（地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)論文）位置服務(wù)中移動(dòng)三維地圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以往較為昂貴的智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備逐漸被普通 大眾所接受，普及程度也越來越高，隨之而來的就是運(yùn)行于此類移動(dòng)平臺(tái)上的應(yīng) 用也越來越多。移動(dòng)g i s 的發(fā)展以及g i s 知識(shí)在社會(huì)上的普及程度也隨著這一趨 勢(shì)而愈發(fā)加快，位置服務(wù)就是其中較為典型的例子。在位置服務(wù)應(yīng)用中，為了提 高人們對(duì)于周圍環(huán)境的理解能力和識(shí)別效率，逐步引入了移動(dòng)三維地圖，以此來 彌補(bǔ)傳統(tǒng)二維平面地圖的缺陷，例如直觀性差、專業(yè)性強(qiáng)等，為使用者提供簡單、 直觀的觀察體驗(yàn)。 本文就與移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的一些問題進(jìn)行研究和探討， 并在總結(jié)移動(dòng)三維地圖領(lǐng)域國內(nèi)外當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析移動(dòng)三維地圖發(fā) 展過程中所存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)，提出移動(dòng)三維地圖服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)及解決方 案。其研究目的一是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一套移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原型，構(gòu)建位置服務(wù)中 更為直觀易懂的信息表現(xiàn)方式，為使用者提供更高質(zhì)量的服務(wù)；二是以該研究為 基礎(chǔ)，力求拓寬移動(dòng)g i s 的應(yīng)用范圍，拓展移動(dòng)g i s 的應(yīng)用深度。 研究過程中，為了實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本文采用了文獻(xiàn)資料法、比較借鑒法、 綜合分析法、試驗(yàn)法等研究方法，主要討論了以下四個(gè)方面的內(nèi)容： ( 1 ) 初步設(shè)計(jì)了一個(gè)移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)框架，對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵部分做了 較為詳細(xì)的闡述，包括系統(tǒng)的客戶端、服務(wù)器端以及數(shù)據(jù)庫端等。并以此為基礎(chǔ)， 對(duì)系統(tǒng)所具備的功能以及有別于移動(dòng)二維地圖的關(guān)鍵特色進(jìn)行了描述； ( 2 ) 對(duì)應(yīng)用于移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)的三維模型建立問題做了討論，指出了不同 于桌面計(jì)算機(jī)平臺(tái)的，特定于移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)的建模方法、原則等，并將這些方法 和原則應(yīng)用于三維建模過程的研究實(shí)踐中； ( 3 ) 在移動(dòng)三維地圖實(shí)現(xiàn)過程中，本文對(duì)其中的三維模型可見性選擇和細(xì)節(jié) i 層次處理等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了較為深入的研究，介紹了這兩個(gè)問題的技術(shù)背景、 實(shí)際的處理過程和處理結(jié)果，并使用實(shí)際的三維模型對(duì)所討論的處理方法進(jìn)行了 測(cè)試和模擬； ( 4 ) 以開封市金明廣場(chǎng)周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境為對(duì)象進(jìn)行建模，以此模型和本文中 所討論的技術(shù)方法為基礎(chǔ)，初步實(shí)現(xiàn)了一套簡單的運(yùn)行于智能移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)上的 移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)原型。 通過對(duì)以上研究內(nèi)容的探討，以及最終對(duì)移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)原型所做的實(shí)驗(yàn)， 本研究認(rèn)為應(yīng)用于位置服務(wù)領(lǐng)域中的移動(dòng)三維地圖應(yīng)用在技術(shù)上是可行的。雖然 移動(dòng)設(shè)備的硬件條件有限，但通過采用特定于移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)方法，可 以有效降低系統(tǒng)對(duì)硬件條件的依賴，初步實(shí)現(xiàn)三維地圖在移動(dòng)平臺(tái)上的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：三維地圖；移動(dòng)設(shè)備；位置服務(wù)；移動(dòng)g i s i i a b s t r a c t w i t ht h er 印i dd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y ，t h es m a r tm o b i l ed e v i c e sw h i c h w e r ee x p e n s i v ea r eg r a d u a l l ya c c e p t e db yt h ep u b l i c ，a n du n i v e r s a ld e g r e ei sg e t t i n g h i 曲e r n e 印p l i c a t i o n sm n 0 nt h e s ek i n d so fm o b i l ep l a t f o 砷sa r ea l s ob e c o m i n gm o r e a l l dm o r et h a nb e f ；w e t h ed e v e l o p m e n to f m o b i l eg i sa 1 1 dt h ep o p u l a r 姆d e 鱸e eo f g l s k n o w l e d g ei no u rs o c i e 夠i sf a s t e rt h a ne v e r l b si so n et y p i c a le x a m p l ei nt h i ss i t u a t i o n ， i i lt h e a p p l i c a t i o n so fl b s ，i no r d e rt o r a i s e p e o p l e sc o m p r e h e n s i o na b i l i t y a i l d r e c o g n i t i o ne f f l c i e n c yt o w a r d st h es u r r o u n d i n g s ，m o b i l e3dm a pi si