數(shù)字城市三維可視化技術(shù)及應用教學課件

數(shù)字城市三維可視化技術(shù)及應用徐青2019年11月25日數(shù)字城市三維可化技市國用主要內(nèi)容1、緒論2、數(shù)字城市空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與三維建模技術(shù)3、城市三維場景生成技術(shù)4、數(shù)字城市空間數(shù)據(jù)庫的建立5、基于數(shù)字城市三維景觀的信息查詢與分析6、數(shù)字城市三維可視化與信息查詢系統(tǒng)(PowerCity3D)7、結(jié)論及展望8、演示數(shù)字城市三維可化技市國用第一章緒論11引言2019年1月,“數(shù)字地球”概念提出數(shù)字城市的概念來源于數(shù)字地球,數(shù)字城市是數(shù)字地球的重要組成部分。國家測繪局局長陳邦柱:把與人類生存發(fā)展有關(guān)的各種自然、社會、人文、環(huán)境等要素藪字化,按空間位置集成起來,構(gòu)建數(shù)字地球、數(shù)字國家、數(shù)字區(qū)域或數(shù)字城市,是近年來國內(nèi)外科技發(fā)展的一個重要方向。北京:“二十一世紀數(shù)字城市論壇”2000年上海:“亞太地區(qū)城市信息化高級論壇000年廣州:中國國際數(shù)字城市建設技術(shù)研討會暨21世紀數(shù)字城市論壇2019年數(shù)字城市、虛擬城市、數(shù)字區(qū)域、數(shù)字行業(yè)、數(shù)字小區(qū)等紛紛出現(xiàn)城市信息化越來越廣泛受到人們的重視,盡快提高城市建設與管理的數(shù)字化、信息化水平已經(jīng)成為全球性的發(fā)展熱點數(shù)字城市三維可化技市國用數(shù)字城市數(shù)字城市是信息時代、知識經(jīng)濟、全球城市化發(fā)展的必然要求,一它是現(xiàn)代化城市發(fā)展建設與管理的科學總稱。數(shù)字城市三維可化技市國用數(shù)字城市三維可視化技術(shù)研究背景數(shù)字化代化城市管理—數(shù)字城市智能化核心技術(shù):數(shù)字城市三維可視化應用:·城市規(guī)劃·基礎(chǔ)設施建設·可持續(xù)發(fā)展相關(guān)技術(shù)支持椒遙感(RS)(航空、航天、近景)——空間數(shù)據(jù)計算機圖形學(CG)虛擬現(xiàn)實(VR)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡技術(shù)市三維可化技畫用從技術(shù)角度上講,數(shù)字城市系統(tǒng)可以看成是GIS系統(tǒng)的擴充與發(fā)展因此G|S技術(shù)是數(shù)字城市建設最關(guān)鍵的技術(shù)之一。傳統(tǒng)的2DGIS由于其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)形式的局限性,使得3DGIS正逐步取代2DGIS,成為數(shù)字城市建設的重要組成部分維可視化作為3DGIS的重要組成部分,它也是3DGIS區(qū)別于2DGIS的重要特征之一。開展數(shù)字城市三維地理信息系統(tǒng)的研究,將三位可視化和信息查詢與管理技術(shù)應用于數(shù)字城市建設中,使得人們對城市景觀現(xiàn)狀和規(guī)劃設計的描述擺脫基于二維地圖和三維實物模型的表現(xiàn)方式,代之以計算機三維空間表現(xiàn)形式,使得決策者、設計師和用戶對城市景觀現(xiàn)狀和規(guī)劃設計藍圖有生動、直觀的了解和更深刻的認識,從而拓寬城市規(guī)劃、設計和管理人員的視角,使城市規(guī)劃、基礎(chǔ)設施設計更加科學化,對于城市可持續(xù)發(fā)展研究有重要意義市三維可化技畫用1.2研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3DGIS還屬正在發(fā)展、尚未成熟的技術(shù)。筆者認為阻礙2DGIS向3DGS的發(fā)展并急需突破的幾個關(guān)鍵技術(shù)是:①有效的描述真三維現(xiàn)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型;②三維實體可視化工具;③三維數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)。1.2.1數(shù)字城市三維可視化中數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀研究數(shù)字城市三維可視化的數(shù)據(jù)模型其本質(zhì)就是要研究三維空間數(shù)據(jù)模型的理論和技1、3DG|S-軟件產(chǎn)品:LINX,ⅣVM,GOCAD,IEMS,SGM以及ESRI公司的ArcⅤew3DX等。缺點:僅重視三維對象的可視化,而對各對象以及各對象之間關(guān)系的還缺乏一種有效的管理,因而GIS所需要的空間分析功能還比較弱原因:三維空間數(shù)據(jù)模型理論和技術(shù)還不成熟;空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)正處于發(fā)展之中,它不象RDBMS那樣具有成熟的理論和技術(shù),因而導致子三維空間建模和三維空間數(shù)據(jù)管理能力的薄弱。數(shù)字城市三維可化技市國用2、3DGls數(shù)據(jù)模型的研究.德國的Breunig他為3DGIs提岀了一個空間信息集成模型,該模型以所謂的擴展復雜要素(e-complex)為內(nèi)核,表達三維空間地學現(xiàn)象的幾何性質(zhì)、度量屬性及對象間的復雜拓撲關(guān)系,以此為基礎(chǔ),他又進一步定義了拓撲操作,并將各種e-complex對象融入地學建模和管理的模型框架中,并給出了一個地質(zhì)應用的例子。該模型以矢量模型為基礎(chǔ),對象及對象間的拓撲關(guān)系表達較為精確[i98],但各種操作復雜費時,空間分析不易武漢大學教授李清泉他以八叉樹和不規(guī)則四面體為基礎(chǔ)提出了3DGIs的混合數(shù)據(jù)模型。該模型以柵格結(jié)構(gòu)的八叉樹作為對象描述的總體框架,控制對象空間的宏觀分布;以矢量結(jié)構(gòu)的不規(guī)則四面體描述變化劇烈的局部區(qū)域,較為精確地表達了細碎部分,并將這兩種模型進行有機結(jié)合數(shù)字城市三維可化技市國用中國測繪科學研究院GIS所的李青元借鑒二維矢量結(jié)構(gòu)GIS和三維幾何造型理論,結(jié)合礦山與地質(zhì)領(lǐng)域的應用特點,提出了三維矢量結(jié)構(gòu)GIS的結(jié)點、邊、環(huán)、曲面片、體之間的五組拓撲關(guān)系。以“界面引入一體劃分”這一方法來動態(tài)建立與維護這五組拓撲關(guān)系,并用一顆“界面一體二叉樹”來記錄這一過程中界面與體之間的關(guān)系[Li97]武漢測繪科技大學的龔健雅,夏宗國以礦山地質(zhì)為背景,分析了三維空間信息系統(tǒng)所涉及到的空間對象以及它們之間的聯(lián)系,將矢量與柵格結(jié)合的方法引入到三維空間數(shù)據(jù)模型中,提出了幾種新的空間對象類型,并嘗試以面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型來表達各類維空間對象,以此作為設計和建立三維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)ong97]。市三維可化技畫用1.2.2三維實體建模技術(shù)的研究現(xiàn)狀目前,數(shù)字城市三維景觀建模技術(shù)主要分為基于圖形和基于圖像的建模技術(shù)兩大類。1.基于圖形的三維景觀建模技術(shù)基于圖形的三維建模技術(shù)是面向景物的幾何模型的,其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是景物的矢量幾何數(shù)據(jù)。基于圖形的三維模型的構(gòu)建方式可分為以下幾類1)影像與