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1、真三维GIS及其应用,测绘遥感信息工程国家重点实验室（武汉大学）,2,主要内容,1、概述 2、真三维GIS及其关键技术 3、典型应用 4、展望,3,1、概述,人类生活在地球三维空间，二维GIS方法空间与人们认识的三维空间不一致的矛盾日益突出,迫切需要突破二维表示的局限，建立真三维的科学框架,21世纪是地下空间的世纪,“天灾人祸”突发事件的快速应急响应,根据依赖的信息技术划分 专业 GIS 桌面 GIS 移动 GIS 组件 GIS GIS浏览器 网络GIS 地理信息的特征 地域性 多维 动态,GIS与ICT,真三维空间 地上与地下、室外与室内,两种虚拟环境,镜像的虚拟世界：自然世界的复制品 典型
2、代表，Google Earth或Microsoft Virtual Earth GIS领域,虚构的虚拟世界：计算机仿真的环境 典型代表，Second Life 游戏、动漫、电影,特别的，为了取得跟在现实世界中相同的交互体验（相同的自然约束与动力学条件），现在越来越多的游戏也采用镜像的虚拟世界作为活动场景,7,三维GIS的主要研究领域,测绘遥感与GIS等领域，主要研究大范围2.5维数字地表建模及其可视化 地质/矿产等领域，主要研究三维地质实体与设施及地学可视化 规划设计/建筑/数字文化遗产等领域，主要研究局部精细三维结构模型及其可视化,Microsoft is clearly moving in
3、to the geospatial world 微软收购三维GIS的公司(2005)和三维数据获取的公司(2006) 从三维城市模型数据，到 摄影测量与遥感软件，以及 航空数码相机等硬件 Virtual Earth vision: really about creating an immersive real world framework, establishes a geospatial type context for all types of information,三维城市模型与CAD的紧密集成,2008年9月8日，Autodesk 收购3D Geo 公司 to offer soft
4、ware and services for effectively creating, aggregating, analyzing, managing, and distributing large-scale databases that offer a rich visual model of the urban landscape,三维GIS研究现状,国内外GIS软件如ArcGIS (9.4版本将增强对地理信息进行三维编辑、分析和可视化，ESRI目前正在积极改进ArcGIS在三维数据处理方面的能力?)、GeoStar、MapGIS和SuperMap等都有部分三维GIS的功能，但由于二维
5、GIS体系结构和数据结构的限制，在功能和效率方面都还满足不了大规模真三维GIS应用要求 Google, Microsoft, Skyline等都开发了三维空间信息集成与网络服务系统,但在真三维空间信息的应用方面，存在以下问题: 难以表现地下三维目标和地质结构、构造状况 三维场景数据难以完整交换与共享，因为许多特殊渲染效果跟绘制软件相关 简单的查询与量算功能，三维空间分析能力比较弱,目前国内外三维GIS的功能还很分散，主要针对单一的可视化和信息查询与导航服务等，缺乏系统考虑地上与地下、室外与室内的真三维集成建模，以及大规模三维空间数据的综合分析与决策支持应用,GIS的发展趋势,GIS发展的时间线
6、索,OGC 国际标准,表达地理注记和可视化的标准语言KML2.2 (2008.04.13) 三维城市目标的语义信息模型CityGML1.0.0 (2008.08.19),几何表达(点云或者TIN) 拓扑表达(线模型) 语义表达(表面和体模型),2008年8月18日，国家住房和城乡建设部标准定额司在武汉正式启动了国家工程建设行业标准城市三维建模技术规范的编制,15,2、真三维GIS及其关键技术,16,集成地上地下空间实体的统一表示模型,难点： 缺乏一种通用的集成地上地下三维空间数据模型 连续的非规则地质实体与离散的建筑物等目标在几何、拓扑、语义和外观等方面显著不同,研究思路： 重点在地质、地下设
7、施和建筑物等专题方面进行扩展和深化,地质与地下设施,建筑物室内外,17,多源数据集成建模方法,难点： 几何与拓扑模型、语义及数据格式等不一致 真三维场景的完整性与无缝性 研究思路： 通过研究多源数据集成建模的统一表示模型、规范，开发顾及语义信息的数据格式转换工具 通过在语法、语义以及模型层面上的三维空间数据无缝集成，实现多源数据的有效整合及各种规模三维场景的高效创建,三维空间数据管理系统与分析,地上地下三维空间数据一体化组织与管理 海量空间数据并行管理 高性能通用三维空间分析 面向专业应用的综合分析,19,一体化的三维空间数据管理系统,20,高性能真三维空间分析,难点： 真三维空间复杂关系的判
8、断与大数据量运算 三维环境中复杂地质过程的动态模拟 研究思路： 对于大规模地上地下三维复杂空间实体的高性能分析，突破三维空间分析的共性难点，包括三维空间实体布尔运算、矢量剪切以及三维地质体自适应插值分析，保证三维GIS空间分析的准确性、可靠性和效率,三维空间分析方法的粒度,三维相交算法,三维点集查询,三维离散算法,三维布尔运算,基础算法,通用分析算法,三维 几何分析,三维 表面分析,三维 网络分析,三维 统计分析,典型应用分析算法,22,三维空间数据可视化,地上与地下、室外与室内三维信息的无缝集成可视化 顾及感知和语义的三维复杂模型自动简化 大范围真三维场景的自适应可视化 高可用性的人机协同交
9、互与展示,高性能三维场景实时绘制引擎,24,3、典型应用,面向政府BtoG：三维城市建模，服务于城市规划、建设、管理、应急响应 面向企业BtoB：房地产销售、智能小区等 面向公众BtoC：人们的吃住行导航服务,25,城市规划管理,多源、多维、多尺度地上/地下海量三维模型的集成管理与共享 建设规划管理三维决策支持系统，服务于规划决策,26,地上地下工程适宜性评价,满足城市建设用地适宜性评价、重大工程选址论证以及地质灾害评估等应用需求,27,城市应急响应决策支持,建立室内外一体的三维城市应急响应支持系统辅助突发事件的应急决策,需要清楚地知道哪层楼、哪个房间直接受到影响？以及可能间接影响到的其他房间
10、、楼层和更复杂的水电气等管线设施 准确分析安全可行的救援路线和方案,典型应用案例,武汉市三维数字地图系统建设与示范(进行中) 1.1亿RMB 南京城市地质调查信息系统（进行中） 3300万RMB 深圳数字三维城市演示系统（已完成） 数字志莲净苑木构佛寺信息系统（已完成） 三维数字化战场环境（已完成）,T,Microsoft Virtual Earth 3D Version 2 cities,To make 500 world wide 3D city models in a scalable fashion available in Virtual Earth this year The mo
11、dels and their texturing are generated from aerial imagery generally captured at a 15cm ground sample distance (GSD) by planes flying at roughly 5,500 feet over the target city and capturing a minimum of 5 views for each building (top and 4 sides) A new engineering process allows for 100% automated modeling of structures and trees in the real world based on aerial photography,30,4、展望,交互式三维可视化是三维GIS的基本功能之一，但人们更追求丰富的专题信息查询、三维空间分析与决策支持功能 国内外正加速推进三维城市建模的标准化和综合能力更强的真三维GIS平台的研发 强强联合，优势互补，占领新一代地理信息系统技术的战略制高点，实现我国三维地理信息系统技术的创新和跨越式发展 积极探索地上与地下、室内与室外真三维空间信息应用的新模式，提高我国三维信息管理的技术水平与应用能力,谢谢大家,
