常用三維gis軟件的比較

常用三維gis軟件的比較

0維gis軟件三維建模分析信息系統(tǒng)已深入測量、土地和環(huán)境等領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。在這過程中,出現(xiàn)了不少優(yōu)秀的GIS基礎(chǔ)軟件,如:國外的ArcGIS、MapInfo、MGE,以及國內(nèi)的MapGIS、SuperMap、GeoStar等。但是,世界的本原是三維的,傳統(tǒng)GIS將現(xiàn)實世界簡化為平面上二維投影的概念模型,其功能主要局限于2維、2.5維空間的表達(dá)和處理,這注定它在描述三維空間現(xiàn)象時存在局限性。真三維中,空間目標(biāo)通過X、Y、Z三個獨立坐標(biāo)軸定義,Z是一獨立變量。相比之下,真三維具有連續(xù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和與之相應(yīng)的分析功能,由此帶來的好處是可以從空間的角度分析和顯示物體。隨著GIS應(yīng)用的深入,人們越來越多地要求以真三維空間來處理問題。因此,對三維GIS的研究已成為了GIS領(lǐng)域關(guān)注的熱點。目前許多GIS軟件都提供了與三維相關(guān)的可視化、分析等功能。為認(rèn)識當(dāng)前GIS軟件的三維功能現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,對目前國內(nèi)外GIS領(lǐng)域中具有代表性的GIS基礎(chǔ)軟件:ArcGIS、MapInfo、MapGIS、SuperMap進(jìn)行三維功能分析?？紤]到GIS領(lǐng)域三維技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,本文從三維視覺效果的角度,將2.5維與真三維結(jié)合起來,統(tǒng)稱為三維,將包含2維、2.5維與真三維處理分析功能的GIS稱為三維GIS。1維數(shù)據(jù)庫設(shè)計與二維GIS相比,對空間對象進(jìn)行三維空間分析和操作是三維GIS特有的功能。目前,許多學(xué)者對三維GIS應(yīng)具有的功能作了闡述。本文在此基礎(chǔ)上,結(jié)合GIS基本功能,對三維GIS應(yīng)具有的功能進(jìn)行了總結(jié),三維GIS除應(yīng)具有二維GIS的基本功能之外,還應(yīng)包括以下功能:(1)2.5維信息處理分析功能:已有數(shù)據(jù)中有大量2.5維信息數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)對于簡單的三維可視化、分析仍具有重要價值,因此三維GIS應(yīng)具有處理分析這類信息的功能。(2)三維數(shù)據(jù)獲取:包括兩方面內(nèi)容:一是利用遙感、測繪等技術(shù)直接獲取三維數(shù)據(jù);二是利用數(shù)據(jù)交換接口,從其它數(shù)據(jù)庫將不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入到本數(shù)據(jù)庫中?？傮w來說三維GIS應(yīng)具有靈活的數(shù)據(jù)交換接口,能容納多源數(shù)據(jù),使更多的數(shù)據(jù)能夠被利用。(3)三維數(shù)據(jù)存儲、管理:三維空間數(shù)據(jù)庫是三維GIS的核心。存儲龐大的三維空間數(shù)據(jù),需要高效適宜的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),實現(xiàn)快速連接、檢索、提取等。此外,還應(yīng)支持對三維數(shù)據(jù)的本地存儲和網(wǎng)絡(luò)存儲。(4)三維數(shù)據(jù)編輯、可視化操作:主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的編輯及圖形數(shù)據(jù)的刪除、修改等操作?？梢暬饕▽θS空間對象的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、切割生成剖面圖等功能。(5)三維建模:三維空間是復(fù)雜的,基于三維的應(yīng)用也有著巨大差異,地質(zhì)、環(huán)境、數(shù)字城市等不同的領(lǐng)域需要不同的三維模型,對三維GIS功能的需求也不一樣。