三维地图范文

三维地图篇1

[计算机世界独家]（记者 许泳）晚上请朋友吃饭，在预订餐厅前先在网上找到它的地理位置，并查看周边真实的360度街景，甚至“步入”餐厅虚拟参观个遍，这是三维景观带给人的最初印象。初次接触三维的用户，无不惊喜雀跃于它的立体、真实和美观。能够直观显示地球上的建筑物或地形的还有谷歌地图(google earth)，它通过访问庞大的卫星图片扩展数据库为用户展示出丰富的地理信息。

应用三维技术，可以将城市街道、建筑物及市政设施的立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上就可以很直观地看到生动逼真的场景，并进行诸如查询、测量、漫游等一系列操作，带给人感官上的愉悦。近年来，三维技术除了满足用户体验外，还在城市规划、交通、能源等领域深挖应用，提供决策支持等功能。在今年的中国地理信息系统优秀工程评选中，获奖单位苏州市规划局、济南市勘察测绘研究院、青岛市城阳区规划局以及温州市港航管理局都无一例外地采用了三维技术，增强其管理决策功能。

走上规划决策者的桌面

城市要建高架桥、要修地铁、要规划园林绿地，现在都可以先在决策者的桌面PC上通过三维影像数据直观地“摆排”一番。只需修改几个参数，就能改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，或者是园林绿化密度。“以前需要一周时间做出的决策，现在只要半天就可以完成。” 苏州市规划局城市规划中心处长刘争齐介绍说，“通过建立三维地理空间信息资源共享体系和环境，苏州市规划局为社会各行业提供了真实、全面和高效稳定的城市三维地理空间数据服务。该工程覆盖了苏州市区2100平方公里，其中核心区范围50平方公里，整个工程数据量达到280GB。”据悉，苏州市规划局除了建立地上的三维实景，还有地下管线的三维信息，使以前重叠在二维地图上的一些管线数据，在层次上被分离开来，更利于决策。通过增加一维高度信息，能够构造出更接近于现实的三维地表模型和各类建筑物模型。“工程累计投入资金1500余万元，利用基础测绘资金6100万元，包括地形图、影像图、数字高程及其他数据调查。”刘争齐给出了两个具体数据。

随着我国城市化进程的发展和城市旧城区改造工程的大规模开展，当前我国大部分城市正处于详细规划修编时期，济南市城市规划三维辅助决策支持系统就很适应时机地走上了规划设计者的办公桌。“工程覆盖济南市控制规划范围4000平方公里内的地形、正射影像，完成了以大明湖、趵突泉和千佛山为中轴线的泉城风貌带50平方公里的三维景观，系统数据量达到400多GB。” 济南市勘察测绘研究院主任仲伟政说。建成后的系统，能够对规划方案进行比选，调整规划单体的纹理、位置、形体、高度，然后输出规划效果图，甚至是动画多媒体展现。仲伟政表示：“这样一来，我们改变了规划工作以往单调、不直观的状况，规避了因缺乏高度信息带来的设计风险。” 决策者通过在三维场景中任意漫游，可以发现很多不易察觉的设计缺陷，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。

同样的，在“数字城阳”项目中，规划系统各级领导、业务部门也可以通过C/S模式访问数据服务，完成三维规划审批及三维辅助决策支持。

除了城市规划，三维技术也开始涉通运输。温州市港航管理局局长叶建国告诉记者：“温州市有丰富的航道资源，内河航道总里程达1283公里，其中通海轮航道达113公里。我们创新性地将二、三维技术综合应用在港航管理行业，提供了可视化的航道管理、港区规划成果展示界面和港航资源查询定位功能。” 以虚拟现实的方式展示港区规划成果提升了港口、航道对外招商的影响。

只是“看上去很美”？

拖动鼠标，就能在城市中漫游，找到历史文物古迹和城市标志性建筑，三维景观在数字城市建设中已经成了对外的形象工程。目前，美国有50多个城市正在全面进行数字城市建设，欧洲一系列数字城市的规划和实践也相继展开。在我国，数字城市建设已被列入信息产业和城市基础设施建设“十一五”期间发展战略重点。然而，各个城市建设的步伐不同，切入点也不一样。要建设三维景观，前期资金投入是很大的，在平台搭建、数据量、网络传输等方面都有特殊要求。对于中小规模城市，或者一些有特色的行业来说，高投入能否得到高回报？是“面子工程”，还是实际需求？这些都是业界争论的问题。

带着这些问题，记者走访了曾参与过多个三维数字城市建设的北京灵图软件公司。灵图公司首席运营官秦春乐观地告诉记者：“三维地理信息系统的建设是未来发展的一个方向，计算机和网络技术以及数据获取技术都在日新月异地发展，技术不是问题，重要的是思维模式的转变。”

秦春分析：“以城市三维基础平台系统为例，它属于网络服务体系结构，具有基础设施的特点，即初期投资较大，而边际成本很低。系统的投入使用节约了数据采集成本，克服了重复劳动、重复投资的现象。” 据了解，三维基础平台由于提供了数据接口，可以直接与原有的各专业系统集成，实现数据的共享，从而大大节约了基础数据的应用成本，缩短了系统建设和投资回收周期。同时，通过开发、提供基于三维虚拟城市的增值服务，例如与中国电信、中国移动等运营商合作，具有开拓增值应用渠道的广阔前景。

除了在应用中的推广，三维信息系统的建设还要跨越一些技术难点，比如海量存储、网络传输、数据、数据共享等。

在三维GIS中，无论是基于矢量结构还是基于栅格结构，对于不规则地学对象的精确表达都会遇到大数据量的存储与处理问题。三维场景结构复杂，如果没有较好的数据模型和管理策略，系统难以达到预定的显示效果，更谈不上良好的交互式界面。

