三維GIS技術(shù)是什么?

地理信息系統(tǒng)-GIS

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隨著GIS應(yīng)用的深入,人們?cè)絹?lái)越多地要求從真三維空間來(lái)處理問(wèn)題。在應(yīng)用要求較為強(qiáng)烈的部門如采礦、地質(zhì)、石油等領(lǐng)域已率先發(fā)展專用的具有部分功能的三維GIS,如加拿大LYNX Geosystems公司的LYNX軟件,但由于它們一般是針對(duì)自己的領(lǐng)域開發(fā)的,沒(méi)有從理論上加以系統(tǒng)完整的研究,沒(méi)有面向通用平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì),因此具有較強(qiáng)的局限性。這是由當(dāng)時(shí)的應(yīng)用要求、數(shù)據(jù)獲取手段及相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展條件決定的。

由于二維GIS數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的成熟,圖形學(xué)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)理論技術(shù)及其它相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,加上應(yīng)用需求的強(qiáng)烈推動(dòng),三維GIS的大力研究和加速發(fā)展現(xiàn)已成為可能。

當(dāng)前研究和開發(fā)三維GIS的思路可歸納為兩種:

● 由于三維GIS首先要將地理數(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(kuò)展,這一點(diǎn)同早期的二維GIS來(lái)源于計(jì)算機(jī)制圖管理一樣,是從可視化角度出發(fā)的。

● 另一方面,GIS需要存儲(chǔ)和管理大量的空間信息和屬性信息,因此另一部分人從數(shù)據(jù)庫(kù)的角度出發(fā)向三維GIS發(fā)展,從商用數(shù)據(jù)庫(kù)向非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展,將三維空間信息的管理融入RDBMS中,或是從底層開發(fā)全新的面向空間的OODBMS, 如GODO,GeoO2,GEO++,SmallWorld GIS。一個(gè)新的發(fā)展方向是將三維可視化與三維空間對(duì)象管理藕合起來(lái),形成集成系統(tǒng)。

（2）三維GIS相關(guān)軟件發(fā)展概況

但是迄今為止,目前國(guó)際國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)成熟完整的三維GIS系統(tǒng),與三維GIS相關(guān)的系統(tǒng)大多集中在三維可視化方面,如EVS,Vis5D,Voxel,醫(yī)學(xué)可視化及各種CAD軟件等,也有一些三維系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)三維GIS的功能,比較有名的軟件有:LYNX, IVM（Interactive Volume Modeling）, GOCAD,I/EMS,SGM等。

迄今為止,目前國(guó)際國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)成熟完整的三維GIS系統(tǒng),與三維GIS相關(guān)的系統(tǒng)大多集中在三維可視化方面,如EVS,Vis5D,Voxel,醫(yī)學(xué)可視化及各種CAD軟件等,也有一些三維系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)三維GIS的功能,比較有名的軟件有:LYNX, IVM（Interactive Volume Modeling）, GOCAD, I/EMS,SGM等。

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(dāng)前的迫切需求，原有的單要素的資源管理方式滿足不了當(dāng)前的管理需求，需要技術(shù)上實(shí)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(yīng)用，人們?cè)絹?lái)越多地要求在三維的場(chǎng)景下還原現(xiàn)實(shí)。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(kuò)展，這一點(diǎn)同早期的二維GIS來(lái)源于計(jì)算機(jī)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(dāng)前的迫切需求，原有的單要素的資源管理方式滿足不了當(dāng)前的管理需求，需要技術(shù)上實(shí)現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)變。

1. 機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變帶來(lái)的管理提升

2018年自然資源部部長(zhǎng)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(guó)土空間用途管控等問(wèn)題。城市空間作為國(guó)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(shí)踐的不斷涌現(xiàn)，既是城市空間形態(tài)的自然演進(jìn)，又是城市發(fā)展過(guò)程中解決交通擁堵、環(huán)境惡化、資源匱乏等系列問(wèn)題的路徑探索。從發(fā)展的角度來(lái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、空間展示、空間分析、業(yè)務(wù)應(yīng)用、輔助決策等功能于一體的三維管理平臺(tái)。

2. 三維技術(shù)突破帶來(lái)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(shí)，三維應(yīng)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(diǎn)也實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新：利用BIM、三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)從物體表面與形狀的表達(dá)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表達(dá)；新型三維數(shù)據(jù)（傾斜攝影、BIM、激光點(diǎn)云）與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)（影像、矢量、地形數(shù)據(jù)、精細(xì)模型、地下管線）融合，實(shí)現(xiàn)提高了三維場(chǎng)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(yīng)用提供了可行性，同時(shí)在跨平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)據(jù)共享降低三維Web應(yīng)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(gè)體及整體的特性，而自然資源中的個(gè)體又極為復(fù)雜，這給三維技術(shù)的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。眾所周知，每一種三維技術(shù)都各有特長(zhǎng)，怎么樣“集百家之長(zhǎng)，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(yīng)用提供了無(wú)限可能。在自然資源應(yīng)用層面，利用不同三維技術(shù)的特性，能更好地還原現(xiàn)實(shí)。比如傾斜攝影動(dòng)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(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)分析、空間查詢等功能；利用點(diǎn)云的精度、精細(xì)模型的美觀、樓盤表的內(nèi)部信息，還原真實(shí)不動(dòng)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(xiàng)指標(biāo)，更需要模擬自然資源的真實(shí)分布情況，從實(shí)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(hù)、修復(fù)自然資源。

1. 自然資源管理

摸清家底是實(shí)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(shì)，才能決策未來(lái)的目標(biāo)與方向。通過(guò)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(dòng)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(méi)有了高度，山會(huì)變成平原；沒(méi)有了樹木，山也不會(huì)是金山銀山；沒(méi)有地下空間，也不會(huì)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(guò)自然資源三維的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)從地面到地下，從整體到個(gè)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(yùn)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(duì)于隧道挖掘占用的自然資源面積該怎么樣計(jì)算呢？由于隧道和自然資源在二維的投影上是相交的，實(shí)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(shí)現(xiàn)二三維的對(duì)比分析，為自然資源的占用情況提供準(zhǔn)確分析結(jié)果。

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

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(lái)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(chǎng)、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(jiǎn)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(guò)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(jiǎn)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