三維地理信息系統(tǒng)第二節(jié)——應(yīng)用

.,三維GIS與應(yīng)用,.,概要：1.三維GIS的概念2.三維GIS的現(xiàn)狀3.三維GIS的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用4.三維GIS與生活5.三維GIS的發(fā)展前景6.三維GIS當(dāng)前面臨的困難以及三維GIS研發(fā)注意的問題,.,傳統(tǒng)的GIS在國內(nèi)經(jīng)過近四十年的發(fā)展，理論和技術(shù)日趨成熟，而在二維GIS平面信息的使用已不能滿足日益增長的應(yīng)用需求的情況下，三維GIS應(yīng)運(yùn)而生，并成為GIS的重要發(fā)展方向之一?，F(xiàn)在三維GIS得到了各行業(yè)用戶的認(rèn)同，在城市規(guī)劃、綜合應(yīng)急、軍事仿真、虛擬旅游、智能交通、海洋資源管理、石油設(shè)施管理、無線通信基站選址、環(huán)保監(jiān)測、地下管線等領(lǐng)域備受青睞。目前，我國國產(chǎn)三維GIS軟件已占據(jù)了國內(nèi)市場的半壁江山。,三維GIS的產(chǎn)生,.,GIS的優(yōu)勢在于能夠直觀直接地展示復(fù)雜的地理信息，同時具有強(qiáng)大的空間分析功能。三維GIS突破了空間信息在二維平面中單調(diào)展示的束縛，可以更加準(zhǔn)確真實(shí)地展示現(xiàn)實(shí)環(huán)境，為信息判讀和空間分析提供了更好的途徑。某些特定的分析功能，如地質(zhì)分析、日照分析、空間擴(kuò)散分析、通視性分析等高級空間分析功能僅能在三維GIS中實(shí)現(xiàn)。,.,上世紀(jì)八十年代末以來，空間信息三維可視化技術(shù)成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)并以驚人的速度迅速發(fā)展起來國外產(chǎn)品：GoogleEarthSkylineWorldWind（NASA）VirtualEarth(微軟)ArcGISExplorer(ESRI)國內(nèi)產(chǎn)品：EV-Globe（北京國遙新天地）GeoGlobe（武大吉奧）VRMap（北京靈圖）IMAGIS（適普）,.,三維GIS概念三維GIS是模擬、表示、管理、分析客觀世界中的三維空間實(shí)體及其相關(guān)信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能為管理和決策提供更加直接和真實(shí)的目標(biāo)和研究對象。,.,二維轉(zhuǎn)三維,三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)維護(hù)和界面設(shè)計(jì)等方面比二維GIS要復(fù)雜得多，如：1）數(shù)據(jù)編碼2）數(shù)據(jù)的組織的重構(gòu)3）變換4）查詢5）邏輯運(yùn)算6）計(jì)算7）分析8）建成立體模型9）視覺變換,.,真三維GIS和二維GIS的本質(zhì)區(qū)別在于數(shù)據(jù)分布的范圍。對于一個二維系統(tǒng)來說，可以用一個表達(dá)式V=f(X,Y)來表示。其中，X、Y為二維平面的坐標(biāo)，V為對應(yīng)于此點(diǎn)的屬性值。一些二維GIS和圖象處理系統(tǒng)現(xiàn)已能處理高程信息，但它們并未將高程變量作為獨(dú)立的變量來處理，只將其作為附屬的屬性變量對待，能夠表達(dá)出表面起伏的地形，但地形下面的信息卻不具有，因此它們在國際國內(nèi)也被俗稱為2.5維的系統(tǒng)。,.,三維GIS研發(fā)思路可歸納為兩種:(1)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來源于計(jì)算機(jī)制圖管理一樣,是從可視化角度出發(fā)的.(2)GIS需要存儲和管理大量的空間信息和屬性信息,因此人們又從數(shù)據(jù)庫的角度出發(fā)向三維GIS發(fā)展.他們從商用數(shù)據(jù)庫向非標(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,一個新的發(fā)展方向是將三維可視化與三維空間對象管理藕合起來,形成集成系統(tǒng).,.,.,三維可視化是目前三維的主要應(yīng)用領(lǐng)域。模型可視化的表現(xiàn)形式有：1.三維景觀方式。它允許人們從不同角度、不同方位、不同距離觀看三維模型的表面。為了增強(qiáng)模型表面的三維真實(shí)感，常常在顯示時還要加上光照模型、表面紋理等三維效果，給人以逼真的感受，但它始終只能看到模型的表面。2.掀蓋層三維景觀方式。