三维地图篇2

【关键词】多信息源；三维地图；探究

前言：

三维电子地图研究的核心问题包括地图数据获取、地图数据结构、地图三维可视化及三维地图空间分析。其中，三维电子地图数据的获取方式是地图研究的前提，主要有人工采集、机载或航拍等获取方式，并利用三维建模软件对采集的数据进行人工建模，将各个孤立的三维模型集成到一个三维地图系统中。此类方法花费人工量大、制作周期长且地图信息不易更新，不同获取方式得到的数据格式多种多样，使三维地图的数据融合、存储、表达及对三维对象间宏大的拓扑关系的描写困难重重。

1.三维电子地图的发展历史

传统纸质地图包含的信息量有限，购买新地图是数据唯一的更新方式。电子地图是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅地理信息的媒介。利用电子地图，不但可以对普通地图的内容要素进行任意形式的组合、拼接，形成新的地图，还可以按照任意比例尺和范围输出电子地图信息。电子地图不但明显缩短了成图时间，还可以很方便地与卫星影像、航空照片等其他信息源结合，生成新的图种。三维地形建模是计算机图形学领域三维可视化技术的重要研究内容。已经历了线划三维地形图、实体型三维地形图和高度真实感地形图三个发展阶段。三维地形数据的五种获取方式分别为：由地形图等高线及高程数据生成、直接使用地图数据库中的数字高程模型数据生成、通过处理航拍摄影像生成、由机载激光扫描仪直接扫描并经后续处理得到、用干涉合成孔径雷达获取等。基于图像的建模方法主要是地形图像的叠加，通过对多幅图像进行处理，以消除重复的部分产生三维的特征。这种建模技术出现的较晚，由于是基于真实的图像，所以具有极强的真实感。但同时，这种技术具有离散及计算和存贮量大的特性，对硬件的性能要求极高，生成的三维环境不便于实时动态的漫游，立体感也不够强，所以目前地形的实时绘制主要采用基于图形的建模方法。

2.建筑物数据获取方法

按建筑物楼层数目粗略求算建筑物高度。这种方式主要用在使用二维地图数据库的数据来生成三维地图信息方面，这种方法可以利用已有的 2D GIS 数据，是对已有数据的二次利用，避免繁琐的人工信息采集，但是依赖建筑物楼层数据估计高度，精度极低，不适于三维地图的长远发展。从遥感影像中直接提取建筑物高度。这种方法主要有两个研究方向：利用立体像对进行立体量测、通过单幅影像获取高度信息。立体像对量测方法，可以使用成熟的商品化数字摄影测量系统，这些数字测量系统已具备自动空中三角测量、DEM 的自动采集及正射影像的快速制作等功能。通过单幅影像获取方法，以算法推导为主，研究地物阴影和高度的关系，或者研究单幅影像成像姿态与地面高程信息的几何关系。

3.基于遥感图像的建筑物提取方法

从遥感影像中提取建筑物信息并对这些信息进行三维重建，不仅是遥感领域所关心的课题，也是计算机视觉领域的一个重要研究方向。建筑物提取主要有自动提取和半自动提取两类方法。近年来，研究者提出了一些新方法用于建筑物的自动三维重建。前期，阴影分析主要从单张相片检测建筑物，后来逐渐被基于多张具有重叠度的影像获取方法所取代。基于多重叠度影像的建筑物获取方法，是从多张具有重叠度的影像上提取三维线索，以及包括颜色、现有的 GIS 数据、数字表面模型等多种线索，屋顶三维重建出来后直接投影到 DTM 上，并加上垂直的墙面，得到建筑物的三维模型。此外，有人尝试从雷达数据和高分辨率的遥感影像自动提取和重建建筑物。

4.基于高分辨率遥感图像的建筑物提取

遥感图像是三维城市地图中建筑物的重要数据来源，基于遥感图像的建筑物轮廓提取是近年来三维城市地图研究的热点。有效的图像分割是建筑物轮廓提取的重要前提，遥感图像具有多灰度级、信息量大、目标结构复杂等特征，至今没有一种算法能够有效分割获取途径不同的遥感图像。分水岭算法能够对图像进行完整分割，尤其在目标区域分辨率低且具有弱边缘时仍能够提供闭合的轮廓线，但在存在大量噪声时会产生严重过分割。

5.三维地形景观

5.1地形数据格式转换

DEM 是数字高程模型的简称，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支。数字地形模型是描述包括高程在内的各种地貌因子如坡度、坡向、坡度变化率等在内的线性和非线性组合的空间分布，其中 DEM 是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向、坡度变化率等地貌特征可在 DEM 基础上派生。

5.2地形场景实现

Ogre 的场景管理器提供了两种不同（却类似）的场景读取方式直接从磁盘文件载入数据以及从任意的数据流载入数据。其中使用数据流的方式允许你在程序中把网格模型包装构造成通用或者私有的地图格式，并直接发送到场景管理器中。但是大多数情况还是使用从磁盘中读取地图的方法，在这种方法里世界地图文件通常是能直接打开和载入的磁盘上的独立文件。

结语：

在图像处理技术基础上，结合遥感技术，进行图像分割，边缘提取，三维重建，目前是一个很有潜力的研究方向。当前已有的遥感数据获取技术往往受自然和人为等各种因素的限制，存在着不足和缺陷，还有很多值得研究的课题等待人们去解决。可以预见的是，未来的三维地图，将会朝着多元信息化、数据获取自动化、数据更新及地图漫游实时化的方向发展，而对于遥感数据的处理将是这一趋势不可或缺的重要环节。

参考文献：

[1]高翔，赵冬玲，张蔚.利用高分辨率遥感影像获取建筑物高度信息方法的分析.测绘通报.2008.（03），43.

[2]谭仁春，三维城市模型的研究现状综述，城市勘测，2007，（03），42-46.

[3]杨健，真实感三维地形漫游系统的研究与实现[学位论文]，广州市，华南理工大学，2007.

