三维矢量结构GIS拓扑关系及其动态建立

本文借鉴二维矢量结构ＧＩＳ和三维几何造型理论，结合矿山与地质领域的应用特点，提出三维矢量结构ＧＩＳ的结点、边、环、曲面片、体之间的五组拓扑关系。以“界面引入－体划分”这一方法来动态建立与维护这五组拓扑关系，并用一棵“界面－体二叉树”来记录这一过程中界面与体之间的关系。     

浅议带有内边界的多边形裁剪算法的追踪过程

任意多边形的裁剪算法在地图制图过程中和GIS空间数据处理中具有重要意义。本文依照Weiler-Atherton算法,在不带内边界的无拓扑关系任意多边形裁剪算法基础上,论述了带内边界的无拓扑关系任意多边形裁剪算法的步骤和裁剪子区域多边形的追踪过程,为研究更为复杂的任意多边形裁剪算法提供了思路,使Weiler-Atherton算法应用更为广泛。     

支持突发事件应急反应的建筑物内部交通网络分析

应用基于节点关系的3维拓扑数据模型,建立了建筑物内部通道的几何网络,较详细地讨论了走廊多边形的中轴线求取算法.然后基于图论算法对建筑物内部通道情况进行分析,并给出分析结果的3维表示.该方法对基于GIS的多层建筑物内的突发事件应急处理系统具有参考作用.     

支持突发事件应急反应的建筑物内部交通网络分析

应用基于节点关系的3维拓扑数据模型,建立了建筑物内部通道的几何网络,较详细地讨论了走廊多边形的中轴线求取算法。然后基于图论算法对建筑物内部通道情况进行分析,并给出分析结果的3维表示。该方法对基于GIS的多层建筑物内的突发事件应急处理系统具有参考作用。     

基于二维投影的散乱点云曲面重建

为降低点云曲面重建的复杂度,提出了一种基于二维投影的散乱点云曲面重建方法。首先利用点云的局平特性把点云投影到二维平面,然后在二维平面上对点云进行Delaunay三角剖分,并将拓扑连接关系映射到三维空间,最后剔除三角网格模型中的非流形三角面片得到点云模型重建结果。实验结果表明,只需获取散乱点云的坐标信息,该算法就能够重建出结构形态正确、保留物体细节信息的三维模型,且该算法原理简单、容易实现,降低了曲面重建复杂度,提高了曲面重建效率。     

分数维的原理及应用

初等几何集和维的概念是密切联系的。例如对于点，它的维数是０；对于曲线（直线），维数是１；对于曲面（平面），维数是２；而立方体，维数是３等。这是长期以来人们习惯使用的欧氏空体维，也称拓扑维（１，２，３）。但是数学上对维的研究，早在三百多年前就已经证明：离开初等几何，存在有任何的点集不落在整数维上，叫非整数维。过去非整数维只限于纯数学上应用。１９７５年，美科学家曼德勃罗特（Ｂ．Ｂ．Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ     

一种三维GIS矢量数据结构的研究--以矿山应用为例

本文针对传统数据结构的不足,借鉴二维矢量数据结构,并结合矿山实际情况,提出了用六组拓扑结构来刻划：点－结点,弧,环,曲面,体域和复杂地物之间的拓扑关系。引入“层次树”来动态维护这六组拓扑结构。最后针对一典型的矿山实体,给出了基于这六组拓扑结构的完整描述。实践证明：用本文所提出的六组拓扑结构能够很好地刻划出矿山实体的特点,“层次树”的引入则可大大减少数据维护所需的辅助操作。     

四维地籍的建立与分析

分析了四维地籍的概念与需求,提出了时空宗地的概念,探讨了时空宗地的演化过程,给出了土地的恒等、类型、收缩与扩展4种权益变换和产生、消亡、边界调整、划入、划出与复合分并6种空间演化。基于4种空间拓扑关系与13种时间拓扑关系,建立了时空宗地的时空拓扑关系。在此基础上,结合地籍相关理论与技术发展,构建了四维地籍概念模型,并依据实现策略不同,提出了标签式、混合式与完全式3种解决方案。     

