朱庆:真三维GIS技术拓展

 

真三维GIS技术拓展

朱庆

(测绘遥感信息工程国家主要实验室)

http://vrlab.whu.edu.cn/

2010年1月11日

 

 

       
近年来,卫星定位技术、航空航天遥感技术和处理器网络技术的便捷发展推向了传统GIS技术及其使用来革命性的浮动。GIS因为提供了逐月强大的汇总分析、解析分析、定量分析与可视化分析等作用,因此曾经成人们以广大的世界内明时空要素和缓解复杂问题的重要性工具。特别是由越来越好看逼真的余分辨率多时相遥感影像数据以及世界数字高程模型数据在网络环境下周边而得,二维矢量地图、遥感影像和三维地形表面模型的鱼龙混杂使用已化作普通百姓习以为常的基本导航定位法。Google
Earth之类的“数字地球”让人们真正看到了一个“立体化”“逼真化”的世界,并下改变了人人和音相互的方式(《Nature》杂志
2006年2月16日“The web-wide
world”一柔和),三维GIS概念变为今天业界最抢手之话题。遗憾的凡,这些当万众消费领域盛行的商业模式却深受通炒作,并蔓延到正式GIS领域。如果说三维GIS从1998年之“数字地球”概念炒作起来,2005年逐条出现Google
Earth和Virtual
Earth而到达热捧的终点,越来越多之行及地方兴起建立“吸引眼球”的老三维可视化系统,五花八门的老三维可视化软件出现,甚至群GIS业界的专业人士都认为当下就算是三维GIS的未来。随着对三维GIS技术大量勿切实际的愿意破灭,人们只好冷静下来认真考虑三维GIS技术的优势及局限,以及其成熟度,并重新返回可不断的提高则。本文拟打基本概念、应用需求及技巧动态等方面就真三维GIS技术之进化以及演进进行简单的评论。

 

       
第一,本文的“真三维GIS”概念了在强调地上下室内外三维空间实体的合龙表示,既出当之地势地势和地表的各种人为建筑物,还有非法的地质结构和各种工程装备和建筑物,突出整个三维实体空间整体的胜精度建模和高精度度量分析。三维意味着多维,真三维GIS技术框架自然包含了民俗2维和2.5维的GIS技术内涵,并会因需要提供方便的多维表示。众所周知,二维GIS主要对三维空间实体在面地图空间中符号化的二维抽象表达,以厦和地铁等呢表示的地上空间与暗空间的普遍开发以正使垂直的老三维城市上空更换得远复杂和充满风险,真三维的城空间框架数据以凡城市规划设计、建设管理、安全戒备以及汇总竞争能力的显要依托。二维GIS技术难以完全准确表示三维城市空间的局限越来越明确,迫切需要突破三维空间实体集成表示的瓶颈问题,而这种购并表示统一考虑了三维空间实体的几乎哪、拓扑、外观以及语义信息;由于大多专业多源数据(包括既有的地图数据、现势的传感器数据及针对性前景底规划设计数据)的汇总使用,要支持多源三维模型数据以语法和语义层面的无缝结合。尽管根据星载或机载的过问雷达测量、摄影测量和激光扫描等新一代对地观测技术让世界限量的胜精度地形表面模型快速获得成为现实,但快速取得很范围复杂目标的高精度多细节层次的老三维几哪模型仍然是世界性难题,而详尽的室内和伪三维自动建模更有着挑战性。因此,现有大量底三维GIS应用还要害因人工建模手段,效率非常没有,成本不过高,加上三维空间数据内容之局限性和片面性也制约了该行使的广度和深。这为是引致真三维GIS从炒作的“高峰”跌至“低谷”的重中之重因。

 