[4]梅雪良，航空影像中规则房屋三维形体的自动重建[学位论文]，武汉，武汉测绘科技大学，1997，5-11

三维地图篇3

关键词： 三维可视化 体视化

中图分类号：O343文献标识码： A

引言

地图是对客观存在的特征和变化规律的一种科学的概括和抽象。其描述的客观世界是丰富多彩的、千姿百态的三维的空间实体，而长期以来，地图是以静态的、二维的形式出现，这就造成了地图表达形式与客观世界实体之间的不可逾越的鸿沟。所以，地图学家一直致力于地图的立体表达研究，希望寻求一种既符合人们的感知习惯，又能形象的再现真实世界的表示方法。在此过程中先后出现了写景法（Scenograph）、地貌晕翁法（Hachure）、地貌晕渲法（Shading）、分层设色法（Layer tinting）等。地图的三维显示也随着经历了线划三维地图、实体型（模拟灰度型）、高度真实感三维地图这三个发展阶段。但由于技术和条件的限制，这些方法并不能完美的解决地图数据的三维显示问题，它们在数学基础理论、三维模型和三维显示等方面都有待改进。而这些方面也正是现代数学、地图学和计算机科学等学科岌待解决的问题。下面就分别从这三方面来浅述地图数据三维可视化的理论体系。

1数学基础理论

地图三维可视化的数学基础理论是三维解析几何学、投影透视理论和分形理论。

1.1三维解析几何学

在三维解析几何学中，三维制图的坐标系统一般采用的是笛卡尔坐标系统，它分两种：右手坐标系统和左手坐标系统，我们通常使用右手坐标系统。在笛卡尔坐标系统中，空间中的一个点用（x、y、z）来表示；空间中的一条直线用参数方程来表示，如通过两点p(x1，y1，z1)和q(x2，y2，z2)直线用方程组形式表示；平面用以下方程表示：Ax+By+Cz+D=0；三维表面用多边形片表示。同时把二维平面上的矢量、平移旋转缩放变换等概念扩展到三维空间即组成了三维解析几何学。

1.2投影透视理论

一个物体在人的视网膜上成象对应着一个投影透视的过程。这个过程的数学表示就组成了投影透视理论。任一点在地面坐标系OT-XTYTZT中的坐标为（XM,YM,ZM），它在投影平面P上的像点为m，则m点在投影坐标o-xy中的坐标（xm,ym）由下式求出：

式中，（XS,YS,ZS）是视点S在地面坐标系OT-XTYTZT中的坐标；α是投影平面与地面坐标系的平面间的夹角；θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴的夹角。

考虑到屏幕坐标系的特点和值域，还必须将像点m的坐标（xm，ym）进行平面相似变换，最后变换为屏幕坐标（xc，yc）：

1.3分形理论

分形理论是非线形科学中的一个活跃的数学分支，其研究对象是非线形系统中产生的不光滑和不可微的几何形体，对应的定量参数是分形维数。到目前为止，分形理论最成功的应用在于计算机图形学领域。利用分形理论中的随机分维函数模型，来模拟生成自然景观中许多不规则物体和表面（如云、山体表面、树木、草地、烟火等），已获得了极大的成功。

2三维模型理论

现阶段地图科学中主要的三维模型就是DEM（数字高程模型）。在这里，高程是一个泛化的概念，它包括其它随地理位置改变而改变的属性数据，例如土壤性质、温度等。DEM的研究通常分为数据的获取、建模和应用。现分别介绍如下。

2.1数字高程模型数据的获取

DEM数据包括平面位置数据和高程数据。获取DEM的方法很多，比如：来自机载激光扫描仪，InSAR技术、野外测量、摄影测量以及基于数字化的方法。

2.2数字高程模型的建模

DEM是地形表面的一个数学模型。它用数学函数Z=f(X,Y)来对地形表面进行模拟。地形表面的建模有四种方法：基于点的建模，基于三角形的建模，基于格网的建模和混合建模。

2.2.1基于点的建模

它是简单的存储点的高程值，建立的表面不连续。

2.2.2基于三角形的建模

我们把整个地表曲面看作是由一系列的相互联系的相邻三角形组成，就得到了基于三角形的地表建模。由于三角形的大小和形状有很大的灵活性，所以这种方法得到的地表模型准确而且数据冗余较小，但是，它的数据没有规律，难于进行空间分析且计算复杂。基于三角形的建模分为两种：常规TIN（包括Delauny三角形）和规则网格结构的三角网。规则网格结构的三角网的性质基本上与下述的规则格网模型相同。

2.2.3基于格网的建模

如果用四边形来表达地表曲面，就得到了基于格网的建模。实际应用中，正方形格网为最佳选择。基于格网的建模存在数据冗余并且当高程变化较快时模型与实际相差较大，所以一般用来处理平缓的区域。它的优点是容易进行空间分析和处理简单。

2.2.4混合建模

综合运用以上两种或多种建模手段得到地表模型就称为混合建模。例如我们在格网数据中，需要反映地性线，就可以用混合建模。

2.3数字高程模型的应用

数字高程模型的应用研究集中在基于数字高程模型的空间分析和各种立体图的制作上。前者包括地形分析、等高线的生成、剖面图的生成、空间关系分析等；后者包括晕渲图、分层设色图、立体景观图等，是地图数据三维可视化的核心内容。它的解决除了依赖数字高程模型知识外，还需要下述的计算机科学的三维显示知识。

3三维显示理论

建立地图数据的三维模型的基本步骤是：（1）数据准备（2）DEM递归细分（3）透视投影变换（4）光照模型（5）消隐和裁剪（6）图形绘制和存储（7）三维图形的后处理（8）基于三维地形图的分析。现代三维显示研究主要集中在光照模型和消隐和裁剪上。另外，体视化技术也越来越多的应用到地图数据的三维显示中来。下面分别介绍。

3.1光照模型

所谓光照模型，是根据光学物理的有关定律计算画面上景物表面各点投影到观察者眼中的光亮度和色彩组成的公式。

从朗伯漫反射模型开始，人们已先后提出了Phong模型，Cook-Torrace模型，Whitted整体光照模型等一系列考虑了不同因素的光学模型，并从理论和实际效果上进行了大量的验证。对于地图数据的三维可视化而言，一个好的光照模型应该满足以下要求：

