三維GIS期末考試重點(diǎn)解析講解學(xué)習(xí)

1、維 GI S 期 末 考 試 重 點(diǎn)解析1 - -FyH -ly, L林黃考出1、GIS的發(fā)展第一代GIS主機(jī)時(shí)代模塊化GIS第二代GIS 個(gè)人機(jī)時(shí)代組件式GIS1990 's 2000第三代GIS 第四代GIS互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大數(shù)據(jù)時(shí)代服務(wù)式GIS 高性能GIS's 2010' s20202、GIS的挑戰(zhàn)(1)大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)組織：數(shù)據(jù)來源廣泛，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入、集中存儲(chǔ)和處理困難；應(yīng)用數(shù) 據(jù)種類豐富，類型復(fù)雜；數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性高，空間索引維護(hù)代價(jià)高(2)復(fù)雜空間數(shù)據(jù)處理與分析：數(shù)據(jù)量更大，時(shí)空關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性要求高(3)多源地理空間信息融合與快速可視化：適應(yīng)多終端的高效繪制，

2、面向用戶的交互 式，協(xié)同制圖；海量多源、動(dòng)態(tài)的地理空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和可視化(4)開放式空間信息處理服務(wù)：多用戶、高并發(fā)訪問；實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)要求高；用戶生產(chǎn)內(nèi)3、高性能GIS的定義及特點(diǎn)(1)定義：高性能GIS (High Performance GIS),是基于集群、多核或眾核并行處理的高性 能計(jì)算架構(gòu)的新型GIS平臺(tái)，能高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地理空間信息處理和應(yīng)用。具有優(yōu)越的性能、 可獲取性、可伸縮性、靈活性、互操作性和可擴(kuò)展性。(2)特點(diǎn)：A.高性能地理空間數(shù)據(jù)訪問于檢索B.高性能地理計(jì)算C.地理計(jì)算算法的服務(wù)化插件式擴(kuò)展D.高性能地理空間信息可視化E. Web腳本化在線動(dòng)態(tài)交互制圖F.流程化地理計(jì)算與

3、專題地圖生成G.三維、流數(shù)據(jù)管理與可視化H.基于Web瀏覽器應(yīng)用4、三維GIS的定義、特點(diǎn)、常見功能、常用軟件(1)三維：是指在平面二維體系中又加入了一個(gè)方向向量構(gòu)成的空間系，一般指由長、寬、 高三軸所構(gòu)成的空間。(2) GIS:是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，對整個(gè)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(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)。(3)三維GIS:利用3s技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對地球空間信息進(jìn)行編碼、存 儲(chǔ)、轉(zhuǎn)入、分析和顯示的信息系統(tǒng)，是三維描述、可視化和分析管理的地理信息系統(tǒng)。(4)三維GIS的特點(diǎn)：A.三維GIS包容以為和二維對象，而且可視化

4、 2.5維和三維對象，其空間信息的展現(xiàn)更為直觀和逼B.三維GIS包容二維GIS的空間分析功能，而且多維度空間分析功能更加強(qiáng)大，如淹沒分析、日照分 析等。C.三維GIS比二維GIS更加直觀、逼真地表達(dá)客觀世界，能夠以虛擬立體的方式展現(xiàn)地理空間對象。D.與CAD及各種科學(xué)計(jì)算可視化軟件相比，三維 GIS以三維空間數(shù)據(jù)庫為核心，具有獨(dú)特的管理復(fù) 雜空間對象能力和空間分析能力。（5）常見功能：A.空間瀏覽功能B.空間查詢與統(tǒng)計(jì)C.動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)立體模擬D.三維空間分析與現(xiàn)實(shí)E.飛行瀏覽F.空間數(shù)據(jù)管理G.三維模型支持（6）常用軟件：A.國際三維 GIS軟件：Google Earth、ArcGIS 3D Sk