地质及巷道集成3维模型的研究与应用

针对目前地质和巷道独立建模给矿井灾害救援带来的问题,建立了基于面模型的多层3维地质与巷道集成模型,并结合可视化技术为救援决策提供可视化的技术支持。研究了复杂地质体的3维模型和巷道3维模型的关键技术,并给出了基于多层3维地质建模及基于巷道断面构建3维巷道模型的实现方法;最后结合3维巷道网络的弧-节点模型与地层岩性、节点相互关联的拓扑关系,实现了二者的集成建模。在此基础上,采用启发式路径搜索的A~*算法,实现了应急救援路线的智能快速选择。这种集3维地质模型、巷道模型为一体的可视化系统对于矿井的事故救援或定位事故发生地点具有很强的实用性。     

基于GIS三维建模的滑坡有限元强度折减法稳定性评价

频发的滑坡地质灾害给我国铁路线路的安全运营造成严重威胁。受限于滑坡体三维建模技术,以往多采用二维模型分析滑坡体的稳定性状态。利用GIS三维空间建模技术的便利性,提出了基于GIS三维建模的有限元强度折减法滑坡稳定性评价方法。以四川省茂县新磨村山体滑坡体为工程实例,利用GIS地理空间信息技术,建立了滑坡体三维可视化模型,进而创建了滑坡体的三维有限元分析模型,计算了自然、地震暴雨工况下的稳定性系数,给出了滑坡体应力、应变和位移云图,可为综合评价滑坡体的稳定状态和地质灾害防治提供依据。     

4D产品在GIS 3维可视化中的应用

近年来,随着计算机技术、图形学理论、遥感技术、摄影测量技术及其相关技术的飞速发展,以2维方式处理3维空间数据已不能满足实际应用的需求。目前,利用成熟的2维或2、5维的空间数据处理技术,结合已有数据生成3维数据是当前解决3维GIS可视化技术问题的基础之一,因此,测绘成果的4D产品在3维GIS可视化中得到广泛应用。本文对4D产品在3维地表地形显示、数字城市3维虚拟等方面的应用及相关技术作以介绍。     

A Hybrid System of Expanding 2D GIS into 3D Space

A hybrid system that integrates two-dimensional (2D) GIS and three-dimensional (3D) visualization has been developed to provide unique solutions to application domains where traditional 2D GIS and 3D visualization cannot alone provide a solution. In this paper, we focus on three key issues in realizing such an integrated system, including large-scale terrain rendering, 2D and 3D combination display (for example, rendering 2D GIS layers in 3D space), expanding traditional 2D GIS analysis functions into a 3D environment, and visualizing 3D geographical data. A generic framework is developed to integrate 3D visualization with various types of 2D GIS, such as commercial GIS software, open source GIS software and spatial databases. A prototype 2D and 3D hybrid system that seamlessly integrates 2D GIS (developed with ArcEngine) and 3D rendering engine (developed with DirectX) is then developed based on the framework. In this hybrid system, 2D and 3D data are viewed within the same scene. Multiple 2D GIS layers are overlaid on the base terrain using a Level of Detail (LOD) model. Advanced query functions, data accessing, data management and spatial analysis, which are executed in the traditional 2D GIS, are provided to users in a 3D environment by continuously transforming information between the 2D GIS subsystem and the 3D subsystem. The 3D data are organized and displayed by Keyhole Markup Language (KML) and textured 3D models in the COLLAborative Design Activity (COLLADA) format. The prototype demonstrates that this hybrid system has effectively addressed the three key issues identified above and that it can seamlessly integrate 2D GIS and 3D visualization. The hybrid system has great potential to be employed in many application domains, such as urban planning, landscape design and environmental decision making, among others, to enhance the 3D design capability and facilitate public participation in the planning, design and decision-making process.     

基于Vega的三维虚拟城市地理信息系统的实现

Vega在三维虚拟模拟建模中应用广泛、功能强大稳定,但对于各种地理信息管理查询等功能薄弱;MapX在地理信息系统开发中得到了广泛的应用,它具有地图数据逻辑查询等强大的地理信息功能。在对Vega、MapX、Aecess数据库三者数据的连接关系、图层控制、逻辑查询、路径导航等核心部分阐述基础上,利用Vega三维仿真软件,结合地理信息系统开发组件MapX和管理附属信息的数据库,在VC“平台下构建了虚拟三维地理信息系统,有效地解决了独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景的各自不足之处。     

面向目标的栅格矢量一体化三维数据模型

首先对现有的三维空间数据模型进行了讨论 ,分析了栅格、矢量和混合数据模型的特点 ,提出了一种面向目标的栅格矢量一体化数据模型。该模型将栅格数据以矢量方式进行组织 ,从而同时具有矢量和栅格数据模型的优点 ,也克服了目前普遍应用的混合模型所存在的缺点。还提出了一种三维空间的三级栅格划分和行次序编码方法。该方法存储空间小 ,便于快速索引和计算。最后 ,给出了具体的数据结构     