1）能产生较好的立体视觉效果；

2）在理论上具有一定的合理性或严密性；

3）较小的计算量，以保证较快的绘制速度。

3.2消隐和裁剪

消隐处理现有的最具代表性的三种算法是：（1）画家算法（优先度法）（2）Z-buffer（深度缓冲器）（3）光线追踪法（Ray Tracing）。

画家算法的基本原理是：选定DEM数据场外的某一点作为视点，将任意三角形面素看作凸面体，依可见面判定法则排除不可见表面，然后对地图数据从远到近的顺序逐一填充显示每可见面素的地形影象，遵循后面显示的影象总是覆盖前面已显示的内容这一原则，从而达到消隐的目的。

Z-buffer法将显示屏上每一像素所对应的地面深度信息――Z坐标记录到Z缓冲器中，在绘制某一像点时，先检测Z缓冲器的值，若像素值小于Z缓冲器中的对应的Z值，表明该像点在景物空间距视点较近，应予以显示，并以当前Z值取代原缓冲区的值，否则不予显示。这样就达到了消隐的目的。

光线追踪法是这几年出现的一种高度真实感图形绘制技术，其基本原理是：从视点v(View-point)出发，通过屏幕橡素e向场景投影一光线交场景中的第一个交点（可见点），并置相应像素的光亮度为交点处的光亮度，从而绘制出一幅完整的真实图形。

3.3体视化技术

体视化技术是科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）理论的核心内容。简单说来，体视化技术就是用体素来表达物体内部结构并逐一显示体素的技术。体素的概念和像素差不多，不同的是它是一个三维概念。体视化的基本步骤是：三维空间连续数据场经有限元分析和断层扫描采样转化为离散的三维数据场，然后经过直接体绘制，转化为帧缓存的二维离散信号，再经过图形硬件重构，最终形成二维图象。体视化技术与一般三维显示不同的就在于直接体绘制。

4结语

随着计算机及图形处理设备性能的不断提高，地图数据三维可视化技术正向着实时动态显示、交互式控制、具有高度真实感的场景画面显示等方面发展。与一般地景“虚拟现实”表现形式不同的是，基于遥感影象（多种传感器，多种分辨率以及多光谱）的纹理技术和表现形式，可以达到内容上更加真实，信息上更加丰富、时态上更加现势的效果。结合GIS、VR以及RS等技术的融合与应用，地形可视化技术的发展方向应该是：显示方式上向“虚拟现实”方向上发展，在数据组织和功能结构上，向地理信息系统（GIS）方向上发展，而在保持其内在生命力和表现力的源泉在于源源不断的遥感（RS）影象数据以及由此而得到的地形数据。可以相信，地图数据三维可视化技术在国民经济和国防建设中的作用将日益重要，其应用前景是十分广阔的。

参考文献

[1]徐青菁.地形三维可视化技术 .测绘出版社,2000

三维地图篇4

在多年的高三地理复习教学实践中，我们不断摸索，积极寻求好的复习方式，既可减轻学生负担，又能收到良好的复习效果。高中地理知识面广，涉及内容多，许多学生感到地理知识零散繁杂，他们自己很难理清地理知识间的线索以及它们内在的联系。因此，他们只能将地理知识杂乱无章地堆放在头脑中，不会应用。思维导图的引入让我们眼前一亮，构建思维导图，是提高高三地理复习效率的一种很有效的途径。

1 思维导图在区域地理复习中的构建

区域地理是中学地理学习和考试的基础，是学习地理的起点和归宿，从近几年文综高考地理试题，区域地理所占比重较大，而且往往是是综合题地必然构建，对学生要求较高。面对庞杂的区域地理内容，相对比较紧张的复习课时，大多数学生对区域地理要全面完整掌握就十分困难，更多的只局限在对区域具体知识点的掌握上，缺少知识的整合与相互联系，缺少思维方法的训练，导致分析应用能力等较弱，考试中得分率低。而构建思维导图，建立地理事物间的相互联系，就能够很好地提高学生对区域地理知识系统掌握。下面是以中国地理《西北地区》为例的思维导图构建。

通过上述思维导图的构建，理清了我国西北地区各自然环境要素知识之间及自然要素与社会经济要素之间的内在联系。

2 思维导图在地理基础知识复习中的构建

在高三复习中，我们教师在第一轮复习中很多采取“填鸭式”的教学方式，用反复大量练习训练学生，把他们当成了“知识容器”，结果是学生所学到的知识多数是未经思考加工而被迫机械记忆单一的、零散的知识，枯燥的地理原理与规律。在地理基础知识复习时，我教师就可以用思维导图呈现每一章节的知识网络图。如，“大气环流”是文科学生地理学习难点，它包含“热力环流”、“单圈环流”、“三圈环流”、“气压带与风带的季节移动”、“季风环流”等多块内容，非常复杂，而且难以理解，但实际上彼此之间存在内在联系与递进关系。如果构建成如下思维导后，就比较容易理解了。

通过思维导图的构建，使大气环流枯燥的知识趣味化，迷惑的概念清晰化，零散的知识系统化，最终使学生感到所学知识在有多变少，所学的课本优厚变薄，而且知识的迁移能力的提高。

3 思维导图在地理专题复习中的构建

高中地理进入专题复习阶段，根据地理图文并茂、点多面广的学科特点，如何教会学生组织知识网络，理解地理事物之间的联系？如何使学生摆脱死记硬背知识碎块，创造性地解决地理实际问题？按照思维导图进行演绎，并进行对应的练习训练与讲解，使得教学过程清晰，环环相扣，同时刺激思维连绵不断地自主流动。这样的学习，学生自然兴趣盎然，复习效果事半功倍。例如在《气候》专题师生共同构建思维导图（见下）。

