簡論地理信息三維可視化系統(tǒng)的實現(xiàn)

連強強+顧敏

（1.青海省第二測繪院，青海 西寧 810001；2.青海省第一測繪院，青海 西寧 810001）

摘要：三維地理信息系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的二維地理信息系統(tǒng)的GIS分析功能基礎(chǔ)上，結(jié)合了虛擬景觀的三維場景瀏覽功能。在對三維地理信息系統(tǒng)和其數(shù)據(jù)進行總結(jié)，并在其基礎(chǔ)上深入探討三維地理信息系統(tǒng)在現(xiàn)在生活中的實現(xiàn)。

關(guān)鍵字：三維；可視化；地理

地理信息系統(tǒng)有時又被稱為地學信息系統(tǒng)。它是一個非常重要的空間信息系統(tǒng)。多年來，計算機科學與技術(shù)，遙控技術(shù)，攝像頭測量技術(shù)等一系列科學技術(shù)的飛速發(fā)展，這些變化將在最短的時間趕上更快的速度空間信息，三維景觀的重組。視覺三維地理信息系統(tǒng)中特別值得一提的是，它為進一步研究應(yīng)用提供了新的方法和視角，人們可以更好地了解周圍的環(huán)境。在相關(guān)的環(huán)境虛化體系里面，地理信息三維可視化體系也屬于一種起著關(guān)鍵性作用。

一、三維GIS系統(tǒng)的發(fā)展

可視化三維GIS系統(tǒng)在現(xiàn)代有著長足的發(fā)展，基本解決了海量數(shù)據(jù)漫游問題，渲染等可視化的具體問題，但是還有諸多問題有待解決，例如三維數(shù)據(jù)模型、三維數(shù)據(jù)分析、三維數(shù)據(jù)管理等方面。

現(xiàn)在，我們周圍的客觀環(huán)境通過三維GIS系統(tǒng)進行虛擬化的再現(xiàn)，而三維數(shù)據(jù)作為三維系統(tǒng)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)已經(jīng)有了很好的升級，對大量數(shù)據(jù)漫游及貼面修復(fù)等信息可以很好的處理。但是在三維數(shù)據(jù)研究等內(nèi)容中信息還有待提升，此時，只能基于二維GIS完成一些額外的工作實現(xiàn)填補，以幫助建立景觀的三維模型，它充其量只是三維GIS的模型。地理信息系統(tǒng)的三維可視化可以用來存儲，處理和查看周圍環(huán)境，是一項新的技術(shù)。因技術(shù)水平還未成熟，使我們只應(yīng)用了GIS的一部分，如果想完全應(yīng)用GIS三維，我們必須解決好以下幾個問題：大數(shù)據(jù)量；各種高難度的空間關(guān)系，保存和處理數(shù)據(jù)，預(yù)覽，搜索等信息。

利用三維模型技術(shù)構(gòu)建可視化的信息管理系統(tǒng)是非常必要的。所謂可視化，就是在系統(tǒng)中運用圖像技術(shù)將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成形象化的、直觀的圖形方式展示出來，讓用戶能夠一目了然。

二、數(shù)據(jù)信息三維模型的建立

1、建立模型。模型的三維表示是三維多邊形，是使用基本幾何元素（點，線，面，長方體，球體等），幾何元素通過一系列操作，如平移，旋轉(zhuǎn)，延伸等等來實現(xiàn)。組成要構(gòu)建的物體的真實的幾何形狀，通常被顯示在計算機或其他視頻設(shè)備中。自然界中存在的任何對象都可以通過三維模型呈現(xiàn)，這可能是存在于現(xiàn)實世界中，如建筑，景觀，工程設(shè)備，交通運輸?shù)?，或虛的東西像電影，人物在游戲中的實體，場景，資源等等。三維模型可以手動與專用三維建模軟件來完成，也可以自動地按照一定的算法生成的。點，線，面等數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，3D模型可以存儲在計算機文件的虛擬文件中。

手工繪制三維模型：在幾何基礎(chǔ)上，諸如點，線，面，立方體，球體等的，提供了一組幾何操作的方法，如平移，旋轉(zhuǎn)，對準和布爾運算，構(gòu)建復(fù)雜的幾何圖形，而且還內(nèi)置了一些常用的模型組件，通過用戶的選擇，拖拉就可以完成復(fù)雜對象的建模。