它是在三維景觀方式的基礎(chǔ)上，設(shè)想觀察者可以掀開上覆的蓋層看到下伏的界面，它實(shí)質(zhì)是第一種方式的另一種變形。,.,3.透視三維景觀方式。它設(shè)想人眼能穿透三維體的一些部分，透視地看到人們感興趣的界面，這也可以看作是掀蓋層方式的一種變形。4.切面方式。設(shè)想人能夠用刀切開三維模型，從水平或垂直切面上看到三維體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于在二維切面上能方便地進(jìn)行量算、修改等操作，因而它是用二維方式來表達(dá)三維模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種很好的方式，傳統(tǒng)的剖面圖就是這種方式的原形。在三維模型的支持下，用切面方式能產(chǎn)生很好的二維三維聯(lián)動效果，即在二維剖面上修改模型后即刻影響到三維模型的形態(tài)，并且可以用一組平行切片來表達(dá)三維模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。,.,三維景觀分析與計(jì)算結(jié)構(gòu)圖,.,三維虛擬景觀圖,.,典型的三維數(shù)據(jù)模型：單元分解法。即三維的刪格結(jié)構(gòu)。它以固定形狀(如立方體)的單元體規(guī)則地分布于空間網(wǎng)格位置上。一個形體就是這些具有鄰接關(guān)系的大量固定單元的集合,單元大小決定了單元分解形式的精度。它具有易于存取給定點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn),能保證空間的唯一性。缺點(diǎn)是各部分關(guān)系不夠明確,需要耗費(fèi)大量的存儲空間。在實(shí)際應(yīng)用中一般采用八叉樹(單元正則形體)或樹(單元大小可變形體)的組織形式。,.,構(gòu)造性表示法。它是通過體素(如正方體、球體、三角體等)定義運(yùn)算而得到新的形體的一種表示方法。最著名的構(gòu)造性表示法是構(gòu)造實(shí)體幾何()法。的體素本身是實(shí)體,其運(yùn)算為剛體運(yùn)動或正則化的集合運(yùn)算并、交、差。該法比較適用于機(jī)械、建筑等領(lǐng)域。,.,邊界表示法。即三維的矢量結(jié)構(gòu),一個形體用其拓?fù)溥吔绫硎?。它記錄形體的幾何元素的幾何信息(頂點(diǎn)、邊、面、體)以及相互連接關(guān)系(拓?fù)湫畔?,以便直接存取形體的各個體與面、面的邊界線,以及各個頂點(diǎn)。這樣有利于實(shí)現(xiàn)以體、面、線、點(diǎn)為基礎(chǔ)的各種幾何運(yùn)算和操作,以及查詢形體的拓?fù)湫畔?例如實(shí)體中有哪幾個相連通的部分等等。,.,一個三維GIS的原型,.,三維GIS的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于三維數(shù)據(jù)模型的建立。對空間實(shí)體及空間關(guān)系的準(zhǔn)確、有效表達(dá)是三維空間建模的主要任務(wù)，它應(yīng)具備以下功能：空間實(shí)體及空間關(guān)系的定義及描述與表達(dá)方法，空間實(shí)體和非空間實(shí)體之間的直接或間接關(guān)系的描述與表達(dá)、空間數(shù)據(jù)操作的分類定義及操作符號和操作規(guī)則描述、空間實(shí)體和非空間實(shí)體之間的相互制約機(jī)制及限定時間序列下的動態(tài)變化，空間數(shù)據(jù)的完整性及一致性檢驗(yàn)規(guī)則等，目前提出的三維空間數(shù)據(jù)模型可分為3類，即：面模型、體模型和混合模型等。,.,3D空間構(gòu)模法分類Tab.1Thespacemoldmethodclassification,.,“構(gòu)成”是指上一級元素由下一級元素組成“,結(jié)線”是指多個面以此線為公共交線“,公共面”是指相鄰兩個體元素以此面作為公用面?！鞍此惴ㄉ伞笔侵冈谠S多情況下,一個曲面由輸入的線生成比較困難,而由點(diǎn)如用TEN(四面體格網(wǎng))進(jìn)行構(gòu)造生成一個曲面?！安逯怠笔菍Σ痪鶆蝮w按已有點(diǎn)進(jìn)行插值用來表達(dá)不均勻體的空間特性,這些點(diǎn)按相鄰關(guān)系連接組成一個空間樹形。,.,拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)造及生成原理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中反映出的基本拓?fù)潢P(guān)系如下:點(diǎn)線關(guān)系(點(diǎn)為線結(jié)點(diǎn),線由點(diǎn)構(gòu)成);點(diǎn)面關(guān)系(面由點(diǎn)通過算法生成,面包含點(diǎn));線面關(guān)系(面由線擬合生成,線為面的結(jié)線);面體關(guān)系(體由面構(gòu)成,面為多體公用面)。