思维导图在专题复习阶段的运用把昔日书本知识的传递让位于建构，灌输让于探究，其优势体现在：

①能帮助学生在复习时整合新旧知识，构建知识体系从而在整理上把握知识。

②能够极大地提高学生的理解力和记忆能力，调动学生自主复习的积极性。

三维地图篇5

关键词：三维数字；地形；测绘

中图分类号： P2 文献标识码： A

1三维数字地形图的基本概念

1.1三维数字地形图的概念

三维数字地形图指的是地物、地貌等立体形状和空间坐标用三维点表示出来，在这样的途中，地形、地貌都是它描述的对象，即线划地形图。这就意味着，三维地形图中所有的地形、地貌、地物都是三维体现的，横轴和纵轴表示的是地貌、地物的水平投影，而竖轴则表示的是三维的坐标，是立体的、空间的。

1.2三维数字地形图的特征

三维数字地形图的特征主要表现在以下几个方面：第一，它是数字或电子版形式的，不是传统的纸质的。第二，它不仅能够描述地物的空间位置和形状，而且能够描述区域内的自然地貌的起伏状况。第三，它的制图比例是一比一的，表示的是某地物的平面的大小和位置以及三维的空间高度或空间位置，这是通过设定地面上空某一点来测量的。第四，地形、地貌和地物的立体形状都是通过三维的离散点来描述出来的。第五，我们从三维地图上所看到的信息都是非常精确和细致的，我们用更易懂的词来描述这一特点，就是说三维数字地形图都是大比例尺的，或者说是高分辨率的，而且它所描述的区域都非常小，所以内容详细，画面清晰。

2三维数字地形图的地形数据及表达方法分析

地形数据即为表现地势走向的地貌数据，包括平面位置和高程数据两种信息，这两种信息目前主要通过野外测量、航空航天遥感影像和现有地形图数字化三种方式获得。航空摄影测量一直是地形图测绘和更新的有效手段，其所获取的影像数据是高精度大范围的DEM生产最有价值的数据源。另外，近年来出现的干涉雷达、激光扫描仪等新型传感器数据被认为是快速获取高精度、高分辨率的DEM最有希望的数据来源。通过全站仪、全球定位系统(GPS)等手段可获取较小范围、大比例尺、高精度的地形建模数据，同时也是对航空摄影测量和地形图数字化的一种补充。实际工作中，具体采用何种数据源和相应得生产工艺，一方面取决于数据的可获取性，另一方面也取决于应用的目的和对数据的要求，包括DEM的分辨率、数据精度、数据量大小和技术条件等。

三维数字地形图是用规则格网和高程注记点来表达地形地貌的。为了不影响地图符号表达地物和地形，采用分布规则的格网式DEM较为妥当。格网的大小一方面取决于相应地形图的分辨率，一般说来，地形图的比例尺越大，对地物和地形表达的精度就越高即越精细，则格网就越小；另一方面取决于制图区域地形的复杂程度，一般说来地形越复杂或越破碎，为了表达地形时不失真，格网就应越小。在一幅地形图上，考虑到在实际中，有的地方地形比较复杂，而另一些地方则比较简单，可用四叉树结构来表达格网，即用大格网来表达简单的地形，而用小格网表达复杂的地形，即采用横向的多分辨率技术表达地形。构建三维数字地形图时，必须确保DEM与线划地形图是同一个空间参考框架下的；编制地形图时，可将DEM格网点放在一个单独的图层上，这样可根据需要打开或关闭它。高程注记点反映地面上坡度变化处的高程。

3三维数字地形图测绘技术应用探讨

3.1三维地形数据的采集

三维地形数据采集包括两个阶段，一是：外业采集，主要是利用全站仪采集地形点的三维空间数据（包括平面坐标及高程）。由于受通视条件、劳动强度等因素的影响，只能采集地形特征点的三维空间数据，地形特征点一般是指山谷点、山脊点、洼地、山脚点、山顶等等。由于这些特征点的密度不够和分布不均匀。这样在对有些地区的地表高低起伏就很难精确的表示。二是：内业加密，就是将外业采集的数据，通过内插的方法对特征点的密度和分布进行有效处理，获得分布均匀，密度适当的地形点及高程，使其更能详细的反映地势的走向。

在利用全站仪野外获取三维地物数据测量时，地物底部特征点数据的获取是比较容易的，难点在于怎样获取地物顶部特征点数据。以建筑物为例进行说明，其顶部特征点的数据可以通过测量其相应的底部特征点的平面位置和高程，然后量测其高度的方法获取，也可以放置棱镜到顶部特征点上直接测量的方法获取，还可以用无棱镜测量进行建筑物顶部特征点的方法获取。其中，无棱镜测量对于没有反射的物体不能进行测量，因此在建筑物比较密集的城镇地区，用无棱镜测量会严重受到通视条件和反射条件的制约，使的测绘工作量大，效率低，有些建筑物的顶部特征点甚至是采集不到的，对深巷的建筑物底部特征点也很难采集到。当然，还可以在建筑物顶部进行数据采集，此方法也存在通视条件的限制，还有很高的危险性，因此对于大区域测绘是不现实的。

3.2三维数字地形图的测绘

实际地面通常不是光滑和均匀变化的，因此在采集的时候会产生断裂线问题。对于植被茂密、树林覆盖地区，数字摄影测量采集时无法切到地面，这样就不能准确的反映植被覆盖区的实际地面趋势，为了使其精度能够满足要求，可以在这些地区采集散点方式进行测量，以便能真正的切到地面的地方进行数据采集。在必要的时候还需要进行野外测量的方式进行补测才能达到精度的要求。具体面向三维地形数据的采集测绘，可以按照如下步骤进行：

(1)定向建模

定向建模之精度是影响整个产品精度的关键。定向建模的工作流程：用黑白影像建立立体像对进行手工或自动内定向、相对定向核线重采样绝对定向裁切核线影像立体模型建成。

(2)数字高程模型DEM

DEM、DOM可由单模型获取，也可由批处理直接生成。创建DEM及镶嵌工作流程：先进行影像相关创建像方DEM像方DEM编辑创建物方DEM物方DEM检查编辑建立新图幅物方DEM接边物方DEM镶嵌DEM成果。

创建像方DEM前，要先对每个像对中的特征点（峰顶、谷底、鞍部及地形突变点）和特征线（山脊线、山谷线、地区突变区线、面状地物的范围线等）进行量测。量测特征点和线的目的是获取像方DEM相关的初值，对像方DEM进行编辑。