n 仃o d u c e dt om a k e u pf o rt h ed e f e c t so f t r a d i t i o n a l2 dm a p ，s u c ha l sp o o ri n t u i t i o no r h i 曲p r o f e s s i o n a l ，a n d u s e dt op r o v i d es i m p l ea n di n t u i t i o n i s t i cv i e w i n ge x p e r i e n c ef o ru s e r s t h ep 印e rw i l lr e s e a r c hs o m ei s s u e sr e l a t e dt om ed e s i g na 1 1 di m p l e m e n t a t i o no f m o b i l e3 dm a ps y s t e m b a s e do nt h es t u d yo fc u r r e n td e v e l o p m e n ts i t l l a t i o na b o u t m o b i l e3 dm a pa th o m ea n da b r o a d ，w ea n a l y z et h ep r o b l e m sa n dd e v e l 叩m e n t 仃e n d s o fm o b i l e3dm a p ，p r e s e n tk e yt e c h n o l o g i e sa n ds o l u t i o n so fi t o n eo ft h er e s e a r c h p u i p o s e si st od e s i g na n di m p l e m e n tas y s t e mp r o t o 咖eo fm o b i l e3dm 印，c o n s t 九l c ta m o r ei n t u i t i v ew a yo fi n f o m a t i o ne x p r e s s i o ni nl b s ，p r o v i d eh i 曲e rq u a l i t ) ，s e r v i c e s f o ru s e r s a n dt h eo t h e rp u r p o s e0 ft h er e s e a r c hi st ow i d e na n de x p a n da p p l i c a t i o n e x t e n s i o na n dd e p t ho fm o b i l eg i s d u r i n gt h ep r o c e s so fr e s e a r c h ，i no r d e rt oa c h i e v et h ep u 叩o s em e n t i o n e da b o v e ， t h ep a p e ra d o p t st h em e t h o d so fc o m p a r i s o n ，r e f e r e n c e s ，i n t e 黟a t e da n a l y s i s ，e x p e r i m e n t ， e t c a n dm a i n l yd i s c u s s e sf l o u ra s p e c t so fc o n t e n t ： ( 1 ) d e s i g n i n gas y s t e mf r a m e w o r ko f m o b i l e3 dm a pp r e l i m i n a r i i md e s c r i b es o m e k e yp a r t so ft h es y s t e mi nd e t a i l ，i n c l u d i n gc l i e n t ，s e r 、，e ra n dd a t a b a s e ，e t c d e p i c tt h e i i i m n c t i o n st h a ts y s t e ms h o u l dh a v ea n ds o m ek e yf e a t l l r e sw h i c ha r ed i 毹r e n t 仔o m m 曲i l e2 dm a p ； 0 ) d i s 鋤s s i 裙也ei s s u e sa b o u tm o d e l i n ga p p l i e dt om 曲i l e3 dm a p ，p o i n t o u tt h a t m o d e l i n gm e t h o d sa n dp r i n c i p l e s w h i c ha r e s p e c i f i c a l l y u s e do nm o b i l ed e v i c e p l a t f b 硼s a n dt h e s em e t h o d sa n dp r i n c i p l e sa r eu s e di nt h ep r a c t i c eo fr e a ll n o d e l i n g p e e s s ； ( 3 ) i nm ep r o c e s so fi m p l e m e n t i n gm o b i l e3 dm a p ，t h ep a p e rs t u d i e si n t e n s i v e l y a b o u ts o m ek e yt e c h n o i o g i e s ，i n c l u d i n gv i s i b i n t yc a l c u la _ t i o na l n dl e v e lo fd e t a i l so f 黼o d e l s 髓e絕c h n o l o g yb a e k 9 1 o 毽魏杰 磚a lp c e s s i n g即e e 懿糟黻d 托s 毽骶 囂e 文s e u s s e d 。a n d 如f t l l e 雕o r e ，w et e s la n ds i m u l a 毫e 餓ep r o c e s s i n gm e m o d sb yu s 誠gm e r e a lm o d e l s ； ( 4 ) w ec o n s t m c tm o d e l so fs u r r o u n d 訊g so f 豁瞻m i n gs q u a 鵝洫k a i f e n gc i 劬a n d p 糟l i m i 簸繾i l yi 掰p l e 辮e 蕤tas 汰l p l e 搬o b i l e3 dm a ps y s t 凇o 毒跌彈e 風(fēng)玨so 魏s m 穰 m o b i l ed e v i c ep l a t l o n nb a s e do nt 1 1 e s em o d e l sa n dt e c h n o l o g i e sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h er e s e a r c h ，d i s c u s s i o na n dm ee x p e r i m e n tt h a ta r ed o n et om o b i l e3 d m a ps y s t e mp 烈o b 節(jié)ef l 髓l 墩啦ee o 麓e l 疆s i 濰i s 鏹em 曲i l e3 d 攆雄a p p l i c 酞i 黼sa 沌 姆e h n i e a l l vf e a s i b l e 洫如ed o m a i no fl b s 。