隱含的關(guān)系有:線與線關(guān)系(多線共用結(jié)點(diǎn)相交);面與面關(guān)系(多面共用結(jié)線相交);體與體關(guān)系(多體相鄰或包含)。到目前為止按矢量的方式,人們輸圖時是以點(diǎn)為基本元素輸入的,因而在建立拓?fù)潢P(guān)系之前,已有的基本元素只有點(diǎn),所以拓?fù)潢P(guān)系的自動建立由點(diǎn)元素開始(在這里仍然沿用圖層的概念,同一類元素看作一層,并以層來管理同一類元素)。,.,1.點(diǎn)的輸入每輸入一個點(diǎn),如屬于某個面,按坐標(biāo)點(diǎn)類處理并在其關(guān)系表中加入特征值或編碼值,也可以是預(yù)先給定的面的編號,如屬于某條線則進(jìn)行線的生成。2.線的生成加入一個新點(diǎn),將此點(diǎn)加入到線的點(diǎn)表中,起點(diǎn)和終點(diǎn)作為結(jié)點(diǎn)加入到線的結(jié)點(diǎn)表中。3.線線關(guān)系的建立每生成一個新線,與已有的所有可能相交的線進(jìn)行求交計(jì)算:交點(diǎn)作為結(jié)點(diǎn)加入到有關(guān)線的結(jié)點(diǎn)表中,新線也加入到有關(guān)結(jié)點(diǎn)類元素的線表中。,.,4.面的生成對于規(guī)則的面(如平面)按二維處理。對于不規(guī)則的面,由一系列點(diǎn)按一定算法生成(用分塊B樣條曲面合成法或分塊Bezier曲面合成法,也可以用多曲線擬合法(適于直接由二維GIS中已有的等值線構(gòu)造曲面),生成后的曲面再進(jìn)行填充、光照效果等處理后即可用來較真實(shí)地反映三維GIS中曲面實(shí)體。5.線面關(guān)系的建立顯然通過面的生成,如果線在一個面內(nèi),線面關(guān)系已經(jīng)存在;當(dāng)一條線不屬于某一個面時則要進(jìn)行線面關(guān)系的處理。經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算可以確立如相交、相離等關(guān)系。對這種復(fù)雜關(guān)系使用相應(yīng)的成員函數(shù)動態(tài)地建立相應(yīng)的關(guān)系表(對已有的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步完善)。,.,6.面面關(guān)系的建立確立面面關(guān)系,主要是進(jìn)行面面求交計(jì)算,得到新面與結(jié)線。在結(jié)線的面表中加入有關(guān)面元,在面元的結(jié)線表中加入有關(guān)線,這樣進(jìn)一步確立了線面關(guān)系,也得到了面面關(guān)系。7.體的生成類似于二維中面的生成,按算法搜索閉合空間即構(gòu)成一個體元。體元生成后體與面的關(guān)系也已經(jīng)存在。這時可以進(jìn)行體與體之間的拓?fù)潢P(guān)系(如包含關(guān)系)的生成。這里體的搜索按空體進(jìn)行,對于實(shí)體用填充方法由空體得到,.,三維GIS的特點(diǎn),在三維GIS中，空間目標(biāo)通過X、Y、Z三個坐標(biāo)軸來定義，它與二維GIS中定義在二維平面上的目標(biāo)具有完全不同的性質(zhì)。在目前二維GIS中已存在的0，1，2維空間要素必須進(jìn)行三維擴(kuò)展，在幾何表示中增加三維信息，同時增加三維要素來表示體目標(biāo)?？臻g目標(biāo)通過三維坐標(biāo)定義使得空間關(guān)系也不同于二維GIS，其復(fù)雜程度更高。二維GIS對于平面空間的有限-互斥-完整劃分是基于面的劃分，三維GIS對于三維空間的有限-互斥-完整劃分則是基于體的劃分，因而，通過分析基于（單一）體劃分的三維矢量結(jié)構(gòu)GIS幾何成分之間的拓?fù)潢P(guān)系，三維GIS的可視表現(xiàn)也比二維GIS復(fù)雜得多，以致于出現(xiàn)了專門的三維可視化理論、算法和系統(tǒng)。,.,總起來說，與二維GIS相比，三維GIS對客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受，它以立體造型技術(shù)給用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能夠表達(dá)空間對象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系；另外對空間對象進(jìn)行三維空間分析和操作也是三維GIS特有的功能。