(3)数字正射影像DOM

每个像对的物方DEM编辑后即可创建正射影像，并进行DOM的镶嵌。正射影像分为黑白正射影像和彩色正射影像。先创建每个像对的左、右黑白正射影像，合并左右黑白正射影像后，选择镶嵌线对黑白正射影像进行镶嵌即生成黑白DOM产品。

(4)数字线划测图

在定向建模完成之后，如不需要生成DEM、DOM产品，可直接进入向量测图模块进行测图。在向量测图模块中，图廓及内外整饰自动生成，已测向量能够实时显示（放大、缩小、编辑等）和映射至立体，具有联机编辑、实时符号化功能，利用测图模块提供的这些工具可以很方便地进行测图和编辑，实现测图、编辑一体化。

3.3三维数字地形图测绘的误差分析

(1)全数字摄影测量的精度和模拟摄影测量、解析摄影测量相比一定有所不同，如:光束法区域网加密与独立模型法区域网加密的精度差异，全数字摄影测量系统没有机械传动误差、图纸套合与清绘误差、展点误差、主距安置误差、读数误差等等，出现了影像匹配误差等。

(2)图上的地物点的点位中误差主要来源于：像控点点位中误差、房檐改正误差、加密点点位中误差、影像扫描中误差、影像匹配中误差和定向中误差等。

(3)航测成图高程中误差的主要来源于：控点[？？？]高程中误差、加密点点位中误差、相对校正中误差、定向中误差和测绘动态中误差等。

结束语

随着数字地形图在工程应用中的深入，为了便于进行空间方面的量测和分析，人们对它表示地物和地貌的方法和精度提出了更高的要求。而三维数字地形图在工程上具有良好的应用基础，其可以查询任意特征点的平面坐标和高程等三维坐标信息。因此，三维数字地形图具有其独特的应用价值，随着三维数字地形图的不断开发和完善，相信在不久的将来它一定会有越来越好的应用前景。

参考文献

[1]郭岚,杨永崇,唐红涛.三维数字地形图及其地形、地物表达方式探讨[J].工程勘察,2009,37(4):67-71.

三维地图篇6

关键词：地震 属性图 拼接处理

中图分类号：P315

三维地震采集，由于各种原因，可能对一个地方进行了二次采集，或者在两个相邻的区块，对同一个地方进行了重复采集。由于采集时采样率的不同，噪声的影响，以及后期地震数据处理的不同，以及在层位解释时，对相同地方解释的差异，导致在提取属性时，在相同的时间窗口内，出现不同的属性值，以及在叠加部分的边缘处，属性值有很明显的不连贯性。

地震属性是指叠前或叠后地震数据，经过数学变换而导出的有关地震波几何形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征。在建立合理的地质模型的基础上，应用地震属性分析技术可以获取大量的构造变形、岩性岩相及储层展布等方面的信息，是寻找特殊有力储集岩体的重要手段之一。

由于生成地震属性是获取所需信息的一条重要捷径，因此，长期以来地震属性技术一直是地震特殊处理和解释的主要研究内容。近年来，地震属性分析技术越来越多应用到对地质问题的分析中，其中通过地震属性分析来辨别古河道、层间砂体展布、物源方向，以及对沉积体系的分析，都越来越成为一种常规方法。本文以某工区为例，探讨了连片属性图拼接处理方法。

在进行地震工区精细构造解释后，提取各种地震属性，可以很好的用来分析砂岩含量，水动力强弱，以及沉积相分析等等。地震属性分析也成为地震分析的一种常用手段，对地质学科有很强的指导作用。

图1 为 两个三维地震工区的相同时窗内的均方根属性图，由图可以看出，在重叠相交部分，有很明显的不连贯性，改变叠放次序，仍然在相交部分不连贯。此时就说明，在两个地震工区相交部分，两个地震体的属性提取后的值有所差异；或者在两个工区所提取的相同时窗的均方根属性的值分布范围不同，由此导致颜色差异。

对于以上问题，首先，我们导出所提取的均方根属性，在excel中 对两个数据进行叠加，重合在一起，然后对所有数据进行标准化处理。标准化处理主要的目的是将两个工区的均方根属性图的值以其中一个为标准，统一另外一个，从而使得两个图值在相同或者相近的范围内。做好标准化后，分别对两个数据做直方图，找出属性值奇异点，根据实际情况，删除这些点或者改成这个点附近点的值。找出奇异点的目的同样也是使得两个图值范围统一在同一个范围内。

随后，找出坐标相同的点，这些点就是叠合的区域。对两个相同的点的值，相加，取平均值。然后，找出叠加部分的两个或多个边界，找到后，对边界附近的一定范围的点，进行平滑处理，这样边界附近的属性值就不会有不连贯性的问题。整理好后，分别把整理后的叠加区域的点导入各自三维工区的属性数据体中。再次查看连片属性，在兼顾属性体原值不变的基础上，很好的解决了属性拼接问题。处理后如图 2所示。

由图可以看出，此种方法，可以很好的解决连片属性拼接问题，在兼顾属性值真实性的前提下，最大程度的解决了连片属性图叠加部分互相矛盾的问题，在三维连片属性图分析中有很强的实用性。对于多个三维工区，也同样可以利用这种方法，逐步完善整改大的三维连片属性图。

参考文献

[1] 王佰兴，基于小波分析的数据平滑处理算法研究与应用 ，科技创新导报，2009年。

[2] 阳孝法，地震地貌学研究新进展[J]；特种油气藏，2008年。

三维地图篇7

关键词：三维环境矢量数据 可视化 数据匹配 坐标转换

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0094-01

1 研究现状

从地图学发展过程来看，二维GIS发展成熟，在数据结构、存储、管理、空间查询及分析等方面具有无可比拟的巨大优势。而三维GIS在人机交互，实时渲染等方面有很好的效果。但两者皆有其缺点，二维GIS由于其符号的抽象性，无法表现出逼真的的地形环境，三维GIS出现时间短，发展不够完善，不能够实现较高层次的信息查询，基于拓扑关系的分析及相关属性方面的管理，目前，将二维GIS强大功能和三维GIS直观显示进行有机结合主要有以下三种模式：