t h eh a r d w a r ec o n d i t i o n so fm o b i l ed e v i c e s a r eh i 曲l yl i m i t e d ，b u tw es t i l lc a nr e d u c et h ed e p e n d e n c e1 e v e lo ft h es y s t e mt o w a r d s h a r d w a r ec o n d i t i o n se f 艷c t i v e l yb ya d o p t i n gd a t ap 1 o c e s s i n gt e c h n o l o g i e sw h i c ba 1 e s p e e i f l e 毳l l yd e s i 驢e d 奴臻o b i e 一鑫芏觸疆s a 磚落強(qiáng)as i 瓣p l e3 d 越鑫p 嘲l(fā) i e 戤i 姐豫n s o ns m a nm o b i l ed e v i c e si si m p l e m e n t e d 。 k e y w o r d s ：3 dm a p ；m o b i l ed e v i c e ；l b s ；m o b i l eg i s i v 關(guān)于學(xué)位論文獨(dú)立完成和內(nèi)容創(chuàng)新的聲明 本人向河南大學(xué)提出碩士學(xué)位申請(qǐng)。本人鄭重聲明：所呈交酌學(xué)位論文是 本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，對(duì)所研究的課題有新竹見解。據(jù)我所知，除 文中特別加以說明、標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰 寫過酌研究成果，也不包括其他人為獲得任何教育、科研機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而 使用過的材料。與我一同工作的周事對(duì)本研究所做酌任何貢獻(xiàn)均已在論文中作 了明確的說明并表示了謝意。+ 譬7 i ?！?。、 學(xué)位串爻! ：愛學(xué)位薹萎簇，幺? f ：蘭蘭! 互蘊(yùn)旦逝學(xué)位申請(qǐng)舉，發(fā)學(xué)位論盤樣者餐名：二坐望1 4 型盔 。銹一跏。? ”。i ? 荔弛荔菇，暴? 警鐫摻。鼠= t 、j ：魄 菇：。嘞? l ，緲。鼙：糍j ：滋。細(xì)荔卑。影汨，目 爹毳瑟羔貔奠- j ：i 綴攀： 攀。，關(guān)于學(xué)位論文著作權(quán)使用授權(quán)書+ ，籮 慧：m 弦舔、諺算咎j ，蔫褰一i 李鏹? 巧緲。 。 本人經(jīng)河南大學(xué)審核批準(zhǔn)援予碩士譬住。作為學(xué)位論文的作者，本人完全 了解并同意河南，袈學(xué)有關(guān)保留、被傭?qū)W倥論文韻要求，即河南大學(xué)有權(quán)向國家 圖書館、科研信息機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)收集機(jī)構(gòu)乖本校圖書館等提供學(xué)位論文( 紙質(zhì)文 本乖電子文本) 以供公眾檢索、查閱本人授權(quán)河贏犬學(xué)出于宣揚(yáng)、展覽學(xué)校 學(xué)術(shù)發(fā)展和進(jìn)行學(xué)術(shù)交流等冒釣彬可璐：采取影印、縮印、掃描和拷貝等復(fù)制手 段保存、匯編學(xué)位論文( 紙質(zhì)文本和電子文本) 。 ( 涉及保密內(nèi)容的學(xué)位論文在解窯后 學(xué)位獲得者( 學(xué)住論文作者) 2 0年 月 曰 學(xué)位論文指導(dǎo)教師釜名： 2 0年 月 日 第一章緒論 1 。1 研究背景和研究問題 1 1 1 研究背景 位置服務(wù)( l o c a t i o n b a s e ds e r v i c e s ，l b s ) 是利用移動(dòng)設(shè)備的位置以及其他相 關(guān)信息來為終端使用者提供附加價(jià)值的服務(wù)【l 】。它是一種移動(dòng)信息服務(wù)，采用定位 技術(shù)確定移動(dòng)設(shè)備使用者當(dāng)前的地理位置，并利用地理信息分析技術(shù)和無線移動(dòng) 通信技術(shù)向使用者提供與該地理位置相關(guān)的增值信息【舶。作為地理信息系統(tǒng) ( g e o 黟a p h yl i l f o 肌a t i o ns y s t e m ，g i s ) 領(lǐng)域的重要組成部分，l b s 是移動(dòng)計(jì)算環(huán)境 下的g l s ( m o b i i eg i s ) ，是一種特殊類型的g i s 【3 1 ，同時(shí)也是與普通大眾r 常生活 結(jié)合最為緊密的g i s 領(lǐng)域。隨著技術(shù)和應(yīng)用的快速發(fā)展，l b s 將成為大眾所依賴 的一種基本服務(wù)，并成為國家空間信息設(shè)施( n a t i o n a ls p a t i a li n f o m a t i o n i n 劬s t m c t u r e ，n s i i ) 、全球空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施( g l o b a ls p a t i a ld a t ai n 仔a s t m c t i l r e ， g s d i ) 和數(shù)字地球( d 嘻t a le a n h ，d e ) 等系統(tǒng)的基本表現(xiàn)之一。 l b s 是一項(xiàng)集成系統(tǒng)，是g i s 、空間定位、移動(dòng)通信、無線互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的 綜合體【4 】。這種綜合性有其優(yōu)越性，但也導(dǎo)致了l b s 的發(fā)展同時(shí)受制于這些因素。 當(dāng)前l(fā) b s 發(fā)展所面臨的主要問題在于移動(dòng)設(shè)備的硬件性能較低、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的傳 輸帶寬較小、空間定位技術(shù)的定位精度參差不齊、服務(wù)的范圍及質(zhì)量無法得到有 效的保證，以及信息表現(xiàn)方式單一等等。 在這些問題中，信息表現(xiàn)方式與最終使用者直接接觸，是服務(wù)質(zhì)量及效果的 最直觀體現(xiàn)。在傳統(tǒng)的l b s 領(lǐng)域，信息主要是以二維平面地圖的形式呈現(xiàn)給使用 者。這種形式的優(yōu)點(diǎn)在于它繼承了普通二維地圖顯示的特點(diǎn)，對(duì)移動(dòng)設(shè)備的硬件 條件要求較低，數(shù)據(jù)傳輸量較小，并且現(xiàn)有地圖資源較為豐富。然而其缺陷也是 顯而易見的，即直觀性較差。一般情況下，對(duì)于非專業(yè)的地理工作人員而言，從 平面地圖中獲取足夠的特別是隱含的信息較為困難 5 】。在此背景下，越來越多的研 究和實(shí)踐開始轉(zhuǎn)向移動(dòng)平臺(tái)上的三維地圖應(yīng)用，以期為使用者提供更為直觀的信 息表現(xiàn)方式。然而，由于移動(dòng)設(shè)備本身和傳統(tǒng)的桌面計(jì)算機(jī)相比，硬件資源極為 有限，在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中，其運(yùn)算能力較差、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力較低、顯示設(shè)備尺寸 較小且分辨率低，加之涉及到三維圖形的應(yīng)用通常對(duì)系統(tǒng)硬件資源要求很高，因 此，這些限制嚴(yán)重制約了三維圖形在移動(dòng)設(shè)備上的傳輸和顯示，導(dǎo)致其不能得到 廣泛有效的應(yīng)用。但是，從發(fā)展的潛力來看，三維圖形較之二維圖形具有明顯的 優(yōu)勢(shì)，能為使用者提供更為直觀的信息表現(xiàn)。