與CAD及各種科學(xué)計(jì)算可視化軟件相比，它具有獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對象能力及空間分析的能力。三維空間數(shù)據(jù)庫是三維GIS的核心，三維空間分析則是其獨(dú)有的能力。與功能增強(qiáng)相對應(yīng)的是，三維GIS的理論研究和系統(tǒng)建設(shè)工作比二維GIS也更加復(fù)雜。,.,包容一維、二維對象三維GIS不僅要表達(dá)三維對象,而且要研究一維、二維對象在三維空間中的表達(dá)。三維空間中的一維、二維對象與傳統(tǒng)GIS的二維空間中的一維、二維對象在表達(dá)上是不一樣的。傳統(tǒng)的二維GIS將一維、二維對象垂直投影到二維平面上，存儲它們投影結(jié)果的幾何形態(tài)與相互間的位置關(guān)系。而三維GIS將一維、二維對象置于三維立體空間中考慮，存儲的是它們真實(shí)的幾何位置與空間拓?fù)潢P(guān)系，這樣表達(dá)的結(jié)果就能區(qū)分出一維、二維對象在垂直方向上的變化。二維GIS也能通過附加屬性信息等方式體現(xiàn)這種變化，但存儲、管理的效率就顯得較低，輸出的結(jié)果也不直觀。,三維GIS的功能,.,可視化2.5維、三維對象三維GIS的首要特色是要能對2.5維、三維對象進(jìn)行可視化表現(xiàn)。在建立和維護(hù)三維GIS的各個階段中，不論是對三維對象的輸入、編輯、存儲、管理，還是對它們進(jìn)行空間操作與分析或是輸出結(jié)果，只要涉及到三維對象，就存在三維可視化問題。三維對象的幾何建模與可視表達(dá)在三維GIS建設(shè)的整個過程中都是需要的，這是三維GIS的一項(xiàng)基本功能。,.,三維空間DBMS管理三維GIS的核心是三維空間數(shù)據(jù)庫。三維空間數(shù)據(jù)庫對空間對象的存儲與管理使得三維GIS既不同于CAD、商用數(shù)據(jù)庫與科學(xué)計(jì)算可視化，也不同于傳統(tǒng)的二維GIS。它可能由擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也可能由面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲管理三維空間對象。,.,空間數(shù)據(jù)庫的建立,.,三維空間分析在二維GIS中，空間分析是GIS區(qū)別于三維CAD與科學(xué)計(jì)算可視化的特有功能，在三維GIS中也同樣如此?？臻g分析三維化，也就是在直接在三維空間中進(jìn)行空間操作與分析，連同上文述及的對空間對象進(jìn)行三維表達(dá)與管理，使得三維GIS明顯不同于二維GIS，同時在功能上也更加強(qiáng)大。,.,應(yīng)能及時受益于現(xiàn)代數(shù)據(jù)獲取方法的進(jìn)展和大數(shù)據(jù)量處理技術(shù)的發(fā)展目前，由于科技水平的限制，人類獲取地學(xué)三維數(shù)據(jù)的能力的弱小是阻礙三維GIS迅速發(fā)展的一個重要原因。一旦三維地學(xué)數(shù)據(jù)變得象遙感數(shù)據(jù)獲取那樣及時、廣泛與普及，三維GIS將會有更迅猛的發(fā)展。因此現(xiàn)時的三維GIS設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)充分考慮未來三維地學(xué)數(shù)據(jù)獲取能力的提高，以便及時受益于現(xiàn)代數(shù)據(jù)獲取方法的進(jìn)步。另外，三維GIS要處理的數(shù)據(jù)量往往很大，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展無疑能提高三維GIS的性能，這一點(diǎn)也是三維GIS設(shè)計(jì)必須要考慮的。總起來說，三維GIS應(yīng)該留有易于擴(kuò)展的接口，具有及時吸收外部先進(jìn)技術(shù)的功能。,.,3D空間構(gòu)模,基于面模型的構(gòu)模TIN與GRID模型邊界表示（B-rep）模型線框（WireFrame）模型斷面(Section)模型斷面-三角網(wǎng)混合模型多層DEM構(gòu)模,.,基于體模型的構(gòu)模基于規(guī)則體元構(gòu)模結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何（CSG）構(gòu)模3D體素（Voxel）構(gòu)模八叉樹（Octree）構(gòu)模針體（Needle）構(gòu)模規(guī)則塊體（RegularBlock）構(gòu)模,基于非規(guī)則體元的構(gòu)模四面體格網(wǎng)（TEN）構(gòu)模金字塔（Pyramid）模型三棱柱（Tri-Prism）構(gòu)模地質(zhì)細(xì)胞（Geocellular）模型非規(guī)則塊體（IrregularBlock）構(gòu)模實(shí)體（Slolid）構(gòu)模3DVoronoi圖模型廣義三棱柱構(gòu)模,.,混合構(gòu)模TIN-CSG混合構(gòu)模TIN-Octree混合構(gòu)模(Hybrid構(gòu)模)WireFrame-Block混合構(gòu)模Octree-TEN混合構(gòu)模,.,當(dāng)前三維GIS的發(fā)展呈現(xiàn)為兩大趨勢，即大眾化和專業(yè)化。