因此三維GIS應(yīng)針對不同應(yīng)用領(lǐng)域,提供系列三維建模功能,如:地表景觀建模、城市三維建模、三維地質(zhì)建模等。(6)三維空間分析:它是三維GIS獨有的能力,是直接在三維空間中進(jìn)行操作與分析,空間分析應(yīng)該是面向用戶的,通過空間分析解決用戶特定的問題,為決策者提供決策支持。三維空間分析除了包括二維GIS的分析功能外,還應(yīng)包括針對三維空間對象的特殊分析功能。具體可分為以下幾類:①查詢,包括幾何參數(shù)查詢、空間定位、關(guān)系查詢等;②空間量測;③疊置分析;④緩沖區(qū)分析:點、線、面、體緩沖分析(如圖1所示);⑤網(wǎng)絡(luò)分析,包括最短路徑、資源分配、連通分析等;⑥地形分析;⑦剖面分析;⑧空間統(tǒng)計分析。(7)多維轉(zhuǎn)換:是指將傳統(tǒng)一維、二維對象轉(zhuǎn)入到三維GIS中,區(qū)分出一維、二維對象在垂直方向上的變化,以及將時間維融入實現(xiàn)靜態(tài)的三維的動態(tài)化,另外出于實際需要將三維對象用傳統(tǒng)二維方式進(jìn)行表達(dá)處理等。(8)數(shù)據(jù)輸出、共享:將系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)以不同的格式輸出到其他系統(tǒng)中去,實現(xiàn)數(shù)據(jù)多次利用,或者利用設(shè)備輸出二維、三維空間視圖等;由于網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)展,還要考慮通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)三維功能共享。2mapgis《GIS開發(fā)者》第六期對常用GIS軟件的調(diào)查表明:常用的國外GIS軟件中,ArcGIS占據(jù)半壁江山,MapInfo排在第二。常用國產(chǎn)GIS軟件中,排在首位的SuperMap,占41%的份額,然后是MapGIS,二者之和達(dá)到67%。因此本文選擇以上四種軟件,結(jié)合軟件實際操作與相關(guān)資料,對它們所具有的三維功能及其變化情況進(jìn)行分析。2.1da-arcglobe美國ESRI公司新推出了ArcGIS9系列產(chǎn)品。ArcGIS9與ArcGIS8一樣具有基本的3維(主要是TIN等2.5維方面的)功能:利用等高線數(shù)據(jù)、不同插值方法來構(gòu)造表面,并通過ArcScene進(jìn)行三維顯示,以及表面分析:如表面查詢、計算坡度坡向、繪制等值線、可視性分析(視場)、生成剖面線、計算表面面積與體積等。與ArcGIS8不同的是,ArcGIS9在ArcToolbox中單獨地提出了3DAnalyst模塊,提高了可視化以及對真實世界的模擬能力,并且在3DAnalyst基礎(chǔ)上第一次推出全球3D可視化模塊—ArcGlobe。它具有與ArcScene相似的地圖交互工具,具有與任何在三維地球表面帶有地理參考的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫交互的能力,增強(qiáng)了多比例尺全球數(shù)據(jù)的3D顯示能力。并且ESRI公司的新產(chǎn)品ArcGIS9.1PublISher支持使用ArcGlobe軟件創(chuàng)建的三維文檔,并具有顯示和發(fā)布三維地圖與數(shù)據(jù)的能力。2.2改變改的布局,解決方案以架MapInfo是美國MapInfo公司的桌面地理信息系統(tǒng)軟件,是一種數(shù)據(jù)可視化、信息地圖化的桌面解決方案。目前該軟件的最新版本是MapInfoProfessional8.5及其系列軟件。MapInfoProfessional7.0和MapInfoProfessional8.5二個版本僅提供了有限的三維圖像創(chuàng)建與顯示功能,三維處理分析功能較弱。2.3維地質(zhì)建模平臺武漢中地數(shù)碼科技有限公司最新推出的MapGIS7.0包含MAPGIS-TDE三維地理信息系統(tǒng)平臺等新產(chǎn)品,具有以下特點:(1)具有全新的顧及拓?fù)?、面向?qū)嶓w的三維空間數(shù)據(jù)模型,實現(xiàn)了多種三維矢量模型數(shù)據(jù)一體化存儲。具備海量空間數(shù)據(jù)存儲與管理能力,針對三維矢量空間數(shù)據(jù)和規(guī)則體數(shù)據(jù)采用了不同的索引策略,提供高效的空間索引機(jī)制。