研究表明，當(dāng)?shù)貓D上所表達(dá)的信息 與真實(shí)世界類似時(shí)，周圍的環(huán)境便能夠更容易的被識(shí)別出來【6 】?？梢灶A(yù)見，移動(dòng)平 臺(tái)三維圖形的應(yīng)用會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生越來越廣闊和深入的應(yīng)用，需求也必 然比二維圖形更為強(qiáng)勁。這是移動(dòng)三維地圖優(yōu)勢(shì)所在，也是在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中， 信息表現(xiàn)方式的突破和創(chuàng)新。 當(dāng)前的研究成果和技術(shù)手段已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)較為完善的基于文本查詢功能的移 動(dòng)二維地圖導(dǎo)航系統(tǒng)，但卻仍然沒有成熟的創(chuàng)建移動(dòng)三維地圖的標(biāo)準(zhǔn)方法【_ 7 1 。在移 動(dòng)平臺(tái)上的三維地圖實(shí)現(xiàn)之前，某些研究項(xiàng)目曾嘗試使用一些替代性的方案來進(jìn) 行移動(dòng)三維地圖方面的實(shí)踐。芬蘭學(xué)者r a k k o l a i n e n 在研究中構(gòu)建了一個(gè)高質(zhì)量的、 具有真實(shí)感的三維城市模型，但是由于在p d a ( p e r s o n a ld 傅t a la s s i s t a n t ，個(gè)人數(shù) 字助理) 上三維圖形的顯示速率非常緩慢，所以研究中采用了經(jīng)過預(yù)先處理的三 維圖形的平面影像來代替實(shí)際的三維圖形【8 】，這種方法在降低數(shù)據(jù)量方面非常有 效，但本質(zhì)上仍然是二維平面地圖。另外，對(duì)于一些特定的應(yīng)用系統(tǒng)中，二維平 面地圖之上疊加一些象征性的符號(hào)和三維圖形，以此來降低使用者對(duì)于標(biāo)志性地 物的識(shí)別難度【9 】，這種方法可以看作是二維與三維的結(jié)合。 雖然上述這些研究對(duì)于l b s 和移動(dòng)三維地圖的發(fā)展具有積極的意義，但從本 質(zhì)上講，他們?nèi)匀恢皇菍?duì)真正的移動(dòng)三維地圖的模擬，缺乏關(guān)鍵的功能和特色。 2 1 2 研究目的、研究內(nèi)容和研究意義 l 。2 。l 研究目的 隨著g i s 領(lǐng)域知識(shí)的日益大眾化，人們?cè)谌粘Ｉ钪杏幸庾R(shí)的對(duì)于地理信息 的需求也在不斷增加。同時(shí)，由于移動(dòng)通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智能移動(dòng) 設(shè)備的日益普及和性能的日益提高，移動(dòng)g i s ，特別是l b s 的需求量在快速增長， 應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大。為了為普通使用者提供更好、更直觀、更便捷的服務(wù)， 那么，作為與使用者直接接觸的信息表現(xiàn)方式就要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和突破。而移動(dòng)三維 地圖就是這樣一種創(chuàng)新和突破，它不僅是一種更為高級(jí)和直觀的信息表現(xiàn)，更重 要的是，它蘊(yùn)含了較傳統(tǒng)平面地圖更為豐富的信息。 本研究的研究目的主要有以下兩點(diǎn)： ( 1 ) 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一套移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原型，從而構(gòu)建l b s 中更為直觀易 懂的信息表現(xiàn)方式，為使用者提供更高質(zhì)量的服務(wù)； ( 2 ) 以該研究為基礎(chǔ)，力求拓寬移動(dòng)g i s 的應(yīng)用范圍，拓展移動(dòng)g l s 的應(yīng)用 深度，使傳統(tǒng)g i s 領(lǐng)域得以延伸和發(fā)展。 1 2 2 研究內(nèi)容 制約移動(dòng)三維地圖快速發(fā)展的主要瓶頸在于移動(dòng)設(shè)備硬件條件的限制。除此 之外，缺乏切實(shí)可行的移動(dòng)三維圖形應(yīng)用編程接口( a p p l i c a t i o np r o 伊鋤m i n g i n t e r f a c e ，a p i ) 【1 0 】也是重要原因。隨著專用的移動(dòng)三維編程接口o p e n g le s 和 j s r l 8 4 的相繼發(fā)布，該問題得以有效解決，目前關(guān)鍵的問題是如何突破移動(dòng)環(huán)境 中硬件資源的限制。很多現(xiàn)有的研究都表明，沒有硬件加速的移動(dòng)設(shè)備的三維圖 形處理能力非常有限，并不適合作為在可交互狀態(tài)下，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和顯示大規(guī) 模三維模型的平臺(tái)【l l 1 2 ，13 1 ，并且認(rèn)為只有硬件性能的大幅度提高才能改變這種狀 況。然而實(shí)際情況并非如此，移動(dòng)設(shè)備硬件性能確實(shí)是在持續(xù)的增強(qiáng)，同時(shí)，使 用者本身對(duì)于三維模型質(zhì)量的期望也在不斷提高。因此，單純依賴硬件的進(jìn)步并 不能完全解決上述問趔1 4 】。根本途徑應(yīng)當(dāng)是在硬件性能提高的基礎(chǔ)上，對(duì)與移動(dòng) 平臺(tái)上三維圖形傳輸和顯示相關(guān)的算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使其盡可能降低對(duì)硬件 的依賴程度，最大程度的發(fā)揮現(xiàn)有硬件的性能。 本研究將致力于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原型，能夠使使用者在 一種可接受的的狀態(tài)下，在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)三維地圖的瀏覽、漫游等基本功能。 文章將就以下四個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行一些研究和探索。 ( 1 ) 初步設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)框架，對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵部分做較為 詳細(xì)的闡述，包括系統(tǒng)的客戶端、服務(wù)器端以及數(shù)據(jù)庫端等等。并以此為基礎(chǔ)， 對(duì)系統(tǒng)所具備的功能以及有別于移動(dòng)二維地圖的關(guān)鍵特色進(jìn)行描述； ( 2 ) 對(duì)應(yīng)用于移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)的三維模型建立問題加以討論，指出不同于 桌面計(jì)算機(jī)平臺(tái)的，特定于移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)的建模方法、原則等，并將這些方法和 原則應(yīng)用于三維建模過程的研究實(shí)踐中； ( 3 ) 在移動(dòng)三維地圖實(shí)現(xiàn)過程中，對(duì)其中的三維模型可見性選擇和細(xì)節(jié)層次 處理等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行較為深入的研究，介紹這兩個(gè)問題的技術(shù)背景、實(shí)際的 處理過程和處理結(jié)果，并使用實(shí)際的三維模型對(duì)所討論的處理方法進(jìn)行測(cè)試和模 擬； ( 4 ) 以開封市金明廣場(chǎng)周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境為對(duì)象進(jìn)行建模，并以此模型和本文 中所討論的技術(shù)方法為基礎(chǔ)，初步實(shí)現(xiàn)一套簡單的運(yùn)行于智能移動(dòng)平臺(tái)上的移動(dòng) 三維地圖系統(tǒng)原型。 