1.大眾化：理論和技術(shù)的成熟使得三維GIS的門檻不斷降低，這不但擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域，而且有更多人群從中受益。簡單、易用的三維GIS正在逐漸走近老百姓的生活，例如正在舉行的世博會、世界杯均大量使用了三維地理信息技術(shù)，三維GIS大眾化的趨勢顯而易見。現(xiàn)在，人們使用電子地圖方便出行已屬家常便飯，國內(nèi)外種類豐富的地理位置應(yīng)用正如雨后春筍般涌現(xiàn)，期待著三維GIS更好地融入其中。2.專業(yè)化：與大眾化趨勢不同，專業(yè)化則需要三維GIS能夠更加緊密地集成到各個行業(yè)應(yīng)用中，充分發(fā)揮其強(qiáng)大的可視化功能和多維空間分析功能，從而為行業(yè)應(yīng)用提供更科學(xué)、更強(qiáng)大的三維空間信息服務(wù)和決策支持，這不僅是三維GIS的重要作用，也是用戶的強(qiáng)烈需求。,.,三維GIS當(dāng)前面臨的有利因素三維GIS現(xiàn)在正面臨著有利的發(fā)展時機(jī),這表現(xiàn)在如下幾個方面：在二維GIS領(lǐng)域已經(jīng)具備比較成熟的理論和技術(shù),例如在數(shù)據(jù)獲取、處理、管理、輸出，數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面有很多較為成熟的理論和方法。在實(shí)踐上已有幾十年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于各個部門和領(lǐng)域。這是眾所周知的。二維GIS方面的很多理論、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都能為三維GIS借鑒。三維可視化技術(shù)在生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、大氣等領(lǐng)域已有很多成功的應(yīng)用。三維GIS與二維GIS的一個重要不同之處在于它有一個三維對象的視覺表現(xiàn)問題，這也是它的一個基本要求，現(xiàn)在成熟的科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)已經(jīng)為這一要求打下了較為堅(jiān)實(shí)的理論技術(shù)基礎(chǔ)。三維GIS工作者要做的是對各種地學(xué)對象的本質(zhì)特征進(jìn)行分析，找出它們與其它領(lǐng)域?qū)ο蟮牟煌c(diǎn)，進(jìn)行合適的概念建模和幾何建模，利用相應(yīng)的三維可視化技術(shù)對之進(jìn)行視覺表現(xiàn)。,.,在數(shù)據(jù)存儲工具方面，關(guān)系數(shù)據(jù)庫已有較成熟的理論技術(shù)和廣泛的應(yīng)用，為支持空間數(shù)據(jù)管理的擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)研制出來并已商業(yè)化，目前還在進(jìn)一步完善。例如，現(xiàn)在的流行關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本上都支持空間數(shù)據(jù)的存儲，支持變長記錄，因此它們也都是擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)有：GEO+,SmallWorld,GeO2和GODOT等。,.,三維GIS當(dāng)前面臨的困難（1）三維數(shù)據(jù)實(shí)時廉價(jià)獲取主要有兩個方面原因：一個重要的原因是地學(xué)三維數(shù)據(jù)采樣率很低，難以準(zhǔn)確地表達(dá)地學(xué)對象的真實(shí)狀況。另一個原因是地學(xué)領(lǐng)域的研究者因?yàn)榈貙W(xué)對象的復(fù)雜變化性不能準(zhǔn)確地確定研究對象的各種屬性。