三維GIS國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1、三維 GIS 應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀:隨著 GIS 理論、技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的變化，在許多領(lǐng)域都要求將3 維空間（X,Y,Z）作為一個(gè)整體，分析地理實(shí)體與現(xiàn)象在 3 維空間中的分布與變換，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中高程數(shù)據(jù)具有與平面信息同等重要甚至更為重要的地位，由此促使了 3 維地理信息系統(tǒng)（3DGIS）的產(chǎn)生和發(fā)展。三維 GIS 技術(shù)近來(lái)迅猛發(fā)展，受到了廣泛關(guān)注。較二維 GIS 而言，三維 GIS能更真實(shí)地表達(dá)客觀世界，且對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行三維顯示、分析和操作也是三維 GIS 特有的功能。三維 GIS 研究主要集中基于三維可視化技術(shù)的能用 GIS 功能開(kāi)發(fā)，在資源、環(huán)境、海洋、地質(zhì)，特別是城市規(guī)劃方面有

2、很多的應(yīng)用。日本京都大學(xué)綜合了 GIS、虛擬現(xiàn)實(shí)和社會(huì)科學(xué)等，歷時(shí)三年完成了aDigitalCityKyoto”項(xiàng)目，建立了一個(gè)集屬性信息顯示，虛擬城市顯示，用戶實(shí)時(shí)漫游為一體的數(shù)字京都。JamesD 等開(kāi)發(fā)了基于 ESR 公司的 ArcScene3D 平臺(tái)的軟件包 BoreIS 用于對(duì)地下鉆孔數(shù)據(jù)的管理、 三維可視化、 查詢和分析。 StephenBrooks,JacquelineL 基于 OpenG吁發(fā)了實(shí)現(xiàn)二維三維數(shù)據(jù)在同一窗口中混合顯示并進(jìn)行 GIS 分析的 2D/3D昆合地理信息系統(tǒng)。止匕外，還有眾多基于 We 坪臺(tái)的三維 GIS 應(yīng)用，如用于基于 C/S的 3DTerrafly,G

3、eoVR 基于全球的三維視景 TerraVisionH,可實(shí)時(shí)更新三維數(shù)據(jù)和紋理映射的GeoZui3DF口支持多分辨率的地形數(shù)據(jù)和三維動(dòng)態(tài)模型顯示的 VGI&近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在三維 GIS 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的研究也逐步開(kāi)展起來(lái)。朱英浩（1998）在 VisualC+吸圖形庫(kù) OpenGL 平臺(tái)上，通過(guò)與GIS 軟件（MapInfo）集成的方式，開(kāi)發(fā)了城市景觀三維可視化系統(tǒng)（VCM&V）,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) MapInfo 格式二維數(shù)據(jù)的 GIS 分析功能和基于VirtuoZo 得到的數(shù)字航空測(cè)量數(shù)據(jù)的三維模型的三維查詢漫游功能。楊必勝、李清泉等（2000）提出了一種分層組合模型方法構(gòu)造建筑物模

4、型，以及在此模型基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)顯示、空間分析和交互操作等功能，并在 VC+并口 OpenGL 平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)（3DTool）對(duì)三維城市模型中的地形和建筑物進(jìn)行整體三維動(dòng)態(tài)顯示和操作。常歌（2001）在 VC+而 OpenGL 平臺(tái)上開(kāi)發(fā)研制了數(shù)字城市景觀系統(tǒng)（CityView）,利用已有的立體測(cè)圖地物數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，結(jié)合其他基礎(chǔ)地理資料（全野外測(cè)量數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)字化數(shù)據(jù)以及建筑物外表結(jié)構(gòu)與紋理數(shù)據(jù)）、獲取城市區(qū)域的三維景觀信息并進(jìn)行一體化建模，制作三維城市景觀圖，能以圖層的形式管理三維城市景觀圖。伏永明等（2005）結(jié)合 GIS 組件 MapObjects、MultigenCr

5、eator 提供的 OpenFlightAPI 開(kāi)發(fā)函數(shù)和仿真軟件 VegaPrime 設(shè)計(jì)了 3DGIS 系統(tǒng)。 在VisualC+訐發(fā)環(huán)境下，用 ESR 公司的 GIS 組件 MapObjects 來(lái)實(shí)現(xiàn) 2 維GIS 功能；用 MPI 公司的 OpenFlightAPI 來(lái)生成 OpenFlight 格式的三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并且完成模型修改，解決了當(dāng) OpenFlight 模型在 VegaPrime 平臺(tái)中漫游的時(shí)候不能修改的難題；在系統(tǒng)中，仿真軟件 VegaPrime 用來(lái)渲染三維模型和實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景操作。朱慶（2006）等通過(guò)一個(gè)典型仿唐木構(gòu)建筑群的虛擬展示，提出了基于微機(jī)平臺(tái)建立文化遺

