三维地理信息系统(GIS)技术综述
:三维可视化能使人们把只有抽象概念而难以直接感知的空间现象现实化和直观化。比如剖析地下结构、反演不会重现的历史过程、推演未来发展、仿真复杂的时空现象(台风演进、洪水淹没、大气污染、核电站泄漏事故影响、噪声传播、温度和风场变化)等,由此能获得各种超越现实的空间感知经验。目前,大多数三维GIs的三维能力甚至被认为主要体现在三维可视化功能上,并且是区别于2维GIs最重要的特征之一。突出三维可视化功能的三维GIs在许多场合因此又被称为“虚拟现实GIs" ,"三维可视化GIs”等等( Haklay,2002;张生德和王磊,2001)0 三维可视化越来越多地成为GIs(不仅是三维GIs)的终端表现形式,并I被认为是不同背景的用户进行空问信息交流和视觉分析与空问认知的有效媒介。游雄教授与万刚博士的“战场可视化与数字地图”一文则详细介绍了三维GIs在军事领域的应用—战场环境仿真。与传统2维GIs固定的视角或视点观察效果明显不同,当用户把视点放在三维空间(特别是透视投影空间)里时,不经意的旋转缩放和平移操作往往容易导致方位的迷失,使得迅速定位产生困难。
为了既能享受常规2维GIs地图表示优越的方位感,又能得到三维逼真显不的真实感和沉浸感,多视点的多模态可视化视图表不成为三维GIs最典型的界面特点。三维GIs基于数据库能提供多种形式的交互式三维动态可视化功能,比如,较宏观的屹越漫游能迅速把握整个空间分布,包括地形特征和地物布局;较微观的穿行漫游则能准确地分辨地形的微小变化和地物的明显特征,而且在运动中能及时更新可见的内容井根据距离远近以不同的细节或尺度进行表现。在计算机交互式图形处理中,实时动u往往要求每秒25一30帧的图形刷新频率,也就是说所有的建模、光照和绘制等处理任务必须在大约17微妙的时问内完成。所有这n对数据调度机制和图形绘制策略都提出了新的更高的要求。数据动态装载、图形渐进描绘、多重细节层次(LOD: Levels of Detail)和虚拟现实表现等已成为三维GIs可视化的典型技术特征网络技术、分布式计算技术和三维可视化技术的飞速发展,为分布式三维GIs技术的实现提供了契机。特别是随着各种小型化、便携式的移动计算与显示设备和无线技术的广泛使用,三维GIs的分布呈现出多样化的特点,并为人们提供日益广泛的现实服务。现有分布式三维GIs主要体现在网上三维可视化方面,并民绝大多数都是基于VRML实现的而采用Java 3D和插件等技术由于支持服务器端的数据库管理与存取,因此在浏览器端可以实现在线空间查询和分析等操作(陶闯和王全科,2002) 。
三维 G IS 海量数据的交互式真实感可视化对计算机软硬件环境也提出了特殊的要求,而月_
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