模型的疊加：將建立一個良好的模型和三維場景草圖，也就是放置在模擬場景中的物體的三維模型，實際表現(xiàn)的三維模型。封面和場景應(yīng)該與三維模型的坐標，高度等信息協(xié)調(diào)，如減少或增加場景，挖掘或填充等，使模型和現(xiàn)場以達到視覺效果的整合。

2、數(shù)據(jù)映射。在整個信息系統(tǒng)中，圍繞設(shè)施形成的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理，例如公路建設(shè)管理系統(tǒng)，工程實體相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對象管理信息系統(tǒng)對應(yīng)于3D模型或組件模型。它是通過設(shè)置數(shù)據(jù)，并且使用信息系統(tǒng)管理（如工程實體）作為研究對象模型信息之間的關(guān)系來實現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息的可視化的關(guān)鍵步驟。因此，在模型中的模型創(chuàng)建應(yīng)增加分類，位置或數(shù)量等信息應(yīng)有獨立的模型，甚至在模型組件之間進行區(qū)分。如道路上的橋梁模型，他們應(yīng)該確定每座橋模型（即橋），分類那里的道路，其中里程等信息。同時，數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)和模型或各自的表格之間的關(guān)系部分，如房地產(chǎn)，公路，鐵路及管理系統(tǒng)等建設(shè)項目模型，設(shè)施需要確定量清單和關(guān)系的相關(guān)表格。通過關(guān)系對應(yīng)的表，可以通過項目信息工程學找到相關(guān)的工程模型，通過模型找到相關(guān)的工程單位，以決定模型和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和土木工程的單元之間的對應(yīng)關(guān)系，并構(gòu)建三維模型，

三、地理信息三維可視化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、在新的世紀，由于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展及環(huán)保理念在生活中不斷深入，通過地理信息可視化的三維系統(tǒng)可以對大氣環(huán)境，地表環(huán)境和地下水環(huán)境進行全面的監(jiān)測報告，可以把現(xiàn)實環(huán)境與客觀情況進行模擬，更好的對周圍的環(huán)境進行了解，讓我們對周圍環(huán)境現(xiàn)狀和客觀發(fā)展情況有一定了解，有利于更好地采取有效的措施進行管理和保護。

2、三維可視化地理信息系統(tǒng)可以更好的了解地質(zhì)環(huán)境，結(jié)構(gòu)組成等信息，讓這些信息擺在人們面前。

3、地理信息三維可視化系統(tǒng)用來監(jiān)測大氣情況，其包括空氣流速、風向、氣壓、成分變化的狀態(tài)等。

四、地理信息三維可視化系統(tǒng)的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）和地理系統(tǒng)的三維可視化已在國內(nèi)外成為業(yè)界的熱門話題。計算機信息技術(shù)仍處于不斷進步的階段。因此，地理信息系統(tǒng)的三維可視化的發(fā)展還需進一步的發(fā)展。必須形成一個三維可視化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須能保證從二維地理信息系統(tǒng)改變成為三維地理信息系統(tǒng)。然而，它并不能形成一個完美的三維地理可視化系統(tǒng)，只是單純從二維地理信息系統(tǒng)交換成三維可視化系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在經(jīng)歷快速的發(fā)展變革階段，我們必須要提高信息技術(shù)水平，將先進的技術(shù)使用到三維可視化系統(tǒng)中去，讓地理信息系統(tǒng)3D化更快實現(xiàn)，提升地理信息三維可視化系統(tǒng)在行業(yè)發(fā)展中的作用，幫助解決一些非常重要的問題。

結(jié)語 ：三維地理可視化系統(tǒng)的建立能夠讓人們?nèi)轿?、更直觀的了解真實的地理場景。它運用高科技手段完成對信息的采集和處理及監(jiān)管等，其主要運用了遙感、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等高新技術(shù)。三維地理信息系統(tǒng)提供給人們一種全新的了解地理情況和身邊工作生活的環(huán)境的辦法與手段，能適應(yīng)并預(yù)測地理的變化，尤其是GIS的空間信息綜合處理能力與直觀表現(xiàn)能力十分突出，在處理地理突發(fā)問題時，能幫助人們更好了解全局并進行模擬，讓人們直觀感更強烈。因此對三維地理信息系統(tǒng)的研究不僅具有相當重要的現(xiàn)實意義，同時也是人們十分迫切需要解決的問題之一。