真三维GIS技术进行

 

真三维GIS技术拓展

朱庆

(测绘遥感音讯工程国家重大实验室)

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

2010年1月11日

 

 

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近年来,卫星定位技术、航空航天遥感技术和电脑网络技术的敏捷提升推进了观念GIS技术及其使用暴发革命性的变迁。GIS因为提供了日益强劲的归咎分析、解析分析、定量分析和可视化分析等作用,由此已变为大千世界在广大的园地内领悟时空要素息争决复杂问题的重中之重工具。更加是出于越来越赏心悦目逼真的有余分辨率多时相遥感印象数据和海内外数字高程模型数据在网络环境下广泛可得,二维矢量地图、遥感印象和三维地形表面模型的混合使用已成为寻常人家家常便饭的要旨导航定位情势。GoogleEarth之类的“数字地球”让芸芸众生的确看到了一个“立体化”“逼真化”的世界,并随后改变了人们跟音信交互的艺术(《Nature》杂志
二零零六年六月16日“The web-wide
world”一文),三维GIS概念变为现行业界最紧俏的话题。遗憾的是,这个在斯巴鲁费用领域盛行的商业格局却被接入炒作,并蔓延到专业GIS领域。如若说三维GIS从1998年的“数字地球”概念炒作起来,二零零五年逐一出现谷歌Earth和Virtual
Earth而到达热捧的极端,更加多的正业和地方兴起建立“吸引眼球”的三维可视化系统,五花八门的三维可视化软件出现,甚至许多GIS业界的专业人士都认为这就是三维GIS的前途。随着对三维GIS技术大批量不切实际的期望破灭,人们不得不冷静下来认真想想三维GIS技术的优势和局限,以及其成熟度,并再一次归来可不止的升华轨道。本文试图从基本概念、应用需要和技艺动态等方面就真三维GIS技术的前行与演进进行简短的评说。

 

       
第一,本文的“真三维GIS”概念意在强调地上下室内外三维空间实体的三合一表示,既有自然的形势地势和地表的各样人工建筑物,还有野鸡的地质结构和各类工程设备与建筑物,优异整个三维实体空间全部的高精度建模和规范度量分析。三维意味着多维,真三维GIS技术框架自然包涵了价值观2维和2.5维的GIS技术内涵,并能依照要求提供方便的多维代表。众所周知,二维GIS紧要针对三维空间实体在平面地图空间中符号化的二维抽象表明,以摩天大楼和大巴等为代表的地上空间和野鸡空间的普遍开发应用正使得垂直的三维城市空间变得颇为错综复杂和充满风险,真三维的都会上空框架数据将是城市规划设计、建设管理、安全预防和汇总竞争能力的重大依托。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显然,殷切须要突破三维空间实体集成表示的瓶颈问题,而那种购并表示统一考虑了三维空间实体的几何、拓扑、外观和语义消息;由于多专业多源数据(包蕴既有的地图数据、现势的传感器数据和对以后的规划设计数据)的汇总选拔,要支持多源三维模型数据在语法和语义层面的无缝结合。即便按照星载或机载的过问雷达测量、水墨画测量和激光扫描等新一代对地观望技术驱动举世范围的高精度地形表面模型急速获得成为切实,但快捷取得大范围复杂目的的高精度多细节层次的三维几何模型仍旧是世界性难题,而详尽的室内和地下三维自动建模更具挑衅性。因而,现有多量的三维GIS应用还重点依靠人工建模手段,作用很低,成本极高,加上三维空间数据内容的局限性和片面性也制约了其行使的广度和纵深。那也是引致真三维GIS从炒作的“高峰”跌到“低谷”的重大原因。

 

