城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法

大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.     

三维地质建模若干基本问题探讨

由于地质数据及其应用本身所具有的复杂性、不确定性、信息不完备等特点,使得三维地质建模成为制约三维GIS研究及其应用的主要瓶颈之一。讨论三维空间数据模型的设计,提出“多元数据—多方法集成—多层次干预”的“三多”建模思路;从建模尺度、数据源、建模工具等方面对建模方法进行分类;分析三维地质建模的关键技术,包括三维地质模型构建、海量模型数据操作和多元数据一体化耦合显示;针对三维地质建模系统的开发提出6项建议,分析近期三维地质建模的研究热点。     

基于GTP的地下工程与围岩一体化真三维空间构模

针对地下工程开挖体的基本特征及其真三维建模要求，在广义三棱柱(GTP)模型的基础上进行扩展，提出采用E—GTP模型来构建地下工程开挖体的真三维模型。通过与其围岩地质体的G—GTP模型的耦合，实现了基于GTP的工程开挖体与围岩地质体的一体化建模。该模型将地下三维空间实体抽象为点、线、面、体四类对象，通过结点、TIN边、侧边、TIN面、侧面和GTP体元共6个基本几何元素进行统一表达。该文重点讨论了E—GTP的建模原理与方法，并介绍了基于面向对象思想的一体化空间数据结构。     

ArcScene校园三维场景的建立

1.三维建模概述三维建模并不只是简单地利用软件建立一个立体三维的物体模型,更多的是根据周围人文、地理环境等进行三维景观建模。早期的三维建模是随着“数字地球”、“数字城市”的提出以及发展而相应产生的。随着城市规划的发展以及地理信息技术的不断加速,三维景观建模主要涉及到城市规划、水利工程、区域重建、广场改造、校园规划等领域。由于三维景观建模不但要考虑艺术性和观赏性,更要考虑地形、水体、植被、土地利用情况等。三维景观建模技术越来越需要地理信息技术的支持。基于编程技术的建模通常采用VRML、Java3D、Cult3D、Shockwave3D等方式。每种方法的优缺点各异,适用范围也不同。     

基于GIS-GOCAD耦合技术的三维地质建模

常规GIS技术建立的伪三维模型不能满足复杂地质体三维建模的需要,也不能用于三维数值模拟计算.GOCAD采用离散平滑内插方法(DSI)计算三维图形中线段或三角形的节点位置,降低了线或面的粗糙程度,实现了真三维模型的构建.为了充分发挥GIS空间数据处理能力和GOCAD真三维建模能力,研究基于GIS-GOCAD耦合技术的三维地质建模,实现了从GIS的2D数据结构到GOCAD的3D数据结构的自由转换,提升了GOCAD的三维地质建模能力.选取成兰铁路(成都—兰州)龙门山段作为示范研究区,建立其三维地质模型,直观、立体地展示了研究区地质体结构的宏观基本形态,并为进一步的三维数值模拟奠定了几何模型基础.     

基于钻孔数据的三维地层模型的构建

三维地质建模是三维GIS在地学中的一个重要应用,三维地层模型对实际的地质分析极为有用。在综合前人研究成果的基础上,提出了一种由工程钻孔数据构建三维地层模型的方法。该方法以钻孔资料作为地层建模的源数据,具有简单实用、快速稳健的特点,并且能够将用户手工编辑修改的钻孔剖面图融入实际建模流程,解决了以往单纯依靠钻孔数据进行建模而导致的建模结果不精确且难以修正的问题。该文介绍了该方法的基本思想与实现流程,探讨了断层数据的加入对模型的影响及解决方案,并通过一个建模实例展示了该方法的实际建模效果。     

巢湖西湖岸新石器-商周遗址空间分布规律及其成因

将地理信息系统空间分析方法引入巢湖西湖岸新石器-商周遗址考古工作,通过点密度分析、空间距离分析、三维分析、缓冲区分析等方法研究遗址空间分布规律及其影响因素。研究表明自新石器至商周时期研究区内遗址时空分布呈现:随时间推移由湖岸边逐渐向西北部扩展,后迁移至南部,再均匀扩散的遗址迁移轨迹;先民多选择靠近水源、地势平坦、土壤肥沃的自然岗地、河谷阶地、山麓面居住,导致古遗址空间上大致呈线状、团聚状、分散状等分布特征,具有明显的河谷谷地指向性、阶地岗地指向性、土壤指向性等规律。提出遗址分布在早期可能主要受到气候水文、地貌、植被土壤等自然因素影响,后期生产力发展水平、经济生活方式等人文因素影响加重。本研究为GIS支持下区域考古研究提供了合适的研究实例,同时GIS方法得到一些推论假设仍需要田野考古调查与发掘等进一步佐证。     