（1）二三维切换模式。

（2）二三维联动模式。

（3）基于紧密型二三维结合GIS。

2 矢量数据可视化分析

2.1 矢量数据可视化符号论基础

在传统二维地图上，视觉变量包括形状、尺寸、亮度、密度、色彩，而到了三维环境中，视觉变量有了新变化。三维地图符号的视觉参量与二维地图符号的视觉参量存在差异，由状态、动态变化和操作3个方面的视觉参量组成。状态方面的参量与平面地图的静态视觉参量类似，然而，由于表达手段、技术的不同，参量描述与传统静态视觉参量也略有差异，主要包括形状、尺寸、色彩、亮度、纹理、空间造型等6个方面的参量。

2.2 二维环境与三维环境的差异

传统二维平面地图的认知方式是通过对地图的阅读获取关于地理实体的位置、大小、距离、方向、相互关系等空间信息，主要运用表象形式进行编码和解译。使用地图时，读者对空间信息的定位是使用外部参考框架，方向固定，。二维地图是对地理空间的简化和再现，然而二维平面地图不够生动；用户对二维地图的认知主要依靠人的视觉；VR技术在空间信息可视化中的应用为我们提供了一种新的认知环境――虚拟地理环境，是地图在数字化时代的延伸和拓展， 是数字地图支持下的一种新的空间认知工具。具体说来，三维环境与二维环境有如下几个方面的不同。

（1）投影方式不同，把三维场景中图形显示到二维平面多进行透视投影，而在二维场景中，一般只是进行简单的正交投影即可。

（2）绘制引擎不同，二维场景绘制时一般只要用GDI或GDI+二维引擎即可，而三维场景绘制时多采用OpenGL、OSG、D3D等三维引擎。

（3）漫游方式不同，在二维场景中，只能进行简单的近大远小缩放和上下左右漫游，到了三维场景中，观察方式变得更加丰富，如可以进行翻转、旋转等。

（4）应用环境不同，二维环境多应用于二维GIS或二维电子地图显示，三维场景多应用于三维GIS或逼真的虚拟环境表达。

（5）坐标系不同，二维环境中使用的X-Y坐标，三维环境中使用X-Y-Z坐标；

（6）数据模型不同，二维环境中多使用矢量数据和栅格数据，三维环境多使用DEM与纹理。

正因为两者环境存在差异，将矢量数据在三维环境中可视化必须解决二三维环境下一体化的问题，如坐标的转换问题、数据匹配问题等。

2.3 矢量数据可视化图形学基础

计算机图形学为我们在理论上提供了大量的算法理论，具体包括以下几点。

（1）线型生成技术为线状要素建模提供了有力支撑。

计算机图形学中的平行线生成算法、虚线生成算法可以为线状要提供很好的借鉴作用，规则曲线和自由曲线生成为线状要素显示提供了很大帮助。

（2）面域填充算法为面状要素建模提供了很好的思路。

面域填充算法包括扫描线填充算法、种子填充算法、图案填充算法等，尤其是图案填充算法为面状要素建模提供了很好的算法基础。

（3）几何变换特别是三维图形几何变换为矢量数据在三维场景中的显示起了很大作用。

2.4 矢量数据可视化思路

由前面的符号论分析可知，二维地图符号在三维可视化过程中并未过时，相反，还对三维符号发展起到借鉴作用，二维地图符号在三维环境下仍然可以使用；同时三维环境下地图视觉变量有了新的变化，如增加了纹理、空间造型等，这也启示我们可以在三维环境下使用新的视觉变量，比如，使用纹理进行矢量地图符号建模。

二维与三维环境存在差异，在认知上，二维环境相对于三维环境而言，不够生动，缺乏进入感等，这也是将矢量数据在三维环境中进行可视化的必要性。二三维环境的主要差异有投影方式、漫游方式、坐标系及数据模型，投影方式不同会导致显示效果不同，漫游方式不同会导致符号绘制后不同视角会有不同的显示，如图1所示，各类符号在不同视角下显示有明显不同，以视点逼近为例，点状符号将逐渐占据整个屏幕；同样，线状符号不同线型之间距离拉大；面状符号随着视点的变化其内部填充的图案也变得十分稀疏；这些变化都影响了人的空间认知，而这都是可视化需要解决的问题；坐标系不同则必须要考虑统一坐标系，以及不同坐标下的坐标转换；数据模型的不同则还需要考虑数据模型的匹配问题。

计算机图形学提供了大量的成熟的算法和理论知识，可以为符号建模、要素显示提供思路，OSG的强大功能可以减少工作量。

综上所述，矢量数据可视化思路如下。

（1）综合运用各种视觉变量，实现点状要素、线状要素、面状要素建模。

（2）根据图形学相关算法，解决地图符号在三维环境中的应用问题。

（3）利用相关技术（如RTT技术），解决各要素在不同三维场景中的匹配问题，如三维平面，三维球面，三维地形。

参考文献

[1] 危拥军.二维地图与三维可视化的关系[J].测绘科学技术学报，2007（12）.

[2] 徐智勇.三维地图符号视觉参量研究[J].武汉大学信息学报，2006（6）.

[3] 游雄.空间数据可视化[D].中国人民信息工程大学，2007.