       
第二,GIS技术至少有两大分明分歧的中坚应用,一个是专业化应用,另一个是斯宾得化应用。专业化应用要求无疑是牵引GIS大旨技术不断更新的源动力,而本田(Honda)化应用关键基于成熟的GIS技术和商业运行。GIS技术本来是为了土地规划管理标准应用须求而诞生的,随着GIS的不止成熟和网络化应用,寻常人家却逐步成为最常见的用户群体。假使说专业化应用更依赖GIS提供准确可相信的胸怀分析(metric),那么村夫俗子则必要越来越灵活直观的可视导航(visual)。与那两种必要紧密有关的是GIS最基本的空间数据基础:精确度量分析的数目基础是图片(graphic),而逼真可视导航的数额基础则是图像(image)。由此就很容易精晓为何高分辨率遥感印象能促使GIS大众化应用飞快普及了(《Nature》杂志二〇〇四年二月22日“Mapping
opportunities”一文)。很扎眼,专业化应用的GIS精确建模与分析分析效益要比东风标致化应用的形象地图导航定位成效复杂得多,因为斯巴鲁化的地图导航服务(如各类基于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)一般只要求卓殊简单的数据模型和格外简单而少于的可视化查询与分析作用。随着中国特点的城市化发展加速推进,垂直城市作为一个繁杂的巨系统急迫必要发展兼顾地上下大立体空间环境的城市规划设计、工程适宜性评价与优化规划、地质劫难与风险评价、应急响应决策等新技巧,本文的真三维GIS就是面向那样的专业化应用。随着GIS应用从扶助宏观规划管理决策到支撑微观设计和建设工程的不断深入,从二维到三维的必然发展趋势正突显一个加快态势,真三维GIS的专业化应用将一直贯穿一个工程的全经过(生命周期),而三维GIS与电脑帮忙设计(CAD),
建筑信息模型(BIM)
和建筑工程与建设(AEC)的无缝集成正带动一切工程设计与建设管理世界从二维图纸到三维协同安排与建筑的批判性变化。

 

      
第三,统计机三维图形技术的快速提升巨大地推动了三维GIS的可视化技术进步,乃至于World
Wind之类开源软件的选拔大大下跌了准入门槛,从而催生了多量所谓的“三维可视化GIS”软件。实际上,三维可视化仅仅是三维GIS的基本效率之一,而且那一个软件也主要分散在测绘遥感、地质矿产和规划设计与建造等不等标准领域,依然缺乏真正知足周边真三维空间数据集成管理、在线更新与分析利用的通用平台。为此,国内外正加快促进三维城市建模的口径和归咎能力更强的真三维GIS软件平台的研发。首先,一种用来表现三维城市目的的通用音讯模型CityGML1.0被当做OGC官方标准于二〇〇八年正规宣布,而且更具可操作性的中华夏族们共和国住房和城乡建设部揭橥的行业标准《城市三维建模技术标准》也将于当年表露施行。这个标准为统一城市三维模型制作技艺须要,保险真三维空间框架数据的准头和权威性、以及广大生产与周边共享奠定了主要基础。其次,作为世界GIS工业领袖的ESRI宣称增强了三维数据编辑、分析和可视化处理能力的ArcGIS
9.4即将推出;中国政党在863布署重点项目中也特意立项开发真三维GIS软件平台,积极商量地上与不法、室内与室外真三维城市空间音信集成应用的新形式;关于真三维GIS空间数据模型,可伸张的高可用的真三维GIS软件系列架构,高效的真三维空间数据库引擎,高性能三维可视化分析与真三维空间探索等关键技术如今有望收获突破。正是这么些规范的执行和关键技术的突破才让真三维GIS技术及其使用逐步走向成熟,并蕴育更普遍的腾飞空间。

 

       
值得注意的是,上述真三维GIS的技能内涵仍仅限于静态或时态空间实体的代表,而动态的时空现象如大气、海洋等还未丰硕考虑。但第一必须树立起最基础的真三维地理空间框架,才推向更好地意味着一切四维的环境(虚拟地理条件:VGE)。因为对那么些动态时空现象的象征不仅要运用精度高现势性好的传感器数据,还要选拔科学的数值模拟与展望数据,那就涉及到更加多业内领域分化时空现象的大体模型与表现模型。分明,“智慧地球”的建设须求对全体地球空间环境更透彻的感知,自然也对四维虚拟地理条件技术提议了逐月火急的急需,那才是真三维GIS技术升高的前途。

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