一种针对海洋GIS应用的建模方法研究

为提高海洋GIS分析效率,使系统分析模型更简洁、更具领域特性,在分析相关针对GIS建模研究的基础上,利用UML的扩展机制,定义针对海洋GIS的面向对象建模语言UML-M。描述UML-M的元模型,研究基于UML-M的空间对象和空间关系的模型表现方法,包括简单空间对象、覆盖对象、复杂空间对象、时空对象等。实例分析表明,UML-M可以很好地应用在海洋GIS中。     

面向塔式建筑物的无人机环拍三维建模方法研究

塔式建筑物具有结构高大细长、形状不规则及纹理信息丰富等特征,对其三维建模的难度较大。该文提出一种无人机环拍摄影的三维建模方法,即选用小型旋翼无人机搭载单相机,以环拍摄影的方式获取影像并构建实景三维模型。以云南大学塔式建筑为研究对象,采用环拍摄影和倾斜摄影两种方式获取影像,分别构建塔式建筑物的三维模型,并从控制点精度、纹理细节信息及模型复杂度三方面对比两类影像的建模效果。结果表明:基于环拍摄影的塔式建筑物三维建模效果优于基于倾斜摄影的三维建模效果,其模型纹理细节缺失少、控制点精度较好、完整度高。     

基于对象关系数据库的时空数据模型研究

一体化时空数据建模是新一代GIS理论与技术研究的重要基础。基于对象关系数据库探讨时空数据库的数据建模方法,提出综合考虑矢量和栅格数据一体化的时空数据模型。首先基于基本类型派生定义矢量和栅格抽象数据类型,在此基础上定义时空数据类型为一系列空间类型的时间片序列。该抽象数据类型的定义包括其数据对象和相关操作,将其嵌入对象关系数据库中,扩展其时空数据的存储和查询能力。利用该数据模型,可以统一考虑矢量和栅格数据,建立基于对象关系的时空数据库,并支持矢量—栅格一体化时空数据访问和操作,进而对新一代GIS技术的研究与实现起到重要支撑作用。     

网络环境下数据简化与数据调度的若干关键技术

网络环境下进行二维电子地图与三维虚拟场景集成,关键问题之一是数据快速、有效地传输与表达。为了解决网络电子地图与三维虚拟场景集成过程中数据快速传输问题,该文讨论了空间数据多级存储、网络数据流压缩、矢栅数据有机结合、纹理模型及原型模型库等网络传输瓶颈解决方案和模型数据简化方法,为后续网络电子地图和三维虚拟场景集成系统的开发奠定基础。     

组件式三维GIS技术及应用研究

组件化是地理信息系统软件开发的发展方向，而三维可视化是地理信息系统的核心技术之一。文章就三维地理信息系统开发中的关键技术进行了研究，如：三维场景综合建模平台、地形模型的建模和处理、地物模型的建模和处理、地物模型与地形模型融合、基于矢量地图数据生成地表纹理、视景数据动态管理等。并运用开发的系统对河南省新密市古城寨遗址进行了模拟。     

数字拓扑研究现状及其在GIS中的应用

数字拓扑主要研究栅格空间中离散几何对象的拓扑性质,这些性质在GIS空间分析和栅格数据处理中非常重要。该文从图论、混合拓扑和公理型3方面对数字拓扑的研究现状进行了分类和综述,并讨论数字拓扑在GIS领域的应用,指出三维数字拓扑和球面数字拓扑是数字拓扑在GIS中的两个发展趋势和研究热点。     

动态GIS数据对象模型探讨

动态地理信息系统(Spatial-Temporal Geographical Information System)是GIS的必然发展趋势,是实现动态数字地球的关键技术。静态3D GIS的技术已经成熟,而将时间维加上后形成4D的TGIS还处于数据模型研究阶段,主要原因是超海量数据的存取和查询问题仍然没有完全解决。在对已存在的数据模型进行探讨并在此基础上进行深度综合研究,提出了新的观点:结合快照模型的简单易行性和面向对象模型的方便灵活性,同时避开快照模型的不一致性和冗余性,以及面向对象的复杂性,形成复合的基于快照方式的面向对象模型。它将是一种实用的TGIS数据模型,在对时间属性的处理方面采用独到的方法:首先按照时间片进行分层,建立一个基数据,然后通过快照方式产生缓冲数据,经过比较形成一个以对象变化为主的带有时间戳的新数据层,最后再通过其变化函数将离散的时间层连接起来,形成一个有机连续的数据库。这样,在数据存储方面,节省了很多空间;在查询分析方面,使以对象变化分层的数据算法更容易实现,同时可以实现对象的历史回放功能。此理论方法有效地对TGIS难点进行大胆探讨并通过自动元胞机理论(CA)予以证明。     

体绘制技术在地学3D GIS 可视化中的应用研究

体绘制技术是目前科学计算可视化研究的一个重要组成部分，对地质体内部属性分布的可视化有重要意义。该文针对地学研究中几何建模和属性建模同样重要的特点，基于一种矢栅一体化的混合数据模型，对地质体表面采用三角面片描述几何形状，对地质体内部采用基于八叉树的自适应网格剖分技术描述内部属性特征。对网格剖分后的体数据，采用体元投射的体绘制技术进行地质体内部属性可视化，显示出很好的效果，具有实际应用意义。     

