1、程承旗北京大學遙感與地理信息系統研究所l三維GIS的要求與二維GIS相似，但在數據采集、系統維護和界面設計等方面比二維GIS要復雜得多，如：l1） 數據編碼l2） 數據的組織的重構l3） 變換l4） 查詢l5） 邏輯運算l6） 計算l7） 分析l8） 建成立體模型l9） 視覺變換l一、八叉樹三維數據結構l1、 原理l2、 八叉樹的存貯結構l（1） 規則八叉樹l（2） 線性八叉樹l（3） 一對八式的八叉樹l l數字高程模型DEM（Digital Elevation Model）；l地表單元上高程的集合,通常用矩陣表示；l廣義的DEM可包括等高線，三角網等。這里我們特指由地表矩陣單元構成的高程矩陣

2、。lDTM（Digital Terrain Mode）數字地形模型；l地表單元上地形參數的集合，通常DTM可由DEM生成。l（1） 在數字地形圖數據庫中存貯高程數據l（2） 解決道路設計和軍事工程中的一些與高程有關的問題l（3） 軍事目的三維地形顯示及風景設計和規劃l（4） 剖面視覺分析l（5） 道路規劃、大壩選址等l（6） 不同地形之間的靜態分析和比較l（7） 產生坡度圖、坡向圖和生成著色地形圖的坡度剖面圖，輔助地貌分析或建立侵蝕圖l（8） 作為專題信息的顯示背景或將地形數據與專題數據進行疊合l（9） 為景觀的圖像模擬模型和景觀處理提供數據l（10） 通過將高程替換為其他連續變化的屬性。l（

3、1） 數學分片表示法l（2） 圖像表示法l 線模型l 點模型la高程矩陣l 缺點：l 在平坦地區出現大量的數據冗余；l 若不改變格網大小，就不能適應不同的地形條件；l 在視線計算中過分依賴格網軸線。lb.不規則三角網l l將地形圖蒙上格網，逐格讀取中心或角點的高程值、構成數字高程模型。l通過遙感立體像對，根據視差模型、自動選配左右影像的同名點，可建立數字高程模型。l對有限個離散點，每三個鄰近點聯接成三角形，每個三角形代表一個局部平面，再根據每個平面方程，可計算各格網點高程，生成DEM。l根據有限個離散點的高程、采用多項式或樣務函數求得擬合公式，再逐一計算各點的高程，可得到擬合的DEM。l根據各

4、局部等值線上的高程點，通過插值公式計算各點的高程，得到DEM。l等值線插值法是比較常用的方法，輸入等值線后，可在矢量格式的等值線數據基礎上進行，插值效果較好。l l計曲線作為控制地形的同骨架，必須全部無誤地輸入。l有選擇地輸入首曲線，選取原則是：l1） 山頂最高處首曲線必須輸入。l2） 溝底和山脊變化大時，所選的首曲線應該“搭肩”輸入。l3） 鞍部首曲線一般要求全部輸入，但對于首曲線擁擠的鞍部，可以只輸入高程改變處那一對首曲線，鞍部首曲線必須對稱；l4） 地形變化較大部位，如計曲線之間距離較大，相鄰計曲線不套合以及山脊、溝底的分又處等等都屬于地形變化大的部位。這些地方的首曲線要求合部輸入式者至

5、少要求隔一根輸入一根。l采用移動擬合加權平均插值方法。設P點為待內插的點，從P點按45的方位間隔引出八務搜索射線，八條射互與P點相鄰的等高線的交點為C1，C2Ci，其高程分別為Z1，Z2Zi，它們到P點的距離設為d1，d2di則P點的插值高程Zp為cimicimiipddZZ11)/1()/(l數字地面模型由數字高程模型（地形等高線插值產生）產生，主要包括：l等間距或不等間距劃分為若干高程等級，如用來區分丘陵、低山、中山、高山等 l式中n的計算單元內柵格個數；lh（Pk）為第k點的高程。nkkphnh1)(1l設參考高程為hm，則各柵格點上相對高程為：l l k=1，Nhmphphkkl mi

6、nmaxmaxmaxhhhphMINhphMAXhkkl切面方程：l坡度為該平面法線與水平面法線之間的夾角：l將計算結果劃分為91級（0-90），為代表水平面的情況。zbyaxyxZ,1sec22baarcal坡向為上述擬合平面的法線在水平面上投影的方位角：l按22.5度的方位角間隔由正北順時針劃分為16個方位，每級取值范圍為11.25度。abarctga/l反映某一面積單元內地勢伏變化的復雜程度，是地表面積與投影面積之比：niniiiiAARAAR11/sec/坡實l根據相鄰網格點上的坡度和坡向之間的邏輯關系，可以判斷坡形的凹凸變化情況，確定溝谷線、山脊和鞍部的位置，劃分流域范圍。l溝谷密度

