三維GIS 的基本問題探討

0　引　言

二維GIS 始于20 世紀60 年代的機助制圖. 今天它已深入到社會的各行各業(yè), 如土地管理、電力、電信、城市管網(wǎng)、水利、消防、交通以及城市規(guī)劃等.但二維GIS 存在著自身難以克服的缺限, 它本質(zhì)上是基于抽象符號的系統(tǒng), 不能給人以自然界的本原感受. 隨著應用的深入, 作為第三維的高程信息顯得越來越重要. 一些二維GIS 和圖象處理系統(tǒng)雖已能處理高程信息, 但它們并未將高程變量作為獨立的變量來處理, 而只是將其作為附屬的屬性變量對待,雖然能夠表達出表面起伏的地形, 但地形下面的信息卻不具有, 因此它們在國際國內(nèi)也被俗稱為 2. 5維的系統(tǒng). 考慮到2. 5 維這一概念并不嚴密, 故在此稱之為“地形面三維”或簡稱面三維. 我們認為, 面三維的GIS 本質(zhì)上仍然是二維GIS 系統(tǒng).

二維GIS 只能處理平面X、Y 軸上的信息, 不能處理鉛垂方向Z 軸上的信息. 它在表達上通常是將z 值投影到二維平面上進行處理, 因此對于同一( x , y ) 位置的多個z 值不能表達.地形面三維的表達將z 值投影到一個模型上,顯示時X 、Y、Z 3 個軸均被顯示, 其模仿人類從某點觀察的視覺, 使三維對象看起來像真正的三維對象一樣. 但是面三維技術有兩個明顯的缺點, 即它表達的對象內(nèi)部是空的, 不具備應有的信息; 雖然它能表現(xiàn)鄰近的多個表面, 但對于表面交叉的情況, 則難以進行交叉表達和管理. 只有將這類現(xiàn)象置于真正的三維空間中考慮, 才能靈活高效地處理各種三維問題, 如三維內(nèi)部屬性和拓撲關系, 三維空間索引和管理等. 這是三維空間表達與二維GIS、地形面三維表達的本質(zhì)區(qū)別之一.

三維空間表達考慮多個 z 值的出現(xiàn), 將多個( x , y , z ) 觀測點結構化為實體域, 這種處理是對人類居住空間的較為接近的近視[ 1] .

1　三維GIS 發(fā)展評述

世界的本原是處在三維空間中的, 二維GIS 將現(xiàn)實世界簡化為平面上二維投影的概念模型注定了它在描述三維空間現(xiàn)象上的無能為力, 克服這一缺陷迫切需要真正的基于三維空間的GIS 的問世. 因此在過去的一段時間里, 人們很早就開始了三維GIS 理論和實際系統(tǒng)方面的探索.

1. 1　三維GIS 的研發(fā)思路與相關軟件的發(fā)展

隨著GIS 應用的深入, 人們越來越多地要求從真三維空間來處理問題. 在應用要求較為強烈的部門如采礦、地質(zhì)、石油等領域已率先發(fā)展了具有部分功能的專用三維GIS, 如加拿大LYNX Geosy stems公司的LYNX 軟件. 但由于它們一般都是針對自己的領域開發(fā)的, 沒有從理論上加以系統(tǒng)完整的研究,沒有面向通用平臺進行設計, 因此具有較強的局限性. 這是由當時的應用要求、數(shù)據(jù)獲取手段及相關的計算機技術發(fā)展條件決定的.

隨著二維 GIS 數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結構理論和技術的成熟, 圖形學理論、數(shù)據(jù)庫理論技術及其他相關計算機技術的進一步發(fā)展, 和應用需求的強烈推動,三維GIS 的大力研究和加速發(fā)展現(xiàn)已成為可能.

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