三维地图篇8

关键词：市政管道 BIM 三维设计

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0000-00

我公司在2008年开发了市政道路与给排水工程综合协同设计系统（简称MEDS），MEDS是一款二维设计软件，在过去几年发挥了重要作用。近年来，BIM技术在市政行业正引起越来越高的关注度，很多市政设计院已开始研究并逐渐实施BIM，BIM的一项重要技术就是三维设计。为此，我公司决定首先进行市政管道三维设计技术的研究。

三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。

三维软件的优点：

（1）真正的所见即所得，看到的图形是什么样子，做出的东西就是什么样子，模型直观，容易看懂；二维图的本质都是点和线，所见不是所得。

（2）真正的参数化设计，几何关系明确，几何约束清晰，修改方便、快速、简单； 二维设计的参数化其实是借用了三维设计的参数化概念，二维图在本质上是没有真正的实体的，所谓实体，实际是想象，即使是搞所谓参数化设计，由于其自身局限性，不能和三维参数化相比。

（3）真正的干涉检查，三维模型实体和最后的实物一样，实物之间的几何关系也一样，图形中的干涉现象就是实际现象；二维图纸缺乏空间关系，即便通过计算机程序判断，由于多种原因，比如，图形对象比例不一致，可能有误判情况。

（4）真正的立足于设计，设计与出图分离，设计人员集中精力搞设计，不用关心最后出图，做二维设计时，设计人员总会关心出图是否好看，数据是否好看等等。

（5）真正的一一对应，由于三维实体模型的存在，我们可以任意的从不同角度去剖切实体，得到剖面图，任何剖面图一定和实体对应，绝无误差；三维模型剖切非常快，也没技术含量；二维图纸本身是无法剖切的，在二维图纸基础上画剖视图，必须要非常专业，绘图过程复杂，并且容易出错或存在误差，容易造成各视图不一致现象。

（6）真正的设计、施工、运营相结合，BIM模型不仅用于设计，并可利用于施工、运行等各层面；

（7）可进行动态漫游，浏览设计效果；

（8）辅助虚拟仿真，例如雨水收集效果是否达到预期，污水管的排水能力如何，给水管送水效果是否达到预期。

1 软件的总体设计

软件针对市政行业特点，开发一个专业设计软件，能够进行管道三维设计（含箱涵），但成果图必须是二维图纸，能够用于施工，主要成果图包括平面图、检查井要素表、支管检查井要素表、工程量表、检查井标牌、土石方计算、纵断面图。

运行环境：操作系统为Windows 7，.NET3.5环境，CPU要求在2G以上，内存2G以上，主要支撑软件为Microsoft Office 2007，CIVIL 3D。

开发工具：Visual Studio 2012，CIVIL 3D。

功能规定：（1）三维设计环境、三维设计过程，管道、箱涵、检查井、雨水口、雨水口连接管、自然地形均为三维实体；（2）常用数据的设置，例如默认设计数据，默认出图数据等等；（3）自然地形建模；（4）设计道路建模；（5）各类检查井参数化建模（类型很多）；（6）各类阀门、管件等参数化建模（类型很多）；（7）各类雨水口参数化建模；（8）直管、弯管的参数化建模；（9）箱涵的参数化建模，直线井、结合井的参数化建模；（10）设计过程中允许用户对各实体的操作，包含新建、删除、修改、移动、复制等；（11）设计完毕后，能够根据三维图形及时生成二维图纸，并按照有关设置标注，得到符合用户要求的图纸。（12）确保设计数据安全。

管道设计流程如图1所示。

2 重点、难点

2.1实体对象的三维参数化建模

市政管道设计中的三维实体对象主要包括自然地形、设计道路、管道、节点（检查井、阀件等）、雨水口。

（1）自然地形：一般情况，勘测单位会提供地形图，这些地形图有的是散点，有的是等高线，CIVIL 3D已具备处理地形图的功能，能够生成三维地形图。如果勘测单位提供数据文件，那么，我们可以开发一个程序，根据数据文件提供的坐标，在CIVIL 3D中绘制出散点，再根据散点生成三维地形图。（2）设计道路：根据道路中线、竖曲线、道路横断面模型，绘制三维道路。如果道路各板块比较规则，则容易绘制，如果变化很大，则会很复杂。因此，我们第一阶段，主要绘制比较规则的道路，对于板块（边线）变化复杂的情况，需要进行简化处理，毕竟，我们的主要工作是做管道，复杂道路的三维图需要专门的三维道路软件处理。（3）管道：管道三维图形很简单，首先确定管道三维中心线，根据管径进行拉伸即可。（4）节点：种类多，比如圆形检查井、矩形检查井、闸阀井、蝶阀井、支管型消火栓井等等，每一种类型又有不同型号、规格的实体。这种情况，我们将按类型开发一个参数化三维绘图程序，这种程序一般难度不大，但有些费时。（5）雨水口：和节点的情况相似，但要简单些。

2.2三维对象的操作

自然地形和设计道路三维模型只是管道设计的辅助实体，不需要复杂操作。

我们在进行三维建模时，必须对各实体对象赋予属性值，这些属性值可以写在实体的扩展数据或扩展记录里，以便于程序能够识别各实体，从而可以进行相对应的三维实体操作。

管道的三维操作，往往不是独立的。主管、支管、节点、雨水口、雨水口连接管往往需要联动，因此，必须要建立拓扑关系模型，这种拓扑关系模型和二维设计相似，这里就不详述。建立了拓扑关系模型后，我们可以通过命令或实体对象的事件实现关联实体的联动操作。

一般地，三维操作包括增加对象、删除对象、移动等等，根据市政管道的特点，不仅要有单个实体对象的操作，还必须考虑批量处理实体对象的操作。

2.3三维设计完成后，即时自动生成二维图纸。

根据市政管道的特点，施工图不是实体的剖切图，不是简单的视图处理，我们一般出两种图形，平面图和纵断面图，另外附加一些表格数据。

3 模块划分

包含的模块有：基础数据处理模块、基础图形处理模块、自然地形处理模块、设计道路处理模块、管道设计模块、节点设计模块、雨水口设计模块、设计成果图纸处理模块。

4系统主要数据结构

数据结构设计主要是设计对象的有关数据进行设计。

管道数据主要是管道属性：管径、材料、基础、长度、坡度、高程、覆土、埋深、类型；

节点数据主要是节点属性：类型、连接方式、规格、高程；

雨水口数据主要是雨水口属性：类型、规格、高程；

雨水口连接管数据主要是雨水口连接管属性：管径、长度、坡度、高程、材料、其他。

5 结语