一种快速地形纹理生成和虚拟漫游方法

复杂场景的大范围、高分辨率纹理的快速漫游是虚拟现实、GIS、仿真等领域的关键技术与难点。DEM是对地形地貌的数字描述和模拟,利用DEM数据生成可视化地形,可以更好的描述特定区域的地形特征,通过对特定区域中模型的纹理生成和映射,配合光照、大气等区域内自然场景的建模技术,可生成较为逼真的真实场景。基于OpenGL编程进行DEM地形可视化是实现地形实时漫游的方法之一,利用层次细节模型降低场景复杂度以提高漫游帧速率是该类系统中的常用方法,由于场景复杂度问题,不同的系统在具体算法实现中采用的方法也不尽相同。本文以一个虚拟校园为例,针对DEM数据转换和LOD模型面临的问题,给出了特定场景的LOD模型数据处理思想和纹理快速纹理生成、匹配、映射算法。同时给出虚拟实时漫游中第一人称漫游和飞行漫游的一般方法,讨论了在Windows环境下使用OpenGL进行虚拟漫游的基本步骤。提出了一种新的根据场景特点快速生成和映射纹理途径。结果表明,该方法在保证真实感条件情况下达到了满意的实时漫游效果。     

GIS research to address tensions in geography

The rise of Geographic Information Systems (GIS) technologies has been producing powerful tools for spatial data processing, management, analysis, modeling, and visualization. While supporting many tasks, GIS technologies have evoked new thinking and advanced intellectual inquiries in geography. Technological advances in other fields often stimulate new research questions and lead to revolutionary discoveries. The Hubble telescope revolutionizes our understanding of the universe, and 3D digital microscopes transform our knowledge of the coordination among biological, neurological, and physiological systems in living organisms. Can GIS claim similar revolutionary effects on geography? The answer is much up for debate. With GIS technologies, geographic studies can explore a broader extent across multiple scales in space and time and tackle problems through increasingly complex spatial statistics, visual analytics, computation, simulation, machine learning, and artificial intelligence. Both the Hubble telescope and 3D digital microscope were built based on scientific research that subserves the technological advances for inquiries into space and life systems. Likewise, GIScience research innovates GIS methods that enable novel geographic investigations and therefore contribute to geographic knowledge production. For the sake of simplicity, the term GIS used here represents both GIScience and GIS technologies. This essay attempts to clarify the intellectual contributions of GIS to geography on the following two questions: (1) What novel geographic thinking is driven by GIS? (2) How may GIS provoke new geographic inquiries and knowledge? Building on Nystuen's notion of four tensions that trigger geographic questions, the essay discusses how GIS innovations mediate historical tension, space‐time tension, dimensional tension and scale tensions.     

运用RS、GPS和GIS技术进行大比例尺土地利用动态监测的实验研究

土地利用数据的更新是土地管理工作的重要内容之一。依靠常规的手段不仅更新速度慢、难以主动发现变化区域,而且成图周期长、误差大。依靠遥感（RS）手段可以主动快速地发现变化区域,运用差分GPS技术可以精确获取土地利用变化的数量和性质,GIS则是管理土地利用的图形数据和属性数据（如土地利用类型、权属、图斑号等）的有效工具。基于RS、GIS和GPS的集成技术建立面向工程目标的土地利用动态监测新方法是本文研究的内容。     

基于MapXtreme的水资源管理信息系统研究与开发——以北江流域为例

北江流域是广东省重要的水域之一,随着GIS和网络技术的发展,传统的水资源管理手段和技术正面临着各种挑战.针对当前北江流域的管理现状,在系统分析、设计和开发的实践基础上,从各种技术的实现上多方面探讨地理信息系统、网络技术在水资源管理中的结合与应用问题,为应用系统从传统的单机或Intranet向Internet的跨越积累了经验,同时为水资源管理向可持续发展提供了一套较好方案.     

多维统一GIS构建与实现的几何代数方法

针对时空GIS发展所面临的时空表达不统一,高维扩展困难等问题,基于以多维统一和坐标无关为特征的几何代数理论,建立多维统一GIS构建的层次体系与方法。利用几何代数对象构造中几何维度与Grassmann维度的一致性,实现整合维度结构与几何关系的多维地理对象自适应表达。利用几何代数算子的特征内蕴与结构明晰特性,构建多维统一计算模型以及可支撑复杂地理计算的多维统一分析框架,进而建立基于几何代数的多维统一GIS系统架构与实现方案。对上述关键技术加以实现并进行了相关应用案例分析。结果显示,基于几何代数构建的多维统一GIS有望突破现有时空GIS的不足,可为以多维统一表达与运算为特征GIS的发展提供新的数学工具与实现途径。