上述這四項(xiàng)研究內(nèi)容相互聯(lián)系、相互結(jié)合、相互影響，因此，在對(duì)其中某項(xiàng) 內(nèi)容的討論過程中，應(yīng)把其放在系統(tǒng)全局的角度去思考和探索。其中，前三項(xiàng)研 究內(nèi)容涵蓋了移動(dòng)三維地圖中從宏觀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到微觀技術(shù)方法的幾個(gè)關(guān)鍵構(gòu) 成要素，是系統(tǒng)原型最終能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)；最后一項(xiàng)內(nèi)容則是對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試 和模擬。最后，基于對(duì)幾項(xiàng)內(nèi)容的探討，將設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一套應(yīng)用于位置服務(wù)的移 動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原型。 4 1 2 3 研究意義 移動(dòng)三維地圖是移動(dòng)環(huán)境中信息的一種表現(xiàn)方式，作為一種輔助工具，它能 夠幫助使用者隨時(shí)隨地的在大腦中構(gòu)建周圍事物之間空間關(guān)系的映像?，F(xiàn)實(shí)世界 是三維的、立體的，那么，一個(gè)真實(shí)的三維虛擬環(huán)境就更能夠縮短人們對(duì)于真實(shí) 世界和虛擬環(huán)境之間的認(rèn)知距離，為使用者帶來一種更為直觀的感受。本文的研 究成果以及最終所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)原型對(duì)于l b s 領(lǐng)域的一些理論問題和實(shí)際的系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)問題都將產(chǎn)生積極的意義。本文不僅使l b s 系統(tǒng)的信息表現(xiàn)方式有了更新的突 破和創(chuàng)新，最重要的是使人們能夠在移動(dòng)狀態(tài)下，從更廣闊、更直觀的視角來觀 察周圍的世界。三維地圖的直觀性應(yīng)用于移動(dòng)平臺(tái)，能夠使g i s 專業(yè)領(lǐng)域更普遍 的深入到普通大眾，更易于被廣泛接受。因此對(duì)于l b s 以及g i s 的發(fā)展具有重要 的意義。 在更深的層次上，研究的意義還在于其拓寬了移動(dòng)平臺(tái)信息表現(xiàn)方式的范圍， 加深了移動(dòng)g i s 的應(yīng)用深度，進(jìn)一步豐富了g i s 領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)了g l s 知 識(shí)在普通大眾生活中的普及程度。 1 3 數(shù)據(jù)管理和技術(shù)路線 1 3 1 數(shù)據(jù)組織與管理 論文的數(shù)據(jù)組織與管理包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)組織、系統(tǒng)編碼等幾個(gè)方面。 1 3 1 1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 數(shù)據(jù)是建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。研究中所使用的理論、技術(shù)、方法等，都是作為 數(shù)據(jù)顯示的支撐而存在，真正面向終端使用者的是數(shù)據(jù)表現(xiàn)本身。因此，為了更 好的為使用者提供服務(wù)，數(shù)據(jù)的建設(shè)質(zhì)量非常關(guān)鍵。本研究所用到的數(shù)據(jù)包括以 下幾類：三維模型數(shù)據(jù)、模型紋理數(shù)據(jù)、模型屬性數(shù)據(jù)、二維平面地圖數(shù)據(jù)、用 戶數(shù)據(jù)等。其中三維模型數(shù)據(jù)的建立是其中的關(guān)鍵。下面對(duì)三維模型數(shù)據(jù)和紋理 數(shù)據(jù)做以說明。 ( 1 ) 三維模型數(shù)據(jù) 本研究將選取一定范圍的城市區(qū)域進(jìn)行三維建模，在建立的三維模型庫中， 將包含該區(qū)域肉的標(biāo)志性建筑物。由于移動(dòng)設(shè)餐本身的硬件條件限鍘以及三維摸 型數(shù)據(jù)量較大的特點(diǎn)，建模細(xì)節(jié)不宜過于精細(xì)。 ( 2 ) 模型紋理數(shù)據(jù) 模型的紋理將以現(xiàn)實(shí)地物的數(shù)碼照片為基礎(chǔ)，經(jīng)過圖形處理軟件制作而成。 在對(duì)模型添加紋理過程中，應(yīng)選取建筑物最具代表性的圖片，使辨認(rèn)難度盡量降 低，而建筑物頂部以及一些不影響使用者識(shí)別的細(xì)節(jié)等部分則可忽略紋理，使用 單色材質(zhì)來代替。 1 3 1 2 數(shù)據(jù)組織 文中所使用的三維模型及其相關(guān)屬性等數(shù)據(jù)均采用三維建模軟件m u l t i g e n c r e a t o r 的數(shù)據(jù)庫文件方式，即o p e n f l i g h t 虛擬場(chǎng)景描述格式。o p e n f l i g h t 數(shù)據(jù)庫 采用幾何、層次和屬性來定義在實(shí)時(shí)顯示應(yīng)用系統(tǒng)中使用的三維模型陶，是一個(gè) 分層麴數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 1 3 。1 3 系統(tǒng)編碼 本文將在v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 環(huán)境中的移動(dòng)開發(fā)部分，并配合使用移動(dòng)設(shè)備專 用開發(fā)包w l 玨d o w sm 曲i l es d k 如1 p o e l ( e 毒p c 進(jìn)行系統(tǒng)盼編碼工作。 1 3 2 技術(shù)路線 在掌握和分析現(xiàn)有發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)三維地圖實(shí)現(xiàn)中的若于關(guān)鍵閥 題進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一套基于位置服務(wù)的移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原 型。 本文的技術(shù)路線圖如圖1 1 所示。 6 圖卜1 技術(shù)路線圖 f i g l lt e c l l l l o l o g yr o a d i n 印 1 4 論文組織結(jié)構(gòu) 論文共分八章。 