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三维电子地图技术概述

[日期:2013-08-26]
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摘要:随着计算机技术的不断发展,给我们的社会和经济的发展带来了全新的观念,对于各行各业技术的研究也带来了更多的启示。在地图制图领域,计算机技术的影响也十分广泛,三维电子地图技术的出现和发展给相关实践工作人员提供了众多便利。鉴于此,本文选择三维电子地图技术为研究对象,针对相关问题进行了分析与探讨。文章首先分析了三维电子地图的背景,然后阐述了三维电子地图基础,最后,希望本文的研究能够为三维电子地图的进一步发展提供一些指导和帮助,同时对于相关领域的其他研究也能起到抛砖引玉的作用。
    关键词:三维电子地图;技术;三维电子;地图

    1、三维电子地图的背景
    随着IT技术的不断发展,已经相关基础数据库技术的不断广泛应用,电子地图逐渐在实践过程中得到了广泛的应用和发展。电子地图和能够提供更为详尽信息的地理信息系统(GIS,GeographyInforma-tionSystem)联合使用可以为实际运用提供更大的便利,因此二者的应用得到了前所未有的发展。从目前的研究和发展现状上来看,主要的应用领域集中在空间数据的二维可视化。随着在空间数据二维可视化应用领域的不断成熟,对于三维空间处理问题的需求不断增加,对于三维电子地图技术的需求与日俱增。如果从应用的角度来分析的话,研究三维电子地图模型具有重要的实践意义。三维电子地图模型可以有效的增强地图的整体表现力,同时三维电子地图模型还可以在很大程度上提高广大地图用户的使用和认识地图的水平。从这个角度来看,运用三维可视化来发展地图技术已经成为了一种趋势和必然。

    2、三维电子地图基础
    三维电子地图的多种学科相互融合的产物。从研究现状上看,目前三维电子地图研究和开发的过程中已经涉及到了地理学、测量学、制图学、遥感学、图形图像学等众多学科,并在逐渐发展的过程中日趋综合和成熟。从上世纪九十年代开始,相关的计算机技术得到了前所未有的发展,在这样背景之下三维电子地图的建立成为了一种可能。同时各行各业对于数字化地图信息的需求的不断激增,已经国外相关技术的不断成熟,导致对于三维地理信息系统、三维电子地图等的建立成为了业界的要求和需求。从三维电子地图的基础上来分析,最根本的基础仍然逃离不了现代地图学理论,同时以往针对电子地图的相关研究成果也可以为三维电子地图的发展提供经验和借鉴。对于三维电子地图来说,相关模型的建立,各种三维影像的呈现需要大量的数据作为支持,因此相关的数据库技术也为三维电子地图的发展建立提供了必要的保障和支持。对于三维电子地图的实现,目前我们可以通过以下几种方式来进行。
    2.1 基于真三维GIS的实现。对于真三维GIS来说,它与以往传统的GIS之间存在着加大的差异和不同,而这种差异和不同表现在本质上。真三维GIS实际上关注两个重点:一个重点是三维空间的形象如何表达;另外一个重点就是空间如何分析与查询。真三维GIS可以运用三维符号来对一些不需要逼真表达的情况进行描述和表示,通过屏幕我们可以实际观察到每个地物的属性,而这些信息是可以通过查询功能被用户所查询的。真三维GIS的整体的总体体系结构由以下三个部分所组成,分别是数据结构部分、空间分析部分以及数据显示部分。三个部分相互影响,相互协调,共同作用。三维GIS的核心实际上市空间数据库系统。从目前实际应用的效果上看,空间数据库系统较为成熟的产品主要包含了以下几种:OracleSpatialDataOptionl、MapInfoSpatia1Ware、ESRIArcSDE等等。
    2.2 依靠三维可视化技术实现。在计算机图形学领域,三维可视化技术已经比较成熟,细节层次、纹理图像、阴影、光线跟踪等技术已经得到广泛应用。许多三维图形库和开发工具大量涌现,如OpenGL、OpenInventor、Direct3D、Senses8、WorldToolKit等,使得用户无需过多关注底层的图形算法,而主要关注于数据的组织、系统的性能优化等方面。三维GIS中的一个重要的难点问题就是三维可视化。对于三维可视化技术来说,其内容包含了很多方面,在传统技术方面主要有细节层次、纹理图像和裁剪等等,在虚拟现实技术方面主要包含了飞行、漫游等等。三维可视化系统一个缺点就是缺乏空间查询的功能,在这样的状态下,实际上数据库的功能就是一个存储工具的工具,其他的相关功能并有得到有效的利用。受目前条件限制,三维可视化的应用领域还不是十分广泛,仅仅局限于小型应用,同时应用的实际效果也受到了不同程度的影响。
    2.3 使用虚拟现实技术实现。虚拟现实,通常使用虚拟建模语言来实现。VRML是一种网络上使用的描述虚拟环境中场景的一种标准,它定义了三维应用系统中常用的语言描述,如层次变换、光源、视点、几何、动画、材料特性、纹理等,并具有行为特征的描述功能。这些系统可以分布在网络中不同的计算机上。VRML将发展成为一种单一的多平台用于发布三维WWW网页的语言。在工程、科学计算可视化、建筑、教学实验等领域有着广泛的应用前景。尤其在GIS三维可视化应用方面,越来越多的VRGIS解决方案采用VRML,使它具有Internet功能。

    3、研究和开发三维地图的思路
    3.1 由二维向三维可视化领域的扩展研究和开发。三维地图的思路之一就是要从二维向三维可视化领域的不断扩展。这一思路实际上包含如何从平面图到三维图形的转变。从目前应用较为成熟的就是对卫片通过专门仪器描绘出等高线或者获得高程模型,这种做法已经在实践过程中取得了令人较为满意的实际效果。
    3.2 直接采集三维数据,构建三维图形。直接采集三维数据,构建三维图形也包含了很多内容,诸如:建立三维仿真、虚拟现实(VR)等,多数属于专有数据,偏向于小范围内的细节展示,不适合于大范围的城市概貌的表现。
    3.3 Internet网络技术的不断应用。近两年,随着网络技术的飞速发展,电子地图的研究和应用也开始转向Internet网络。例如利用Internet网络在WEB上发布和出版二维航片、公路交通图和三维地形数据,为用户提供空间数据浏览和简单的查询功能,具有应用范围广泛、应用平台无关性、操作简便等特点。

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