整合。最終建設(shè)目標通過對各系統(tǒng)的集成統(tǒng)一，建立建筑主題數(shù)據(jù)庫，為智慧園區(qū)提供可靠的設(shè)備運維分析、安全管理監(jiān)控、品質(zhì)運管理、資產(chǎn)信息化管理、物業(yè)管理服務(wù)、節(jié)能管理、信息化決策等一系列專業(yè)性服務(wù)。

自然資源管理，三維GIS做什么？

由于自然資源部的組建，“山、水、林、田、湖、草”作為生命共同體綜合管理是當前的迫切需求，原有的單要素的資源管理方式滿足不了當前的管理需求，需要技術(shù)上實現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)變。

自然資源管理中技術(shù)與業(yè)務(wù)的雙轉(zhuǎn)變

隨著GIS的深入應用，人們越來越多地要求在三維的場景下還原現(xiàn)實。在技術(shù)方面，三維GIS先要將地理數(shù)據(jù)變?yōu)榭梢姷牡乩硇畔?，因此人們一方面從三維可視化領(lǐng)域向三維GIS系統(tǒng)擴展，這一點同早期的二維GIS來源于計算機制圖管理一樣，是從可視化角度出發(fā)的。在需求方面，由于自然資源部的組建，“山、水、林、田、湖、草”作為生命共同體綜合管理是當前的迫切需求，原有的單要素的資源管理方式滿足不了當前的管理需求，需要技術(shù)上實現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)變。

1. 機構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來的管理提升

2018年自然資源部部長陸昊在海南調(diào)研期間提出，自然資源相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)要由二維系統(tǒng)變成三維系統(tǒng)，解決自然資源調(diào)查、確權(quán)和國土空間用途管控等問題。城市空間作為國土空間的重要組成部分，城市發(fā)展逐漸從平面轉(zhuǎn)向了空間，三維思維的城市發(fā)展理念及實踐的不斷涌現(xiàn)，既是城市空間形態(tài)的自然演進，又是城市發(fā)展過程中解決交通擁堵、環(huán)境惡化、資源匱乏等系列問題的路徑探索。從發(fā)展的角度來看，三維技術(shù)將是承載自然資源管理的重要技術(shù)，需要建立實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、空間展示、空間分析、業(yè)務(wù)應用、輔助決策等功能于一體的三維管理平臺。

2. 三維技術(shù)突破帶來全新功能

隨著三維空間信息獲取技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模、高精度、低成本數(shù)據(jù)的獲取成為現(xiàn)實，三維應用建設(shè)成本大幅降低。除了成本之外，三維技術(shù)在以下幾點也實現(xiàn)了創(chuàng)新：利用BIM、三維實體數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)從物體表面與形狀的表達到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表達；新型三維數(shù)據(jù)（傾斜攝影、BIM、激光點云）與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)（影像、矢量、地形數(shù)據(jù)、精細模型、地下管線）融合，實現(xiàn)提高了三維場景的建模成本和精度；基于WebGL技術(shù)的Web三維，為構(gòu)建B/S架構(gòu)的三維GIS應用提供了可行性，同時在跨平臺GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了Web端的三維空間分析能力；三維GIS標準化與數(shù)據(jù)共享降低三維Web應用的建設(shè)難度和建設(shè)成本。

3. 技術(shù)與業(yè)務(wù)融合日趨深入

在自然資源的管理中需要體現(xiàn)個體及整體的特性，而自然資源中的個體又極為復雜，這給三維技術(shù)的應用提出了挑戰(zhàn)。眾所周知，每一種三維技術(shù)都各有特長，怎么樣“集百家之長，成自然資源解決之道”呢？三維技術(shù)的融合，為三維技術(shù)在自然資源管理中的應用提供了無限可能。在自然資源應用層面，利用不同三維技術(shù)的特性，能更好地還原現(xiàn)實。比如傾斜攝影動態(tài)單體化技術(shù)，借用矢量面數(shù)據(jù)模型，不僅可以做到單體化選擇、查詢，還可以實現(xiàn)緩沖區(qū)分析、空間查詢等功能；利用點云的精度、精細模型的美觀、樓盤表的內(nèi)部信息，還原真實不動產(chǎn)客體信息。

三維GIS技術(shù)助力生命共同體升維

自然資源在空間分布上位置不一、形態(tài)各異，自然資源的管理的不僅是各項指標，更需要模擬自然資源的真實分布情況，從實際出發(fā)、從需求出發(fā)，還原自然資源的利用情況、管制情況，更好地去規(guī)劃、保護、修復自然資源。

1. 自然資源管理

摸清家底是實現(xiàn)自然資源資產(chǎn)化管理的重要一步，只有把握現(xiàn)在的數(shù)據(jù)與趨勢，才能決策未來的目標與方向。通過系統(tǒng)門戶能看到資源的概括情況，包括各類自然資源的數(shù)量情況、自然資源類別的分布情況、自然資源與不動產(chǎn)的關(guān)聯(lián)情自然資源與空間管制的情況。

4. 三維礦體管理

自然資源是生態(tài)環(huán)境的命脈，可以用三維的方式為自然資源“把脈”。沒有了高度，山會變成平原；沒有了樹木，山也不會是金山銀山；沒有地下空間，也不會看到金礦銀礦。自然資源在空間分布上不僅僅是有廣度，還具備一定的深度。通過自然資源三維的建設(shè)，實現(xiàn)從地面到地下，從整體到個體，直觀的展示一層一層的自然資源在空間上的分布情況。

8. 隧道挖掘分析

交通是連接城市的重要紐帶，也是為城市發(fā)展運送人流、物流的重要通道。一條山路，貫通的是山，縮短的是城市之間的距離。但對于隧道挖掘占用的自然資源面積該怎么樣計算呢？由于隧道和自然資源在二維的投影上是相交的，實際上占用的面積并非等于相交的面積。以三維的方式，建立穿山隧道模型，實現(xiàn)二三維的對比分析，為自然資源的占用情況提供準確分析結(jié)果。