5、yline、World Wind、Virtual Earth;B.國內(nèi)三維 GIS軟件：EV-Globe （國遙新天地）、 GeoGlobe （武大吉奧）、 VRmap （靈圖）、 Supermap Realspace GIS （超圖）、IMAGIS （適普）、 EviaEarth （易偉航）、 CityMaker （偉景 行）、UGlobe （天下圖）、 Angeo （高德）、 BrightEarth （晶眾）、 UniGlobe （中科宇圖）、 MapGIS IGSS 3D（中地?cái)?shù)碼）、 CityEngine （ ESRJ .當(dāng)前研究和開發(fā)三維 GIS的思路可歸納為兩種：?三維GIS首先要

6、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)庫的角 度出發(fā)向三維GIS發(fā)展，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RDBMSS，或是從底層開發(fā)全新的面向空間的 OODBMS,口 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象管理藕合起來，形成集成系統(tǒng)。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

7、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(huì)、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?，F(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(gè)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

8、用戶的強(qiáng)烈需求。三維GIS當(dāng)前面臨的困難（1）三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)廉價(jià)獲取主要有兩個(gè)方面原因：一個(gè)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(gè)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(shí)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(chǔ)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(huì)遇 到大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備和快速處理 器外，還應(yīng)該研究軟件方

9、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(chǔ)、處理、分析和輸出等 GIS的各個(gè)環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響著整個(gè) 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)

10、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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)入嵌入GIS中，是三維GIS發(fā)展的一個(gè)重要方面。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(shí)機(jī)，這表現(xiàn)在如下幾個(gè)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

11、， 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(gè)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(gè)重要不同之處在于它有一個(gè)三維對象的視覺表現(xiàn)問題，這也是它的一個(gè)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?點(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

12、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)，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。5、地理空間地理空間是上至大氣電離層，下至地幔莫霍面，生命過程活躍的場所，也是宇宙過程對地 球影像最大的區(qū)域，包括地理空間定位框架（由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成的大地測量控 制）和所聯(lián)結(jié)的特征實(shí)體。6、空間數(shù)據(jù)定義、來源和基本特

13、征（1）定義：空間數(shù)據(jù)是指以點(diǎn)、線、面等形式，采用編碼技術(shù)對空間物體進(jìn)行特征描述及在 物體間建立相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)集。是地理信息系統(tǒng)的操作對象，具體描述地理實(shí)體的空間特 征、屬性特征和時(shí)間特征。(2)空間數(shù)據(jù)來源：地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、實(shí)地測量數(shù)據(jù)、文字和統(tǒng)計(jì)報(bào)告、元數(shù)據(jù)和 其他數(shù)據(jù)來源。地圖數(shù)據(jù)。來源于各種類型的普通地圖和專題地圖，這些地圖的內(nèi)容豐富，圖上實(shí)體間的空 間關(guān)系直觀，實(shí)體的類別或?qū)傩郧逦瑢?shí)測地形圖還具有很高的精度。(2)影像數(shù)據(jù)。主要來源于衛(wèi)星遙感和航空遙感，包括多平臺(tái)、多層面、多種傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度和多種分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)構(gòu)成多源海量數(shù)據(jù)，也是GIS的最有效的數(shù)據(jù)

14、源之一'o(3)地形數(shù)據(jù)。來源于地形等高線圖的數(shù)字化，已建立的數(shù)字高程模型(DEM)和其他實(shí)測的地形 數(shù)據(jù)等。(4)屬性數(shù)據(jù)。來源于各類調(diào)查報(bào)告、實(shí)測數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料、解譯信息等。(5)元數(shù)據(jù)。來源于由各類純數(shù)據(jù)通過調(diào)查、推理、分析和總結(jié)得到的有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)權(quán)屬、數(shù)據(jù)產(chǎn)生的時(shí)間、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)分辨率、源數(shù)據(jù)比例尺、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方 法等。(6)其他：如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)，也是重要的數(shù)據(jù)來源之一。(3)空間數(shù)據(jù)的基本特征：A.空間特征：空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征B.專題(屬性)特征：除了時(shí)間和空間特征以外的空間現(xiàn)象的其他特征C.時(shí)間特征：空間實(shí)體隨著時(shí)間變