6、產(chǎn) GIS 三維可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，介紹了實(shí)用的多種類型數(shù)據(jù)庫(kù)管理及基于數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)應(yīng)用方法，包括若干關(guān)鍵技術(shù)：LOD 數(shù)據(jù)集成、多模態(tài)可視化、室內(nèi)外三維一體化顯示與漫游和多媒體屬性查詢。謝義林，汪云甲（2006）采用虛擬現(xiàn)實(shí)（VFO 技術(shù)與 GIS 組件開(kāi)發(fā)技術(shù)相結(jié)合的方式，即實(shí)時(shí)三維視景仿真軟件 MultiGenCreator/VegaPrime 結(jié)合二維組件 GIS 技術(shù)（MapX）,實(shí)現(xiàn)了三維可視化和空間查詢及分析功能。范力銘（2007）利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件 MultigenCreator 中創(chuàng)建的OpenFlight 格式模型作為三維數(shù)據(jù)來(lái)源，結(jié)合 GIS 軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)（ArcG

7、ISEngines 口 ArcObjects 開(kāi)發(fā)包），這樣能有效地利用 GIS 軟件中提供的 GIS 空間查詢等功能，同時(shí)又兼顧了模型和場(chǎng)景的真實(shí)感，建立了一個(gè)能滿足 GIS 空間分析和三維可視化要求的校園三維 GIS 系統(tǒng)。柴貴海等（2009）以 AutoCAD 精確繪制的 2D 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合SketchUp 快速建模能力以及利用 ArcGIS 精確定義地理坐標(biāo)和強(qiáng)大的空間分析與數(shù)據(jù)管理能力，實(shí)現(xiàn)虛擬 3D 校園，最終將文件保存為符合 OGCKM 而準(zhǔn)的 KMZ 或 KML 格式的數(shù)據(jù)，利用 ArcGIS 白 ArcExplorer等免費(fèi)網(wǎng)絡(luò) 3D 地圖瀏覽工具中實(shí)現(xiàn)三維瀏覽。胡英杰、

8、吳健平（2010）提出了基于 Skyline 和 ExtJSP 勺企業(yè)級(jí)三維GIS 設(shè)計(jì)方案。該方案在 Skyline 軟件已有的三維 GIS 功能基礎(chǔ)上，利用ExtJS 開(kāi)發(fā)地理數(shù)據(jù)和空間服務(wù)共享模型。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了上海市綠化林業(yè)三維 GIS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了綠化林業(yè)數(shù)據(jù)的三維場(chǎng)景展示和數(shù)據(jù)共享，并提供了空間服務(wù)。張賜、吳健平（2011）使用 ArcGISEnginM 開(kāi)發(fā)工具，以 Multipatch為三維數(shù)據(jù)模型，在 VisualBasi 環(huán)境下開(kāi)發(fā)了校園房產(chǎn)三維 GIS 系統(tǒng)。系統(tǒng)具備了基本的地圖操作功能，能夠?qū)Ψ慨a(chǎn)信息的圖形和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)二維和三維信息的交互查詢處理。朱興洲等（20

9、11）借助 GoogleSketchup 建模，通過(guò) Geodatabase 空間 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 組 織 和 管 理 3 維 空 間 數(shù) 據(jù) ， 運(yùn) 用 ArcEngine3D 組 件 及Microsoft.NET 平臺(tái)開(kāi)發(fā)了三維校園地理信息系統(tǒng)，在三維可視化的基礎(chǔ)上還實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)分析、緩沖區(qū)分析等強(qiáng)大的空間分析功能。韋生波等（2011）在禾（J 用 SketchUp 與 ArcGIS 的關(guān)聯(lián)插件一一ESRI 插件來(lái)相互轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的技術(shù)基礎(chǔ)上，利用 SketchUp 建模軟件和ArcEngine 平臺(tái)的可視化控件，開(kāi)發(fā)出一個(gè)具有獨(dú)立界面且能夠脫離ArcGIS 平臺(tái)運(yùn)行的 3 維數(shù)字校園景觀應(yīng)用系

10、統(tǒng)。針對(duì)數(shù)據(jù)量大，顯示速度慢的問(wèn)題，系統(tǒng)采用了金字塔形式進(jìn)行了數(shù)據(jù)的預(yù)存。與此同時(shí)，三維可視化技術(shù)已經(jīng)較為成熟地應(yīng)用到了我國(guó)眾多城市的“數(shù)字城市”及重點(diǎn)區(qū)域的規(guī)劃研究中。北京、上海、廣州、深圳、武漢、寧波等眾多城市的“數(shù)字城市”工程正先后開(kāi)展。與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的三維可視化技術(shù)也已成功的應(yīng)用于北京 CBD 中央商務(wù)區(qū)、北京金融街、中關(guān)村科學(xué)園區(qū)、上海黃浦江兩岸開(kāi)發(fā)、蘇州工業(yè)園區(qū)規(guī)劃、嘉興市整體規(guī)劃、寧波老外灘舊城改造和保護(hù)等十個(gè)國(guó)內(nèi)重大城市開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。綜合目前國(guó)內(nèi)外三維 GIS 的研究現(xiàn)狀，現(xiàn)在的三維 GIS 研究和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要有 4 種途徑： 一是通過(guò)底層開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)， 代表是 VC+拜口 OpenGL結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式； 二是在現(xiàn)有 GIS 平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)， 代表是 ArcGIS