正因?yàn)榈貙W(xué)對象在自然界的紛繁復(fù)雜，使得此一地的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒芤浦驳搅硪坏氐牡貙W(xué)研究對象中，因此三維數(shù)據(jù)實(shí)時獲取在地學(xué)領(lǐng)域顯得尤為重要。,.,（2）大數(shù)據(jù)量的存儲與快速處理在三維GIS中，無論是基于矢量結(jié)構(gòu)還是基于柵格結(jié)構(gòu)，對于不規(guī)則地學(xué)對象的表達(dá)都會遇到大數(shù)據(jù)量的存儲與處理問題。除了在硬件上靠計(jì)算機(jī)廠商生產(chǎn)大容量存儲設(shè)備和快速處理器外，還應(yīng)該研究軟件方面的算法以提高效率，例如針對不同條件的各種高效數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)、并行處理算法、小波壓縮算法及在壓縮狀態(tài)下的直接處理分析等。,.,（3）完整的三維空間數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三維空間數(shù)據(jù)庫是三維GIS的核心，它直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的輸入、存儲、處理、分析和輸出等GIS的各個環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響著整個GIS的性能。而三維空間數(shù)據(jù)模型是人們對客觀世界的理解和抽象，是建立三維空間數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是三維空間數(shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)，是客觀對象在計(jì)算機(jī)中的底層表達(dá)，是對客觀對象進(jìn)行可視表現(xiàn)的基礎(chǔ)。雖然有很多人展開過相關(guān)方面的研究與開發(fā)（如前所述），但還沒有形成能為大多數(shù)人所接受的統(tǒng)一理論與模式，有待于進(jìn)一步研究與完善。,.,（4）三維空間分析方法的開發(fā)空間分析能力在二維GIS中就比較薄弱，目前大多數(shù)的GIS都不能做到?jīng)Q策層次上來，只能作為一個大的空間數(shù)據(jù)庫，滿足簡單的編輯、管理、查詢和顯示要求，不能為決策者直接提供決策方案。其中很大一個原因就是在現(xiàn)有的GIS中，空間分析的種類及數(shù)量都很少。在三維GIS中，同樣面臨著這個問題。因此，研究開發(fā)GIS的基本空間分析及將各領(lǐng)域的專家知識入嵌入GIS中，是三維GIS發(fā)展的一個重要方面。,.,當(dāng)前三維GIS研發(fā)的幾個注意點(diǎn),從前面關(guān)于三維GIS的發(fā)展、定義、特點(diǎn)、功能、面臨的機(jī)遇與困難，結(jié)合當(dāng)今GIS建設(shè)的情況，我們得到當(dāng)前三維GIS研發(fā)應(yīng)該注意的幾個方面。,1.目前應(yīng)以開發(fā)二維為主、三維為輔的混合型GIS為主要目標(biāo)，不宜單純開發(fā)三維GIS。原因有二：1）需求上的決定，2）技術(shù)上的限制。2.在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上要以邊界表達(dá)法（BR）為主。3.對于需要進(jìn)行三維空間分析的地方，需要專門研究支持快速分析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間分析算法。如集成矢量與柵格特征的四層矢量化八叉樹結(jié)構(gòu)、基于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)模型與空間分析等4.城市三維現(xiàn)在已成為當(dāng)前三維中研究與開發(fā)的一個重要方面。,.,美國谷歌公司：GoogleEarth-用戶最多的三維地球軟件介紹：GoogleEarth以三維地球的形式把大量衛(wèi)星圖片、航拍照片和模擬三維圖像組織在一起，使用戶從不同角度瀏覽地球。GoogleEarth的數(shù)據(jù)來源于商業(yè)遙感衛(wèi)星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法國SPOTS。特點(diǎn)：GoogleEarth憑借其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，以其操作簡單、用戶體驗(yàn)超群的優(yōu)勢吸引了全球近十分之一的人口使用。,發(fā)展歷程：Google于2004年10月收購了Keyhole公司，隨之次年6月推出GoogleEarth系列軟件。