15、化而變化的特征D.空間關(guān)系特征：拓?fù)潢P(guān)系、順序關(guān)系和度量關(guān)系 等。方向(順序)關(guān)系：地理事物在空間中的相互方位和排列順序。度量關(guān)系：(1)定位信息：點(diǎn)、線、面等用坐標(biāo)對、坐標(biāo)用、閉合坐標(biāo)申描述；(2)無約束的幾何距離(3)有約束的幾何距離拓?fù)潢P(guān)系：網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素節(jié)點(diǎn)、弧段、面域之間的空間關(guān)系。包括拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián)和拓?fù)?包含。九交模型設(shè)有現(xiàn)實(shí)世界的兩個(gè)簡單實(shí)體 A B, B(A)、B(B)表示A、B的邊界，I(A)、I(B)表示A、B 的內(nèi)部，E(A)、E(B)表示A、B的余。Egenhofer1993構(gòu)造出一個(gè)由邊界、內(nèi)部、余的點(diǎn)集 組成的9交空間關(guān)系模型(9 IntersectionMode

16、l, 9-IM ).B(A)A B(B)B(A)A I(B)B(A)A E(B)I(A)n b(b)I(A)n i(b)I(A)n e(b)E(A)A B(B)E(A)A I(B)E(A)A E(B)(矩陣中每個(gè)都有“空”與“非空”兩個(gè)取值 9個(gè)元素總共有29=512種可能)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)抽象類型?點(diǎn)(Point )：又稱為元素(Element )或象元(Pixel ),是一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，具有一對 (x、v)坐標(biāo)和至少一個(gè)屬性。?線(Line)：是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，由一個(gè)坐標(biāo)對序列表示，坐標(biāo)對順序與線的開頭有關(guān)，線上每個(gè)點(diǎn)有不多于二個(gè)鄰點(diǎn)。?面(Area)：是具有相同屬性的點(diǎn)的軌跡，以

17、(x、y)坐標(biāo)對的集合表示，坐標(biāo)對的排列 順序不影響面的形態(tài)，其內(nèi)部點(diǎn)可以有多于三個(gè)的鄰點(diǎn)，面內(nèi)點(diǎn)具有至少一個(gè)相同屬性。?區(qū)域(Region)：空間上相鄰或重疊的點(diǎn)、線、面要素可以按一定的地理意義組成區(qū)域。?體(Volume):三維實(shí)體。?(有的GIS系統(tǒng)將空間特征實(shí)體稱為feature ) 7、為什么說拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)和處理是 GIS的關(guān)鍵？拓?fù)潢P(guān)系是指網(wǎng)結(jié)構(gòu)元素節(jié)點(diǎn)、弧段、面域之間的空間關(guān)系。包括拓?fù)溧徑印⑼負(fù)潢P(guān)聯(lián) 和拓?fù)浒?。在地理信息系統(tǒng)中，拓?fù)潢P(guān)系不但用于空間數(shù)據(jù)的編碼和組織，而且在空間分析和應(yīng)用 中都具有非常重要的意義：A.根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，不需要利用坐標(biāo)或距離，可以確定一種地理實(shí)體相對

18、于另一種地理實(shí)體的空間位 置關(guān)系B.利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢C.可以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實(shí)體。十三維模型(facial iiMxkh O'模型(mined imfcD現(xiàn)則棒兒II-則體幾不短螂:用-EN)靖構(gòu)實(shí)體兒網(wǎng)(CSC)網(wǎng)，體格間(TEN)TIN esn 矗 >格網(wǎng)ggW 豪(VbxHl3"，塔4丹川nidiHybrid模用1、父樹flklnxj二桃柱ITFJWne FraiiKr-Bknk ；【£A. RI稅機(jī)fW吐h訓(xùn)或用連切片 d.Hiked siMzeh?計(jì)件NmJki地池細(xì)胞K inxclluku-)Ottrec-TEN 混合