       
第二,GIS技术至少发生星星点点分外明确不同之为主下,一个凡是专业化应用,另一个凡大众化应用。专业化应用需求的是牵引GIS核心技术持续创新之源动力,而大众化应用主要基于成熟的GIS技术与商运作。GIS技术自是为了土地规划管理规范应用需求而生之,随着GIS的无休止成熟以及网络化下,普通百姓却逐年成为最为普遍的用户群体。如果说专业化应用更依赖GIS提供高精度可靠的气量分析(metric),那么普通百姓则用越来越灵敏直观的可视导航(visual)。与这有限栽需求紧密有关的是GIS最核心的空间数据基础:精确度量分析的数据基础是图表(graphic),而逼真可视导航的数基础则是图像(image)。由此就不行爱懂为什么高分辨率遥感影像能促使GIS大众化应用迅速普及了(《Nature》杂志2004年1月22日“Mapping
opportunities”一温柔)。很明白,专业化应用的GIS精确建模与析分析效益而比大众化应用的影像地图导航定位功能复杂得差不多,因为大众化的地形图导航服务(如各种基于DEM和DOM的可量测虚拟地球服务,以及实景三维地图服务等等)一般就待非常简单的数据模型和非常简单而简单的可视化查询和析效益。随着中国风味的城市化发展加快推动,垂直城市当一个繁杂的大批网迫切需要发展兼顾地上下颇立体空间环境之城市规划设计、工程适宜性评价暨优化规划、地质灾害及风险评价、应急响应决策等新技巧,本文的真三维GIS就是面向这样的专业化应用。随着GIS应用由协助宏观统筹管理决策到支持微观设计和建设工程的不断深入,从二维交三维的肯定发展趋势正呈现一个加速态势,真三维GIS的专业化应用将直贯穿一个工程的咸经过(生命周期),而三维GIS及计算机辅助设计(CAD),
建筑信息模型(BIM)
和建筑工程与建设(AEC)的无缝集成正带动所有工程设计与建设管理领域从二维图纸到三维协同计划以及建筑的批判性变化。

 

      
第三,计算机三维图形技术的飞快前进大地推了三维GIS的可视化技术进步,乃至于World
Wind之类开源软件的利用大大降低了准入门槛,从而催生了大量所谓的“三维可视化GIS”软件。实际上,三维可视化仅仅是三维GIS的基本功能之一,而且这些软件也根本分散在测绘遥感、地质矿产和规划设计与建等不等专业领域,仍然缺少真正满足广大真三维空间数据并管理、在线更新和分析下之通用平台。为之,国内外正加速推进三维城市建模的口径以及汇总力量更胜似的真三维GIS软件平台的研发。首先,一种用来见三维城市目标的通用信息模型CityGML1.0为当作OGC官方标准给2008年标准公布,而且更富有可操作性的中华人们共和国住房及城乡建设部颁发的行业标准《城市三维建模技术专业》也以吃今年披露执行。这些规范吧联合都三维范制作技巧要求,保证真的三维空间框架数据的准头和权威性、以及广生产与常见共享奠定了最主要基础。其次,作为世界GIS工业领袖的ESRI宣称增强了三维数据编辑、分析与可视化处理能力的ArcGIS
9.4即将生产;中国政府当863计划重点项目中为特别立项开发真三维GIS软件平台,积极探讨地上和私、室内和室外真三维城市空间信息集成应用的新模式;关于真三维GIS空间数据模型,可扩大的过人可用的真三维GIS软件体系架构,高效之真三维空间数据库引擎,高性能三维可视化分析及真三维空间探索等关键技术近期有望收获突破。正是这些标准的履以及关键技术的突破才给真三维GIS技术及其使用稳步走向成熟,并蕴育更常见的进化空间。

 

       
值得注意的是,上述真三维GIS的技术内涵仍就限于静态或时态空间实体的意味,而动态的时空现象要大气、海洋等还免充分考虑。但第一得树立从最基础的真三维地理空间框架,才推向重新好地意味着整个四维的条件(虚拟地理条件:VGE)。因为对这些动态时空现象之表示不仅要用精度高现势性好之传感器数据,还要采取科学的数值模拟和展望数据,这就干到还多专业领域不同时空现象之大体模型与表现模型。显然,“智慧地”的建设要对全体地球空间环境还透彻的感知,自然吧针对四维虚拟地理条件技术提出了逐月紧迫的急需,这才是真三维GIS技术进步的前程。

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