第一章為緒論，通過移動(dòng)三維地圖領(lǐng)域研究背景的闡述，引出研究問題，并 介紹了本研究的主要內(nèi)容，所采用的研究方法，以及研究目的及意義，給出技術(shù) 路線和論文組織結(jié)構(gòu)； 第二章介紹了相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，重點(diǎn)敘述了與本文所研究問題密切相關(guān) 的研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，包括l b s 、移動(dòng)地理信息系統(tǒng)、三維地理 ，7 信息系統(tǒng)和移動(dòng)三維地圖等： 第三章為相關(guān)理論和技術(shù)方法的介紹，對(duì)研究中所涉及到的理論和方法進(jìn)行 了闡述和說明，包括l b s 的基本概念和理論技術(shù)基礎(chǔ)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、g p r s 的 簡要介紹、o p e n f l i g h t 虛擬場(chǎng)景描述格式介紹以及虛擬現(xiàn)實(shí)模型標(biāo)記語言v r m l 介紹等； 第四章為移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架，并從 系統(tǒng)的功能和組成進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中三維虛擬地圖的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了總 結(jié)； 第五章集中討論了三維模型建立，重點(diǎn)對(duì)特定于移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)的三維模型建 立的方法、原則等進(jìn)行了闡述，并介紹了實(shí)際的建模過程以及三維虛擬環(huán)境中地 標(biāo)模型的設(shè)計(jì)和應(yīng)用； 第六章重點(diǎn)闡述了移動(dòng)三維地圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，三維模型可見性選擇和細(xì) 節(jié)層次問題的處理方法和處理過程； 第七章在前面六章的研究基礎(chǔ)上，初步實(shí)現(xiàn)了一套移動(dòng)三維地圖的系統(tǒng)原型， 并使用研究中所建立的三維模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)； 第八章為結(jié)論和展望，對(duì)研究做了總結(jié)，闡明了研究中有新意之處，并指出 了以后有待于進(jìn)一步研究和探討的問題。 第二章相關(guān)研究進(jìn)展 2 1l b s 隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、定位技術(shù)以及移動(dòng)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，軟硬件和相關(guān)服務(wù) 成本的降低，與之相關(guān)的應(yīng)用范圍也在大幅度拓寬。傳統(tǒng)的g i s 領(lǐng)域在此背景影 響下，也在不斷產(chǎn)生新的應(yīng)用領(lǐng)域，l b s 便是其中的熱點(diǎn)之一。 事實(shí)上，l b s 的發(fā)展已經(jīng)有相當(dāng)長的一段歷史。它起源于美國在2 0 世紀(jì)7 0 年代以軍事應(yīng)用為目所部署的全球定位系統(tǒng)( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 。當(dāng) g p s 民用化以后，產(chǎn)生了以定位為核心功能的大量應(yīng)用。然而直到2 0 世紀(jì)9 0 年 代后期，l b s 及其所涉及的技術(shù)才得到廣泛的重視和應(yīng)用【1 6 1 。 l b s 是一項(xiàng)技術(shù)密集型的領(lǐng)域，所涉及到的技術(shù)種類廣泛，例如g l s 、移動(dòng) 通信、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端等。由于在這些領(lǐng)域，西方國家較國內(nèi)而言整體上 更為先進(jìn)，因此，其在l b s 領(lǐng)域也較為發(fā)達(dá)，所研究的范圍和深度也更為深入。 在l b s 應(yīng)用中，丹麥和美國學(xué)者l o u i s eb a r k h u u s 和a n i n dd e y 等人把關(guān)注的 對(duì)象放在了使用者的隱私研究上。在他們的研究中，通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的案例調(diào)查 了人們對(duì)于l b s 應(yīng)用中，個(gè)人位置隱私的關(guān)注程度，特別是，與使用l b s 所帶來 的好處相比，個(gè)人隱私在其中的地位1 7 1 。澳大利亞學(xué)者d i e pd a o 、c h r i sr i z o s 等 人不僅對(duì)l b s 的技術(shù)背景做了研究，并且更深入的討論了以下問題：現(xiàn)有的無線 移動(dòng)技術(shù)是否已經(jīng)能夠很好的支持l b s 的應(yīng)用；目前的移動(dòng)定位技術(shù)的缺陷，以 及g i s 開發(fā)人員如何操控空間信息來在移動(dòng)設(shè)備上生成合適的地圖影像 1 8 】；另外， 作者還就諸如l b s 中的互操作、隱私保護(hù)以及市場(chǎng)需求等方面做了簡要的探討。 澳大利亞新南威爾士大學(xué)的i s a b e l l ek i e n e r 領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施了一個(gè)校園項(xiàng)目，在新南威爾 士大學(xué)校園內(nèi)部構(gòu)建了一個(gè)特定的l b s 系統(tǒng)。該l b s 使用校園內(nèi)部的無線局域網(wǎng)， 具備一個(gè)基本的關(guān)于校園信息的數(shù)據(jù)庫，以及校園內(nèi)部的興趣點(diǎn)信息( p o i n to f 9 i n t e r e s t ，p o i ) ，并且可以在建筑物內(nèi)部進(jìn)行導(dǎo)航。這項(xiàng)工作對(duì)于在局部范圍內(nèi)部署 l b s 應(yīng)用具有定的借鑒意義【1 9 j 。日本和芬蘭學(xué)者j o u n im a r k l ( u l a 和a p h r o d i t e t s a l g a t i d o u 等人將l b s 看作是一種特殊的移動(dòng)電子商業(yè)服務(wù)，在服務(wù)中將終端的 實(shí)際位置作為基礎(chǔ)信息。在研究中，他們以l b s 的自身要求為基礎(chǔ)，以移動(dòng)電予 商業(yè)為背景，討論了技術(shù)因素在其中所發(fā)揮的重要作用以及其所具有的局限性， 然后提出了在l b s 中最重要的用戶需求、系統(tǒng)需求以及基礎(chǔ)設(shè)施需求 2 0 1 。l b s 應(yīng) 用中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題也得到了學(xué)者們的重視。微軟公司的研究人員j o h nk m m m 和 s t e v es h a f e r 介紹了l b s 中一些數(shù)據(jù)存取的要求，其中特別探討了位置的表達(dá)、位 置數(shù)據(jù)的匯集、基于位置的查詢以及l(fā) b s 系統(tǒng)的架構(gòu)等問題【2 i 】。