7、由單位面積上溝谷線總長度決定： ALD/l計算輻照度需考慮日照條件（太陽赤緯、高度角、時角及大氣狀況）與坡面幾何條件的相互關系由下式決定：l式中，大氣透過率，與太陽高度和大氣狀況有關；Sc為太陽常數；Sa為太陽高度角可由球面三角公式求出；t是時角；a、b為坡面方程系數；為坡度。 SatbtaSaScEsincossincossinl首先取其中任一點P，在其余各點中尋找與此點距離最近的點P2，連接P1P2構成第一邊，然后在其余所有點中尋找與這條邊最近的點，找到后即構成第一個三角形，再以這個三角形新生成的兩邊為底邊分別尋找距它們最近的點構成第二個、第三個三角形，依此類推，直到把所有的點全部連入三角

8、網中，l 不規則采樣點的插值l先將不規則采樣點集連接成TIN，然后再求落在各個三角形內的網絡點高程值（包含落在三角形邊上的點） 待求點落在三角形ABC內，先用線性插值的方法，求D，E兩點的值。設A，B，C，D，E，P處的值分別為VA、VB、VC、VD、VE，其中VA、VB、VC為已知，在DEM中實質上為高程值，則D、E兩點處的插值為則P點的插值為：ACAEVAVABADuVuVuVCAEBAD,)1(,)1(DEDPtVtVtVEDp,1l一、平面圖l二、層l三、截面圖l四、立體圖形l五、全息圖l六、表面著色與體積著色l l在提高GIS的建模能力方面，我們以常碰到兩個問題：l（1） 發展系統的

9、高級幾何建模能力，包括提供各種進行模型的生成、轉換、有效性檢查和幾何操作的工具。l（2） 發展種數據結構，這種數據結構能存貯不同種類的幾何模型之間的拓撲關系，以及與之相聯系的屬性。l最有效地描述這些實體的方法有：l 1） 邊界表示法l 2） 空間實體枚舉法l1） 它能表示任何不規則的或具有斷裂面的地理實體；l2） 它能在同一數據結構中存貯幾何和基本的地質信息；l3） 它同樣能對不均質的地理實體的內部進行描述。l 以下是在IVM中采用的幾種模型l1） 具有85000個輸入點的數據，其中的Z為深度。l2） 帶有61000個輸入點的速率數據，其中Z為時間，并對三種不同類型的速率文件，分別建模。l3）

10、 有100個油井的t地區油井數據，Z為深度。l4） 中東石油趨勢分析，Z值為1970年到現在的年份或季度。l用戶須輸入 xyzp，其中p為屬性數據lDynamic Graphics Co.l1、 地層模型l2、 探井模型l3、 屬性模型l1） 為用戶提供了精確定義地質模型和根據序列或層邊界分布來內插屬性值的能力l2） 每個格網要賦予與多達100項屬性；l3） 具有過濾功能。lStratamodel Co.l l一個全軟件化設計、功能齊全、高度智能化的攝影測量解決方案，提供從自動空中三角測量到測繪地形圖的整體作業流程 VirtuoZo NT全數字攝影測量系統Virtuozo Nt是一個全軟件化設

11、計、功能齊全、高度智能化的攝影測量解決方案，提供從自動空中三角測量到測繪地形圖的整體作業流程。VirtuoZo NT采用國際最先進的超快速匹配臬法確定同名點，匹配速度高達500-1000點/秒，可處理航空影像，SPOT影像和近景影像，包括8bit黑白影像和24bit彩色影像。多咱高效、實用的測圖模式及與Microstation接口，實現了采編一體化。線劃要素半自動撮功能，大大提高了作業效率。開放的數據交換格式可與其它測圖軟件，GIS軟件和圖像處理軟件方便地共享數據。生動的三維立體景觀可視化，可真實再現三維場景，為虛擬現實和再現現實提供數據。VirtuoZo Nt不但能制作中種比例尺的4D測繪產

12、品，也是3S集成，三維景觀和城市建模等最強有力的操作平臺。因此，VirtuoZo NT系統不但改變了我國傳統的測繪模式，提高了生產效率，同時也為測繪部門拓展業務提供了強有力的工具，能廣泛應用于國民經濟建設各部門。數據輸入/輸出管理（V-1/O）可處理航空影像，近景影像及非量測相機等攝取的8bit黑白影像和24bit的彩色影像。提供錄活的圖形、圖像輸出功能，可輸出線劃圖，影像圖和三維景觀圖。系統的輸出可直接與眾多的GIS系統連接，如：Arc/into、GeoStar和MAPFIS等。自動定向模塊（V-Orientation）全自動相對定向，全自動內定向，半自動絕對定向。內定向、相對定向和絕對定向