(2)提供了景觀的建模、可視化及分析工具,主要包括:景觀快速建模;地表景觀可視化、地表景觀分析工具包括:距離量算、面積量算、通視計算等。(3)具有對DEM快速建模、地質(zhì)體結(jié)構(gòu)、屬性建模、可視化及分析工具。針對巖土、城市三維地質(zhì)工作的應(yīng)用需求,平臺提供了特定的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)建模、地質(zhì)體模型可視化及地質(zhì)體剖切分析等專業(yè)應(yīng)用工具。地質(zhì)體結(jié)構(gòu)建模把以點、線為基本形式的散布式的、局部的勘探資料解釋結(jié)果在三維空間中綜合起來,重新恢復(fù)地下地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間形態(tài)和組合關(guān)系,進(jìn)而構(gòu)建三維地質(zhì)構(gòu)造的幾何模型和拓?fù)淠Ｐ?。具有三維景觀方式、透視三維景觀方式、切面方式等地質(zhì)體可視化表現(xiàn)及顯示方式,并提供了任意方向切割模型、立體剖面圖生成、隧道生成等分析方法。與MapGIS6.5相比,MAPGIS7.0加強(qiáng)了DTM等2.5維分析功能,還增加了對2.5維、真三維空間數(shù)據(jù)的管理、針對特定應(yīng)用領(lǐng)域動態(tài)擴(kuò)展建模及其分析工具,以適應(yīng)特定的三維應(yīng)用。2.4準(zhǔn)地表數(shù)字地形分析以及三維模擬操作SuperMapGIS是北京超圖公司研制的新一代大型GIS平臺,SuperMapGIS5系列為其最新版本,具有以下三維功能:(1)三維建模、可視化操作:主要是DTM、TIN方面的功能;三維圖形縮放、旋轉(zhuǎn)、漫游等操作,支持分層設(shè)色的正射三維影像,還具有實時的三維透視效果、紋理映射、飛行模擬等功能。(2)新增三維顯示效果渲染與控制:光照、霧、貼圖等。(3)地表模型和地形分析:能進(jìn)行坡度,坡向分析,分水嶺分析,流域分析,淹沒模擬土方填挖計算,地表長度計算,剖面圖制作以及根據(jù)地形提取水系、等高線等。與早期版本SuperMapGIS2003相比,新版本增強(qiáng)了對三維模型的表達(dá)能力,以及DTM模型的分析功能。3不同領(lǐng)域的真三維對比表現(xiàn)通過對以上GIS基礎(chǔ)軟件分析可得出以下認(rèn)識:(1)幾種GIS軟件共有的三維功能主要是DTM、TIN等2.5維的數(shù)據(jù)處理與分析功能。除MapInfo外,它們在這方面的功能差異并不大,MapGIS和SuperMap二國產(chǎn)軟件在這方面已達(dá)到了與ArcGIS相近的水平。這方面功能已較為成熟。(2)從4種軟件三維功能應(yīng)用范圍來看,多是建立在數(shù)字高程模型基礎(chǔ)上,用以解決簡單的地表景觀建模等問題,在MapGIS7.0推出之前很少涉及地質(zhì),采礦等領(lǐng)域的真三維問題。(3)從每種軟件不同版本的比較來看,各GIS軟件都不同程度地增強(qiáng)了自身的三維功能,只是其側(cè)重點不同。ArcGIS推出ArcGlobe,增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)的組織與表達(dá)方式,并通過最新的ArcGIS9.1PublISher實現(xiàn)三維地圖與數(shù)據(jù)的發(fā)布與顯示,加強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)的傳輸與共享。MapGIS7.0推出的MAPGIS-TDE,實現(xiàn)了真三維功能方面的突破。(4)由于三維數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論與技術(shù)不成熟等原因,上述軟件與本文所述三維GIS應(yīng)具有的功能體系存在著較大差距。盡管MapGIS7.0實現(xiàn)了真三維功能的突破,但三維GIS的理論、技術(shù)、應(yīng)用總體上還不成熟,處于初級階段,且發(fā)展速度較慢。2003～2005三年國產(chǎn)地理信息系統(tǒng)平臺軟件測評大綱對三維功能的評價標(biāo)準(zhǔn)并無較大變化,也未明確提及真三維方面的功能標(biāo)準(zhǔn)。這從側(cè)面說明GIS基礎(chǔ)軟件三維功能的發(fā)展速度緩慢,未引起足夠重視。筆者認(rèn)為今后有必要將真三維功能引入測評大綱,以促進(jìn)GIS軟件三維功能的快速發(fā)展。目前已有一些