j e s s i c as m i t h 和 a i i i s o nk e a l y 專門對(duì)l b s 的技術(shù)背景做了研究。作者把l b s 背后的技術(shù)分為三大 類：無線通信網(wǎng)絡(luò)、定位技術(shù)以及空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施( s p a t i a ld a t ai n 仔a s t m c t i l r e ， s d i ) ，并通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)基于位置的服務(wù)【2 2 】，如圖2 1 所示： 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 定位技術(shù) 位置服務(wù) l 無線通信網(wǎng)絡(luò) 圖2 1l b s 的技術(shù)背景 f i g 2 一lt e c h n o l o 影b a c k 鏟o u n do fl b s l b s 發(fā)展至今，其發(fā)展動(dòng)力、應(yīng)用范圍、所用關(guān)鍵技術(shù)以及涉及到的社會(huì)性 問題均在發(fā)生變化，見表2 1 。 l o 表2 12 0 0 6 2 0 0 7 年度l b s 發(fā)展概況。2 3 1 t a b 2 1g e n e r a ls i t u a t i o no fl b si n2 0 0 6a n d2 0 0 7 市場(chǎng)l b s 驅(qū)動(dòng)力l b s 應(yīng)用生要技術(shù)基礎(chǔ)主要問題 1 移動(dòng)用戶數(shù)1 勞動(dòng)力管理 1 g p s 1 系統(tǒng)增值方案 商 量的增長2 資產(chǎn)跟蹤 2 r f l d 是否可靠 2 對(duì)j ：信息和3 生產(chǎn)倉庫管理 3 r ：r r e s t r i a l 2 技術(shù)的趨同性 業(yè) n e t w o r k i n g b a s e d 通訊的需求增4 交通運(yùn)輸管理3 系統(tǒng)采用實(shí)現(xiàn) 長5 醫(yī)療護(hù)理 4 具備定位功能的 的靈活性 w i f i 網(wǎng)絡(luò) l 。保護(hù)隱私方面 的爭議 1 安全和保安 1 個(gè)人和家庭成員的 1 g p s 2 用戶界面、移 消費(fèi)方面的顧慮 跟蹤、安全以及健康 2 t e n e s 仃i a l 動(dòng)操作平臺(tái)多種 者2 持續(xù)增加的 保健 n e 附0 r k i n g - b 弱e d 選擇 2 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)3 具備定位功能的3 大量的商業(yè)模 用戶種類 3 導(dǎo)航w i f i 網(wǎng)絡(luò)型的可行性問題 4 在室內(nèi)環(huán)境中 的表現(xiàn)的可靠性 公共 1 恐怖主義 1 緊急通訊 1 g p s 1 互操作能力水 2 緊急情況下 2 t e r r e s t r i a l 亞 部門2 ?，F(xiàn)有系統(tǒng)的備份2 。不穩(wěn)定的可靠 通訊的中斷 n e t 、v o r k 訪g b a s e d 性 2 2 三維地理信息系統(tǒng) g i s 以處理地理空間信息為核心，盡管g i s 在理論與技術(shù)上有了長足發(fā)展， 但實(shí)際應(yīng)用仍在相當(dāng)大的程度上局限于二維的空間分析與操作等功能。隨著計(jì)算 機(jī)圖形硬件、算法、可視化以及人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高度集成的、有 效的實(shí)時(shí)3 dg i s 己成為可能。3 dg i s 是傳統(tǒng)g l s 領(lǐng)域在信息表達(dá)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等 方面的飛躍。 3 dg i s 系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的研究領(lǐng)域，它包括以下幾個(gè)方面的技術(shù)：計(jì)算機(jī) 圖形技術(shù)，三維景觀可視化技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，三維空間 交互與分析技術(shù)等。以上各項(xiàng)技術(shù)在近年來都有了快速的發(fā)展。 計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的迅速發(fā)展帶來了高速運(yùn)算的c p u 和能容納海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 設(shè)備。在三維圖形生成方面，m i c r o s o r 與s g i 、h p 、s u n 等計(jì)算機(jī)公司共同制定 了三維圖形標(biāo)準(zhǔn)o p e n g l 。硬件方面，3 d l a b s 公司推出了專門針對(duì)o p e n g l 加速的 芯片g 1 i n t ；軟件方面，美國t g l 公司推出了o p e nl n v e n t o r ，g e n i m i 公司推出了比 s g i 的p e r f o m e r 更易開發(fā)、具有更多功能的用于視景仿真的o p e n g v s 軟件。這 些軟硬件方面的發(fā)展為3 dg i s 的發(fā)展打下了很好的基礎(chǔ)。 在計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，三維景觀可視化技術(shù)的研 究也取得了很大的進(jìn)展。首先是三維地形的可視化，其中包含分層設(shè)色的三維地 形顯示，疊加矢量線劃的三維地形顯示，和疊加航空或遙感影像的三維地形顯示； 其次是城市景觀的三維可視化，根據(jù)應(yīng)用目的和功能的不同，城市景觀的三維可 視化可以分為以下幾類：影像與d e m 結(jié)合的方法，該方法僅僅是2 5 維的地形顯 示；基于二維矢量數(shù)據(jù)的方式，即在二維g i s 的基礎(chǔ)上，添加房屋高度和側(cè)面紋 理信息等；影像、d e m 與二維矢量數(shù)據(jù)疊加的方式，這種方法是在前一種方法的 基礎(chǔ)上加入d e m 作為建筑物的承載體；影像與三維數(shù)據(jù)疊加的方式。其中，采用 影像與d e m 數(shù)據(jù)疊加的方式，三維景觀逼真程度不高，且難以實(shí)現(xiàn)三維空間查詢； 采用影像、d e m 與三維數(shù)據(jù)疊加的方式，需要采集新的大量的三維數(shù)據(jù)，前期工 作量很大，無法充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)。 在空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)方面，到目前為止，已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)3 dg l s 的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)進(jìn)行了研究。在這一方面的研究最初主要集中于柵格或體元表示，后來轉(zhuǎn)向矢 量數(shù)據(jù)表示的研究。其基本原理是擴(kuò)充二維矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將點(diǎn)、線、面要素?cái)U(kuò) 展到體，除了表達(dá)各種元素的空間位置以外，還表達(dá)它們之間的拓?fù)潢P(guān)系【2 4 2 5 1 。 