19、斯闿序列Series Sccl kuv】說小塊仲(Regnlnr Block)為力城小”nrgularBlocky斷闿-曲網(wǎng)泥合(fTIN mi.xeJl實(shí)由SokHL： DEM%3n Mxihh)!圖jl蟲=岫柱yTP)三維空間建模法分類3D空間構(gòu)?；诿婺Ｐ偷臉?gòu)模 TIN與GRID模型TIN方法將無重復(fù)的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)集按照Delaunay規(guī)則進(jìn)行三角剖分，使這些離散點(diǎn)形成連續(xù)但不重疊的不規(guī)則三角面片網(wǎng)，并以該三角網(wǎng)描述3D物體的表面。Grid方法要考慮到采樣密度和分布的非均勻性，經(jīng)過數(shù)據(jù)內(nèi)插處理后形成規(guī)則的平面分割網(wǎng)絡(luò)。共同點(diǎn)：這兩種構(gòu)模方法都可以用于地形表面的模擬，也可以表達(dá)某種層狀結(jié)構(gòu)的

20、空間實(shí)體，例如層狀礦床、巖層等。表面構(gòu)模不能描述3D物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與屬性。- 從等高線數(shù)據(jù)中選取重要的點(diǎn)構(gòu)成TIN,并生成規(guī)則格網(wǎng)，在兩者數(shù)據(jù)量相同的情況下，TIN數(shù)據(jù)具有最小的中誤差 RMS;- 與數(shù)字正射影像（DOM）的疊加方面，基于 TIN的地形圖與影像的吻合程度比規(guī)則格網(wǎng)的地形圖好；- 當(dāng)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量減少時(shí)，規(guī)則格網(wǎng)模型的質(zhì)量比TIN模型降低的速度快，但隨著采樣點(diǎn)或數(shù)據(jù)密度的增加，兩者的差別會(huì)越來越小。- 從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)占用的數(shù)據(jù)量來看，在頂點(diǎn)個(gè)數(shù)相同的情況下，TIN的數(shù)據(jù)量要比規(guī)則格網(wǎng)的大 （約310 倍）。 邊界表示（B-rep）模型 線框（Wire Frame ）模型線框構(gòu)模技術(shù)

21、實(shí)質(zhì)是把目標(biāo)空間輪廓上兩兩相鄰的采樣點(diǎn)或特征點(diǎn)用直線連接起來，形成一系列多邊形；然后把這些多邊形面拼接起來形成一個(gè)多邊形網(wǎng)格來模擬地質(zhì)邊界或開挖邊界。線框模型也成為相連切片（Linked Slices）模型。斷面（Section）模型通過平面圖或剖面圖來描述礦體，記錄地質(zhì)信息。斷面-三角網(wǎng)混合模型多層DEM構(gòu)模首先基于各地層的界面點(diǎn)DEM的方法對各個(gè)地層進(jìn)行插值或擬合，然后根據(jù)各地層的屬性對多層DEM進(jìn)行交叉劃分處理，形成空間中嚴(yán)格按照巖性（或土壤性質(zhì)）為要素進(jìn)行 劃分的3D地層模型的骨架結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，引入點(diǎn)、線、面、體對象，并按拓?fù)潢P(guān)系， 完成對3D空間的描述?；隗w模型的構(gòu)?；鵉規(guī)則體

22、元構(gòu)模結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何(CSG)構(gòu)模3D體素(Voxel)構(gòu)模八義樹(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CTri-Prism)構(gòu)模地質(zhì)細(xì)胞(Geocellular)模型非規(guī)則塊體(Irregular Block)構(gòu)模委體(Slolid)構(gòu)模3DV°ronoi 圖模型廣義三棱柱構(gòu)模結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何(CSG)模型基本思想：將簡單的幾何形體(如立方體、圓柱體等)，通過幾何變換和正則布爾操作交)，生成一顆有序二叉樹(CSG樹)，以CSG樹表示復(fù)雜形體。3D體素(Voxel)模