13、都達到子象素（1/2-1/10象素）精度。影像匹配模塊（V-Matching）影像匹配預處理核線重采樣采用國際最先進的影像匹配算法，沿核線進行整體松馳影像匹配確定同名點，匹配速度高達500-1000點/秒。 自 動 生 成DTM/DEM模塊（V-DEM）精度可達1/4000-1/6000航高以上。提供平坦地區和城區的匹配與編輯模塊。DEM自動拼接。自動繪制等高線模塊（V-Contour）三次樣條光滑。自動高程注記。自動生成數字正射影像模塊（V-Orhto）提供正射影像修飾功能，可對由于DEM誤差（在精度允許范圍內）引起的影像模糊或高架橋等局部變形進行修飾。正射影像和等高線疊合模塊。數字化測圖模

14、塊（V-Mapper）提供三種測圖方式1） 液晶立體眼鏡測圖模式（可用閃閉式立體眼鏡或偏振鏡屏），其中又分為測標漫游和影像漫游二種測圖方式；2） 反光立體鏡雙屏測圖模式；3） 正射影像測圖模式。提供二種圖形測繪功能；1） IGS人機交互式測圖、編輯圖形系統；2） 線劃要素半自動提取，包括建筑物，提供不同比例尺的制圖符號庫。提供圖廊的整飾和輸出。 三維立體景觀顯示模塊（V-3DImage）立體透視圖真實景觀顯示正射影像的無縫鑲嵌模塊 （V-Mozaix） 分層影像鑲嵌全自動影像鑲嵌Microstation采編一體化 建 設 模 塊 （ V -Microstation）利用Microstation

15、提供的MDL語方所開發的接口，使圖形窗口和影像窗口的數據能進行實時交換，充分發揮Microstation強大的編輯功能，開成采編一體化的系統。提供從1：500至1：25萬的各種比例尺圖形符號庫，并可根據用戶需求自定義制圖符號。近 景 攝 影 測 量 模 塊（V-VloseR）可處理量測相機或非量測相機的近景攝影影像。制作特大比例尺（1：100）的線劃圖或影像圖可用于工程進展監測，土石方計算等?？捎糜谥亟ㄈS近景實物模型。SPOT衛星影像處理模塊（V-SPOT）可處理SPOT 1A和1B級的衛星影像建立DTM/DEM制作SPOT正射影像。進行土地變化監測。進行地圖更新和修測。自動空中三角測量模塊

16、（V-AATM）自動進行內定向自動化“空三量測”（包括自動相對定向、選點、轉點和量測）。模型自動連接與構網。人機交互后處理（刪點和相點，剔除相差）。集成有獨立模型法區域網平差軟件及GPS輔助光束法平差軟件（WuCAPSGPS）。自動化量測速度一般為2-5分鐘/片。能與區域網平差軟件PAT-B，Ablany 等進行雙向數據轉換。城市建模與可視化軟件CyberCity三維幾何重建成和紋理提取。對任何建筑物可在360范圍內進行房頂和墻面紋理的平巾和修飾。建立真實的城市三維景觀動畫?？膳cMapinto,AutoCAD和3D Studio數據進行交換，可供規劃、設計人員進行二次開發。生成DEM軟件DEM

17、aker 自動內定向。自動相對定向、半自動絕對定向。生成核線影像。匹配（包括匹配預處理及對匹配結果的顯示和編輯）DTM/DEM生成。自動/半自動量測離散點建立DEM。DEM拼接。自動繪制等高線。三維立體景觀顯示。生成正射影像軟件O rthoKit自動內定向。DEM輸入（USGS格式）矢量等高線（DXF格式）生成DEM。DEM拼接。單像空間后交。正射影像生成（包括正射影像+等高線）。正射影像鑲嵌。正射影像修復（O rthofix）三維立體景觀顯示。 多 影 像 無 縫 鑲 嵌 軟 件Mozaix用于任意影像的無縫鑲嵌，特別適用于城市影像的鑲嵌。可處理黑白或彩色影像。分層影像鑲嵌。全自動影像鑲嵌。矢量等高線生成DEM軟件DEMix 可 讀 取 A r c / I n f o 數 據GeoScan/Geostar數據，并以相同格式的數據輸出。自動檢查等高線和高程注記點賦值的錯誤。建立TM，并自動消除平三角形。由TIN內插DEM，并由DEM跟蹤新等高線。新、老等高線套合，人機交互消除殘余平三角形。28個點高程精度檢查。數字化測圖軟件M apEngine自動內定向。自動相對定向，半自動絕對定向。生成核線影像。數字化測