m o l e n a a r 提出了基于點(diǎn)、線、面、體的三維矢量數(shù)據(jù)模型，李德仁、李清泉 提出了基于八叉樹與四面體的三維g i s 混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)【2 6 1 ，龔健雅提出了面向?qū)ο?的矢量柵格集成數(shù)據(jù)模型 2 7 1 ，還有陳軍、郭薇提出了一種顧及維數(shù)的三維空間拓 撲關(guān)系描述框架2 8 1 ，李青元提出了基于五組拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)【2 9 】。在三維城市 數(shù)據(jù)模型方面，朱英浩、張祖勛等提出了采用2 5 維數(shù)據(jù)表達(dá)地形與建筑物【3 0 】：楊 必勝、李清泉等提出了采用分層組合建模方法構(gòu)造復(fù)雜建筑物模型【3 l 】；陳軍、孫 1 2 敏對(duì)基于幾何元素的三維景觀實(shí)體建模進(jìn)行了研究，提出采用三角形和四邊形來 表達(dá)空間曲面，而面狀實(shí)體和體狀實(shí)體又可以用一系列的折面和曲面來表達(dá)3 2 1 。 3 dg i s 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大體上可以分為兩大類：一類是基于表面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有： 規(guī)則網(wǎng)格( g r i d ) ，不規(guī)則三角網(wǎng)( t ) ，邊界表示( b r ) 和參數(shù)函數(shù)；另一類是 基于體表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有：3 d 柵格( a r r a y ) ，八叉樹( o c t r e e ) ，實(shí)體結(jié)構(gòu)幾何 法( c s g ) 和四面體格網(wǎng)法( t e n ) 。前者便于表面顯示，后者便于空間分析。因 此在很多情況下是將兩者結(jié)合起來使用，如t 和c s g 集成，t e n 和o c t r e e 集 成，以及一般意義下的柵格和矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集成 3 3 1 。同時(shí)，對(duì)于不同的應(yīng)用， 可以采取不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 另外，國外學(xué)者對(duì)于3 dg i s 領(lǐng)域也有很多相關(guān)的研究和實(shí)踐。d a v i dk 0 1 l e r 、 p e t e rl i n d s 仃o m 等人開發(fā)了一套系統(tǒng)虛擬g i s ( v i n u a lg i s ) ，該系統(tǒng)可以在復(fù)雜的、 動(dòng)態(tài)的、具有真實(shí)沉浸感的地形環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航【3 7 】。系統(tǒng)提供了一系列方法來對(duì) 地形模型進(jìn)行可視化處理，包含高程以及影像數(shù)據(jù)，以及主要地物模型。系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)了兩個(gè)版本：基于窗口和虛擬現(xiàn)實(shí)。在兩個(gè)版本中，使用者都可以對(duì)g i s 數(shù)據(jù) 進(jìn)行直接操作，虛擬化顯示。荷蘭學(xué)者s i y k az l a t a n o v a 和f r a n kv - a nd e nh e u v e l 在研究中提出，在g i s 的發(fā)展過程中，有兩個(gè)趨勢(shì)值得關(guān)注：( 1 ) 數(shù)據(jù)庫管理系 統(tǒng)( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m s ，d b m s ) 使得幾何信息和語義信息完整保存下 來；( 2 ) d b m s 的性能在不斷的提高。這兩個(gè)趨勢(shì)的結(jié)果就是，在g i s 應(yīng)用中， 大量使用真實(shí)世界數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)應(yīng)用成為可能 3 8 1 。兩位學(xué)者指出，室外移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)( o u t d o o rm o b i l ea u g m e n t e dr e a l i t ys y s t e m s ) 就是上述可能之一。此類系 統(tǒng)就需要以合適尺度的3 d 模型為基礎(chǔ)。s i y l az l a t a n o v a 在另一項(xiàng)研究中提出，在 3 dg i s 的研究領(lǐng)域中，3 d 拓?fù)淠Ｐ褪瞧渲械年P(guān)鍵問題，因?yàn)樗痛蠓秶臻g關(guān)系 的表達(dá)有密切關(guān)系，例如包含、鄰接、相交、連接等等。然而到目前為止，關(guān)于 3 d 拓?fù)淠Ｐ偷膶?shí)現(xiàn)并沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闆]有一種3 d 拓?fù)淠Ｐ褪峭晟频?，只?適用于某一方面 3 9 1 。作者指出，在3 dg i s 的實(shí)現(xiàn)過程中，不僅要對(duì)3 d 模型進(jìn)行 可視化處理和瀏覽，也要對(duì)3 d 模型數(shù)據(jù)的構(gòu)建和存儲(chǔ)，例如紋理數(shù)據(jù)的處理做迸 一步的研究。 3 dg i s 代表著傳統(tǒng)g i s 的拓展，其快速的發(fā)展不斷的在改變著人們對(duì)于傳統(tǒng) g i s 領(lǐng)域的理解和認(rèn)識(shí)。 2 3 移動(dòng)地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)( g e o g r a p h yi n f o 冊(cè)a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下， 對(duì)整個(gè)或者部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn) 算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。g i s 主要用于分析和處理一定地理區(qū)域內(nèi)分布 的各種現(xiàn)象和過程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問題。近年來，特別是2 0 世紀(jì) 9 0 年代中后期以來，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展， g i s 呈現(xiàn)出由室內(nèi)工作站和桌面系統(tǒng)向戶外移動(dòng)終端發(fā)展的態(tài)勢(shì)h 們。p d a 、智能 手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備終端的出現(xiàn)和迅速普及，加快了移動(dòng)設(shè)備和g i s 的結(jié)合，移動(dòng)g i s 得以快速發(fā)展。移動(dòng)g i s 是g i s 研究領(lǐng)域的重要方向之一，也是傳統(tǒng)g