23、型該模型的實(shí)質(zhì)是以一組規(guī)則尺寸的 3D體素(a=b=c)來剖分所要素模擬的空間，其實(shí)質(zhì)是 2Dgrid模型在3D空間中擴(kuò)展。Voxel構(gòu)模的優(yōu)點(diǎn)就是在編制程序時(shí)可以采用隱含的定位技 術(shù)，以節(jié)省存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間。 Voxel雖然結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但表達(dá)空間位置的幾何 精度低，且不適合于表達(dá)和分析地質(zhì)實(shí)體之間的空間關(guān)系。八叉樹(Octree)模型基本思想：該模型類似于2DGIS中的四叉樹Grid模型，其實(shí)質(zhì)上是對Voxel模型的壓縮改 進(jìn)。Octree模型將3D空間區(qū)域分成8個(gè)象限，且在樹上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ) 8個(gè)數(shù)據(jù)元素。當(dāng) 象限中所有體元的類型相同時(shí)，該類型值存入相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)元素中。非均質(zhì)

24、象限在進(jìn)行象 限細(xì)分，并由該節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)元素指向數(shù)中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如此細(xì)分直到每個(gè)節(jié)點(diǎn)所代表 的區(qū)域都是均質(zhì)體為止。該模型已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械學(xué)等領(lǐng)域。針體(Needle)模型基本思想：用一組具有相同截面尺寸的不同長度或高度的針狀柱體對某一非規(guī)則3D空間D地物或地質(zhì)體進(jìn)行空間分割。規(guī)則塊體(Regular Block )模型基本思想：把要建模的空間分割成規(guī)則的 3D立方網(wǎng)格，稱為Block。四面體網(wǎng)格(TEN)模型TEN模型是在3D Delaunay三角化研究的基礎(chǔ)上提出的，是一個(gè)基于點(diǎn)的TEN (tetrhedralnetwork)的3D矢量數(shù)據(jù)模型。TEN構(gòu)模以四面體作為描述空

25、間實(shí)體的基本幾何體素，將任 意一個(gè)三維空間體劃分成一系列鄰接不重疊的不規(guī)則四面體。金字塔(Pyramid )模型類似于TEN模型，只不過是用4個(gè)三角面片和1個(gè)四邊形封閉形成的金字塔狀模型來實(shí)現(xiàn)對 空間數(shù)據(jù)場的剖分。該數(shù)據(jù)某型可以描述體的內(nèi)部，但其數(shù)據(jù)維護(hù)和模型更新困難，一般很 少米用。三棱柱(Tri-Prism, TP )模型TP模型是常采用的簡單3D地空間構(gòu)模技術(shù)。由于TP體元的定義，該模型的優(yōu)點(diǎn)是對拓?fù)?關(guān)系的描述較好，建模靈活；由于 TP模型的前提是三條棱邊相互平行，因而不能基于實(shí)際 的偏斜鉆孔來構(gòu)建真3D地質(zhì)，也難以處理復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造。適用于地層和礦體的建模。地質(zhì)細(xì)胞(Geocellul

26、ar)模型其實(shí)質(zhì)是Voxel模型的變種，即在XY平面上仍然是標(biāo)準(zhǔn)的Grid剖分，而在Z方向則依據(jù)數(shù)據(jù)場模型或地層界面變化進(jìn)行實(shí)際劃分，從而形成逼近實(shí)際界面的3D體元空間剖分。Geocellular可以形成逼近實(shí)際界面的3D體元空間剖分，但需要做大量空間數(shù)據(jù)內(nèi)插。實(shí)體(Solid)模型該法采用多邊形網(wǎng)格來精確描述地質(zhì)和開挖邊界，同時(shí)采用傳統(tǒng)的塊體模型來獨(dú)立地描述形體內(nèi)部的品位或質(zhì)量的分布，從而既可以保證邊界構(gòu)模的精度，又可以簡化體內(nèi)屬性表達(dá)和 體積計(jì)算。Solid法優(yōu)點(diǎn)是能精確表達(dá)較復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造和進(jìn)行體積計(jì)算以及儲(chǔ)量估算，缺點(diǎn)是 人工交互工作量巨大。3D Voronoi圖模型3D Voronoi