利用虚拟场景实现3DGIS的研究与应用

将虚拟现实场景应用于GIS来实现三维GIS是“3S”技术的研究热点之一。讨论了基于实时三维视景仿真软件MultiGen Creator/Vega Prime在GIS环境下构建虚拟现实场景的若干关键技术问题,并结合二维组件GIS技术,实现了三维空间查询及分析功能,并给出了这一过程中的原型系统。     

广州市“数字绿化”仿真应用的城市园林景观3维可视化技术研究

广州市大力开展"数字绿化"管理平台建设,依托其中的广州市林业和园林局3维实景展示项目,以仿真应用为目的,研究基于CAD设计施工图和普查获取的城市园林景观GIS数据的3维可视化技术,具体叙述了相关的技术方法和流程。     

基于地学信息服务的Internet 3维 GIS：GeoEye 3D

随着Internet、分布式计算以及计算机图形学的飞速发展,开发基于Internet的3维GIS系统已成为可能。这3种技术的有力结合为地学领域开创了一个崭新的时代,促使网络GIS的概念由“地学数据服务”提高到“地学信息处理服务”的新阶段,不仅地学数据,地学信息处理功能也可以分布在基于客户／服务器的架构上,用户可以根据不同的需求“租用”和组合来自于Internet的不同功能。基于这一概念和作者提出的构件注册模型,我们从1998年开始着手研究和开发新一代的Internet 3维GIS：GeoEye 3D。这一系统集成了GIS、3维可视化、分布式计算及网络通信等技术,允许用户通过标准Internet浏览器来应用远程功能对远程和本地数据进行可视化分析。阐述了地学信息处理服务概念和构件注册模型以及GeoEye 3D的系统架构、算法和应用实例。     

三维空间数据模型综述

介绍了三维地理信息系统空间数据模型的基本概念和研究现状.讨论了三维地理信息系统中两类不同的空间数据模型,即基于表面表示的数据模型和基于体表示的数据模型.分析了格网结构、边界表示、3D栅格结构、八叉树、结构实体几何法和不规则四面体结构等空间数据模型的特点和应用.     

Geometric Parameters as Key Factors for the 3D-modeling of Fluvial Deposits

GIS is an established and appropriate tool for the management and evaluation of geodata which is being increasingly used for the three‐dimensional modeling of strata. An advanced technique for the GIS‐based 3D‐modeling is developed here in order to integrate genetic aspects of deposition into the modeling process. The ArcView^® software (ESRI, Inc., Redlands, California) and the extensions 3D‐Analyst and Spatial Analyst have been used for the data management and layer rendering. The tools VirGIL and GSI‐3D (Insight Corp., Germany) have been applied for the purpose of visualization of the layers in 3D. The main topic of the work is the generation of geometrically consistent models of fluvial terrace bodies, which represent monogenetic fills of Pleistocene palaeovalleys. One peculiarity of the investigated Illerglacier foreland, southern Germany, is the occurrence of highly eroded terrace remnants. The preserved deposits are tied to several accumulation levels, but the usual way of morphostratigraphic interpretation is limited and results in lots of different stratigraphies and palaeogeographic ideas presented in literature. The sediment fill of meltwater valleys, which can be identified in the Illerglacier area is reconstructed based upon intense field mapping. The terrace accumulations are defined by the base and surface layers, which are thought to be isochronous. Some 1,400 data points were used to model these layers in 3D. The geometry of the sediment deposits is defined using basic parameters, e.g. the gradient and the thickness of the terrace, which are used as bench levels for the modeling process. The quality of the calculated maps and cross‐sections far surpasses that of those derived in the classic way without a genetic concept and without using the 3D‐modeling technique. The results derived from the terrace models are relevant for the stratigraphy and palaeogeography of the investigated region of the Alpine foreland. The advanced modeling technique can be used for the detail analyses of terrace sequences of other regions.     

基于交互式3维平台的3维GIS数据可视化方法

3维GIS是目前GIS发展的新趋势之一,本文通过分析比较各种3维平台的功能,探讨了利用它们进行交互式数据交换的方法,为展示、发布3维成果提供数据支撑,并展望了利用交互式平台设计3维GIS系统的前景。