產(chǎn)品形式：GoogleEarth客戶端軟件提供三個版本：個人免費(fèi)版、Plus版、Pro版以及企業(yè)級解決方案，用于在企業(yè)內(nèi)部部署GoogleEarth應(yīng)用。,.,還包含了火星和月球的展現(xiàn)。軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQLServer影像庫TerrainServer來進(jìn)行全球地形三維顯示。它通過將遙感影像與SRTM高程（航天飛機(jī)雷達(dá)拓?fù)錅y繪）疊加生成三維地形。特點(diǎn)：WorldWind最大的特性是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的自動更新能力。這種能力使得WorldWind具有在世界范圍內(nèi)跟蹤近期事件、天氣變化、火災(zāi)等情況的能力。,美國國家航空和航天管理局（NASA）：WorldWind-最強(qiáng)大的開源地理科普軟件介紹：WorldWind是NASA發(fā)布的一個開放源代碼的地理科普軟件，由NASAResearch開發(fā)，NASALearningTechnologies來發(fā)展，它是一個可視化地球儀，將NASA、USGS以及其它WMS服務(wù)商提供的圖像通過一個三維的地球模型展現(xiàn)，,.,擁有NASA血統(tǒng)的WorldWind可以利用Landsat7、SRTM、MODIS、GLOBE,LandmarkSet等多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，將Landsat衛(wèi)星的圖像和航天飛機(jī)雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，讓用戶體驗(yàn)三維地球遨游的感覺。采用了先進(jìn)的流傳輸技術(shù)。WorldWind是個完全免費(fèi)的軟件，在使用上沒有任何限制，主要面向科學(xué)家、研究工作者和學(xué)生群體。另外WorldWind是完全開放的，用戶可以修改WorldWind軟件本身。目前，包括國內(nèi)部分三維GIS軟件在內(nèi)的全球許多主流三維軟件都是以WorldWind為技術(shù)內(nèi)核發(fā)展而來。,.,美國Skyline公司：SkylineGlobe-個性化的三維地理信息系統(tǒng)介紹：SkylineGlobe產(chǎn)品能夠基于地表的衛(wèi)星影像、航空影像創(chuàng)建高分辨率的三維虛擬地球場景。Skyline具有強(qiáng)大空間信息展示功能，支持交互式繪圖工具，提供三維測量及地形分析工具，提供數(shù)據(jù)庫接口支持如Oracle，ArcSDE，擁有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力。特點(diǎn)：SkylineGlobeEnterpriseSolution是美國Skyline公司為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營三維地理信息提供的企業(yè)級解決方案。包括了Skyline整套軟件工具，給客戶提供一站式服務(wù)，并開放了所有的API，不論是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,還是單機(jī)應(yīng)用，讓用戶能夠根據(jù)自己的需求定制功能，建立個性化的三維地理信息系統(tǒng)。產(chǎn)品形式：TerraExplorer、TerraExplorerPro、TerraBuilder、TerraGate。應(yīng)用：中國數(shù)字海洋系統(tǒng)、公安部警衛(wèi)基礎(chǔ)工作信息系統(tǒng)、數(shù)字深圳三維平臺、黃河可視化防汛預(yù)案管理系統(tǒng)、數(shù)字煙臺三維城市規(guī)劃信息系統(tǒng)等。,.,美國微軟公司：VirtualEarth-可以在瀏覽器中直接運(yùn)行的三維地球軟件介紹：VirtualEarth3D可以呈現(xiàn)完整交互式的三維圖片，是基于地圖的搜索工具，集航拍照片、地圖、黃頁數(shù)據(jù)于一體。在VirtualEarth3D中，就象在大型3D游戲的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一樣，用戶可以在城市之間、建筑物之間“飛來飛去”。除了真實(shí)地“再現(xiàn)”城市的地形外，VirtualEarth3D中也包含一些現(xiàn)實(shí)世界中不存在的東西。特點(diǎn)：VirtualEarth3D不要求用戶在硬盤上下載應(yīng)用軟件，而是直接在瀏覽器中運(yùn)行。發(fā)展歷程：在Google宣布推出GoogleEarth后，微軟也緊跟其后啟動,相關(guān)計(jì)劃。