27、圖是2D Voronoi圖的3D擴(kuò)展。其實(shí)質(zhì)是基于一組離散采樣點(diǎn)，在約束空間內(nèi)形 成一組面、面相鄰而互不交叉的多面體，用該組多面體完成對目標(biāo)空間的無縫分割。該模型 可適用于海洋、污染、水體及金屬礦體構(gòu)模，對于含界面約束的構(gòu)模則難以適應(yīng)。廣義三棱柱(Generalized Tri-Prism, GTP)模型針對地質(zhì)鉆孔尤其是深鉆偏斜的特點(diǎn)，提出一種可以不受三棱柱棱邊平行限制的類三棱柱模型(Analogical Tri-Prism , ATP)構(gòu)模方法，后發(fā)展為廣義 三棱柱構(gòu)模(GTP),并將TP構(gòu)模稱為其特例。GTP可以方便地實(shí)現(xiàn)空間鄰接和空間臨近查 詢與分析。而且，GTP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)充，方便

28、了模型的局部細(xì)化與動(dòng)態(tài)維護(hù)。WireFrame- Block 混合模型即以WireFrame模型表達(dá)目標(biāo)輪廓或地質(zhì)與開挖邊界，以 Block模型填充其內(nèi)部。為提高邊 界區(qū)域的模擬精度，可按某種規(guī)則對 Block進(jìn)行細(xì)分，如以 WireFrame的三角面與Block體 的截割角度為準(zhǔn)則來確定Block的細(xì)分次數(shù)(每次可沿一個(gè)方向或多個(gè)方向?qū)⒊叽鐪p半)。 該模型優(yōu)點(diǎn)是能描述任意形狀的礦體，能滿足任意精度要求；缺點(diǎn)是當(dāng)控制點(diǎn)加密而引起地 質(zhì)界面變化時(shí)，都要重新修改曲面并分割 Blocko適用于礦體建模。8、可視化、GIS可視化、三維GIS可視化的概念(1)可視化：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和方法，對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)

29、行處理，并用圖形、圖像、動(dòng)畫等形 式，形象具體地將計(jì)算過程和結(jié)果顯示表現(xiàn)出來，使人們能較直觀地觀察其數(shù)據(jù)特性，增強(qiáng) 人們對數(shù)據(jù)的理解。(2) GIS可視化：基于科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)、認(rèn)知科學(xué)和通 信學(xué)等，以識(shí)別、解釋、表現(xiàn)和傳輸為目的的直觀表示地理信息的技術(shù)和方法。(3)三維GIS可視化：將GIS數(shù)據(jù)展現(xiàn)了三維圖形中，以更好地對 GIS空間數(shù)據(jù)進(jìn)行閱讀 與分析。9、三維GIS可視化表現(xiàn)方式和三維顯示過程(1)表現(xiàn)方式包括：電子地圖、三維仿真地圖、四維時(shí)空地圖和多媒體地圖。(2)顯示過程：三維建模投影變換視口變換光照模型紋理映射三維GIS可視化技術(shù)包括：三維繪制的加速處

30、理技術(shù)，實(shí)時(shí)漫游中的碰撞檢測技術(shù)，層次 細(xì)節(jié)紋理映射。10、三維GIS可視化建模技術(shù)(1)三維地形可視化建模技術(shù)：數(shù)字高程模型對三維地形可視化建模效果有著至關(guān)重要的影 響。DEM建模方法有四種：基于點(diǎn)的建模方法，基于三角形的建模方法，基于網(wǎng)格的建模方 法和任意兩種方法結(jié)合起來的混合建模方法，其中最常用的是基于三角形和基于網(wǎng)格的建模 方法。利用離散點(diǎn)構(gòu)造網(wǎng)格的方法和利用離散點(diǎn)構(gòu)造不規(guī)則三角形的方法。(2)三維實(shí)體可視化建模技術(shù)：基于圖形的建模方法(基于2DGIS、航空遙感影像、CAD、激光掃描的建模方法)、基于圖像的建模方法(紋理貼圖、環(huán)境貼圖、全景建模 法)、集成的建模方法。三維GIS可視化應(yīng)

