1、三維GIS技術概述
1．1三維GIS技術的定義
GIS技術主要有三種定義：一是基于工具箱的角度，認為GIS技術是一個由現實世界中采集、轉換、顯示、存儲空間數據的工具集合；二是基于數據庫的角度，將GIS認定為一個數據庫系統，并且在數據庫中的大多數據都可以被操作或索引，能回答各種各樣的問題；三是基于組織機構的角度，認為GIS技術是一個集合多種功能，如檢索、存儲、操作及地理數據顯示的組織機構，可解決各種環境問題。有關三維地理信息系統（3D GIS）主要是對區域空間內的對象實現三位描述并分析的GIS系統。
1．2三維GIS技術的特點
在三維GIS技術中，可通過X、Y、Z三個坐標軸來定義空間目標，且與二維GIS的平面目標有完全不同的區別。空間目標經過三維坐標定義，具有更復雜的意義。二維GIS在平面空間中實現“有限—互斥—完整劃分”是以“面”為單位，在三維空間中則以“體”為單位。另外，三維GIS技術的可視功能比二維GIS更為復雜，因此出現很多關于三維可視化的專業理論、算法及系統。總體而言，三維GIS技術在客觀世界的表達更能體現出真實感受，以立體造型技術將地理空間現象呈現在客戶面前，既能表現空間對象的平面關系，也能描述并表達垂直關系。另外，對空間對象的三維空間分析與操作也是三維GIS技術的特有技能，與CAD等計算機可視化軟件相比，它具備獨特的管理對象能力與空間分析能力。三維空間數據庫作為三維GIS技術的核心，三維空間分析更具獨特能力。與功能的增加相對應的是，三維GIS技術的專業理論研究也比二維GIS技術更復雜。
2、三維空間數據的獲取
目前三維GIS技術在工程測量中的主要特征即集成實時化、數字化、智能化、動態化、一體化。具體的獲取數據方法可分為兩大類：一是點方式數據獲取技術，主要利用全站儀器、天文大地測量、GPS接收機等常規的測量方法，以及激光雷達等技術實現逐點、逐面采集空間坐標與屬性的方式；二是面狀方式數據獲取技術。主要利用航空遙感獲得大面積影像記錄，并從中提取物理與幾何特性。
有關三維空間數據的采集與更新，傳統的測量方法存在一定局限性。如遙感或者航空攝影等方式測量建筑物時，雖然能獲得目標的紋理特征、空間信息等，但是主要是獲得建筑頂面信息，卻無法獲得建筑物的紋理數據及集合數據；地面攝影測量則只能獲得建筑物立面的相關信息；通過激光掃描系統能獲得距離感較好的場景式三維描述，但是獲得數據的噪音大，很難形成信息與拓撲關系的提取。不同的獲取數據手段方式之間大多具有互補性，因此可利用多傳感器獲得更多的源數據，并通過融合方式建立3D模型，這也是當前研究的熱點話題，不同傳感器的組合方式能夠獲得不同的空間數據采集系統。
其中最具代表性的研究成果主要有：根據地面的攝影測量與航空測量組合獲得3D空間數據；通過“地圖、激光掃描、地面攝影”組合方式，從平面圖及空中激光掃描的數字表面模型（DSM）中獲取三維信息；利用專業建模工具，如3Dmax、OpenGL、AutoCAD、VRML等建立起三維模型，并將CCD中獲得的信息粘貼或者鑲嵌到立體模型中，形成逼真的數字景觀圖；通過CSG方法實現真3D模型，并利用3s技術等構成集成的地面車載或者機載數據系統；通過AutoCAD建立起幾何模型，并對模型實行真實的相片紋理映射，以生成真3D模型，再從地面攝影中獲得紋理信息。
3、三維GIS技術在工程測量中的有效應用
地理信息數據作為比一般事務數據更復雜的內容，除了具備基本事務數據的屬性外，還具備獨立的屬性即空間定位。因此，地理信息數據是以空間參考為依據，通過定點、定線及定面等方式與地球表面建立聯系的空間信息。
3．1地理數據的獲得
地理數據的測量最基本內容就是屏幕顯示地理數據，也就是用戶選擇視覺變量（色彩、尺寸、紋理）的前提下，實現全要素顯示、分區顯示、分圖層顯示等。但是這種表示不同屬性地理數據大多以色彩、尺寸及紋理的不同來區分，不能達到形象的效果。因此，數據符號是三維GIS測量的重要方面，利用工具軟件實現強大的地理數據符號化功能，并加以圖例說明，這樣就可將地理數據活靈活現地搬上屏幕，實現地理數據的可視化。另外，將屏幕地圖上標好注記，就能獲得簡單的電子地圖，電子地圖是三維GIS技術進行工程測量的產品之一。
3．2可視化的科學計算
將各種各樣經過處理的模型進行分級分類數據，并將統計數據以專題圖的方式表現出來。例如以不同的色彩或者紋理來顯示分類圖；以同一個色相中的不同飽和度表現分級圖；以直方圖、圓餅圖等體現統計的數據等。科學的計算可視化數據可充分表達人們對信息的深入理解。
3．3查詢地理信息
主要通過對地理信息語言的查詢，能夠實現對數據庫中內容或相關圖標等進行直觀化、形象化的操作查詢，也就是說查詢結果中既包括數據，也包括與之相關的文字、表格及圖形。
3．4地理信息的三維可視化體現
三維仿真地圖主要通過仿真技術，以三維立體形式直觀表現空間現象信息，讓用戶體驗到真實環境的感覺。因此，三維GIS技術是地理信息可視化的主要潛力產品形式之一。另外，通過多媒體技術和可視化相結合，能有效改善傳統的地理信息僅通過文本、表格、圖形等方式表達并傳輸空間信息的單一方法，而是以文本、圖像、圖形、動畫、聲音及視頻一體化的多媒體空間表現內容，極大豐富了地理信息的可視化形式。
3．5空間分析結果的描述
三維GIS技術的空間分析包括網絡分析、地形分析、緩沖區分析及疊加分析。通過可視化技術的應用，可以將地理現象的空間分析結果更形象、更直觀地表達出來。例如以通視分析方法對地形進行測量，可通過間斷或者連續的線段來表示地表中的通視或者不通視。即使時間或者空間發生了改變，例如在不同時間、不同圖幅中任一要素的緩沖區等，都可以通過三維GIS技術方式描述。
3．6地圖動畫采集
前面提高的可視化方法是對測量數據的靜態表示，地圖動畫則是一種動態表達形式。地圖動畫是在傳統的二維空間或者三維空間事物的前提下，加上時間維，讓有關時間的地圖內容等隨著動畫的改變而改變。地圖動畫能有效彌補靜態地圖表現方法的不足，讓觀察者更自然、更直觀地理解時空數據，常用的地圖動畫表現方式主要有：開窗的放大與縮小、拉縮鏡頭、閃爍強調、漫游平移及有關運動動畫等。
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