2005年12月23日，微軟公司收購一家從事三維地球研究的華人公司GeoTange。2006年5月3日，又收購一家專門從事遙感領(lǐng)域研究的公司Vexcel。隨后，在2006年11月初微軟發(fā)布了VirtualEarth3D。今年6月，微軟推出Bing搜索后，意味著原來的“VirtualEarth”變成了“BingMapsandBingMapsforEnterprise”。,.,美國環(huán)境系統(tǒng)研究所公司（ESRI）：ArcGISExplorer-ArcGIS家族的3D后代介紹：ArcGISExplorer是一個免費(fèi)的虛擬地球?yàn)g覽器，提供自由、快速的2D和3D地理信息瀏覽，充滿趣味性且簡捷易用。ArcGISExplorer通過繼承ArcGISServer完整的GIS性能（包括空間處理和3D服務(wù)），達(dá)到整合豐富的GIS數(shù)據(jù)集和服務(wù)器空間處理應(yīng)用的目的。,特點(diǎn)：AreG1SExplore具有和GoogleEarth相似的功能，支持來自ArcGISServer、GML、WMS、GoogleEarth（KML）的數(shù)據(jù)。發(fā)展歷程：ArcGISExplorer是2006年8月推出。在明年即將發(fā)布的ArcGIS9.4中也將加強(qiáng)三維GIS功能。,.,北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司：EV-Globe-國內(nèi)三維海量空間信息平臺佼佼者介紹：EV-Globe具有大范圍的、海量的、多源的數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實(shí)時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)算，可與常規(guī)GIS軟件集成，可方便快速構(gòu)建三維空間信息服務(wù)系統(tǒng)，亦可快速在二維GIS系統(tǒng)完成向三維的擴(kuò)展。EV-Globe提供距離測量、線段剖面、折線剖面、區(qū)域淹沒、通視分析等三維GIS特色的空間分析功能?？梢栽贓V-Globe中看到煙霧、塵暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。,.,特點(diǎn)：EV-Globe基于組件式開發(fā)，所有功能以控件或類的方式封裝在dll中，用戶可以很方便進(jìn)行各種功能定制，甚至將EV-Globe嵌入各類信息系統(tǒng)中。EV-Globe具備在普通PC機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)的海量三維模型和影像流暢地進(jìn)行各項(xiàng)漫游操作的功能。此外在EV-Globe服務(wù)器端，用戶可根據(jù)需要綁定常規(guī)GIS平臺如SuperMap，ArcGIS等。發(fā)展歷程：EV-Globe于2008年12月、2009年5月、7月分別發(fā)布了EV-GlobeSDK、EV-GlobeSea和EV-GlobeWeb版，并將于今年12月3日正式發(fā)布EV-Globe2.0。產(chǎn)品形式：EV-GlobeSDK（開發(fā)包）、EV-GlobePro（數(shù)據(jù)瀏覽工具）、EV-GlobeCreater（數(shù)據(jù)制作工具）、EV-GlobeDatasets（影像數(shù)據(jù)集）。應(yīng)用：全國海島海岸帶三維可視化信息系統(tǒng)、中石油海外應(yīng)急系統(tǒng)、中國石油中長期油氣管網(wǎng)建設(shè)預(yù)測分析、寧波鎮(zhèn)海環(huán)保三維影像瀏覽系統(tǒng)、遨游天府-四川省地理空間三維管理系統(tǒng)。,.,武大吉奧信息技術(shù)有限公司：GeoGlobe-加入實(shí)時三維量測功能介紹：GeoGlobe是武漢大學(xué)李德仁和龔建雅等教授花了近10年時間打造，由武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下全球海量無縫空間數(shù)據(jù)組織、管理與可視化軟件。GeoGlobe提供了一系列三維可視化及應(yīng)用的功能：可視化導(dǎo)航與操作、可視化查詢與三維分析、興趣點(diǎn)標(biāo)注及定位等。還提供了二次開發(fā)功能，用戶可以根據(jù)應(yīng)用的需要自行設(shè)計(jì)界面，調(diào)用所提供的動態(tài)庫進(jìn)行二次開發(fā)。特點(diǎn)：GeoGlobe具有和WorldWind相似的功能，加入了實(shí)時三維量測等功能。能同時處理多種來源的數(shù)據(jù)，包括三維地形圖、航