31、用由于三維GIS可視化能夠直觀地將數(shù)據(jù)展現(xiàn)給用戶，使得用戶能夠較容易地理解數(shù)據(jù)中的含義，給用戶提供很大方便，因此三維 GIS可視化的應(yīng)用是十分廣泛的，三維 GIS可視化在地 質(zhì)、海洋、城市、水利、交通、旅游、氣象、軍事、通信、電力等行業(yè)均能發(fā)揮重要作用。三維GIS可視化發(fā)展三維GIS可視化的發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)初見成效，但仍然有許多亟待解決的問題，例如：三維建模自 動(dòng)化技術(shù)，三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)優(yōu)化，三維圖形顯示刷新速率，三維圖形瀏覽操作優(yōu)化，三維 GIS可視化與三維GIS空間分析的交互性能提升，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘與三維自動(dòng)建?？梢暬夹g(shù) 的實(shí)現(xiàn)為解決這些問題，硬件設(shè)施的進(jìn)步發(fā)展自不必說，但軟件方面的也必須加快腳

32、 步，才能更高效地促進(jìn)三維 GIS可視化的發(fā)展。當(dāng)前社會(huì)上主流的三維開發(fā)語言有OpenGLDirect3D、Vrml、HTML5 Java3D 11、三維GIS軟件的開發(fā)方式、主要關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展前景(1)主要開發(fā)方式：A.通過底層開發(fā)實(shí)現(xiàn)：基于可視化面向?qū)ο箝_發(fā)語言環(huán)境和三維編程接口的開發(fā)方式，效率較高B.在現(xiàn)有GIS平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)(3)在三維可視化軟件商通過插件的形式實(shí)現(xiàn)。(2)主要關(guān)鍵技術(shù)：A.三維數(shù)據(jù)模型：基于面的模型、基于體的模型和基于混合構(gòu)模的模型B.海量數(shù)據(jù)管理：構(gòu)建進(jìn)行分塊處理和按等級(jí)組織的影像金字塔結(jié)構(gòu)C.實(shí)時(shí)三維可視化操作：采用視景體裁剪和空間目標(biāo)的簡化D.細(xì)節(jié)層次技

33、術(shù)：對同一場景或場景中的物體，使用具有不同細(xì)節(jié)的描述方法得到一組模型，供繪制時(shí)選擇使用E.三維GIS的數(shù)據(jù)分析技術(shù)：三維 GIS提供深刻解析的空間分析，空間分析方法主要有基于圖形的方 法和基于數(shù)據(jù)的方法，復(fù)雜分析能力是三維GIS的一大特色如計(jì)算空間距離、表面積和體積、通視性和可視域等。(3)發(fā)展前景：(將在以下方面發(fā)生變化)A.在三維GIS軟件技術(shù)方面，包括適應(yīng)地圖可視化，網(wǎng)上海量空間數(shù)據(jù)可視化，不確定性地理信息可 視化，地學(xué)多維信息可視化與分析，地理知識(shí)可視化，分布協(xié)同可視化，協(xié)同虛擬地理環(huán)境等技 術(shù)的發(fā)展B.在三維GIS軟件標(biāo)準(zhǔn)方面，深化和完善三維空間信息的網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化，為眾多廠商的競爭

34、提供統(tǒng) 一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范C.在三維GIS軟件應(yīng)用方面，從行業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)大眾，將紛繁復(fù)雜的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成到三維GIS軟件將成為未來發(fā)展的重中之重D.綜上所述，在空間信息的社會(huì)化服務(wù)中，基于三維GIS軟件的應(yīng)用有著越來越明顯的優(yōu)越性和不可替代性。12、時(shí)態(tài)GIS概念、時(shí)空數(shù)據(jù)模型和時(shí)空建模的流程(1)概念：時(shí)態(tài)GIS是建立在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫、GIS和人工智能等基礎(chǔ)上的一種綜合型應(yīng)用性技 術(shù)，其研究對象時(shí)時(shí)空世界中遵循著誕生、成長生存，直至死亡等自然規(guī)律的事物和現(xiàn)象的 時(shí)空信息。(2)時(shí)空數(shù)據(jù)模型：A.空間時(shí)間立方體模型B.序列快照模型C.基態(tài)修正模型D.空間時(shí)間組合體模型E.面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型(3)時(shí)空建模流程：數(shù)字正射影像圖(DOM,DigitalOrthophotoMap):是對航空(或航天