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1、电子地图设计电子地图设计Electronic Map DesignElectronic Map Design1课程主要内容课程主要内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 电子地图的理论基础电子地图的理论基础第三章第三章 电子地图的数据模型电子地图的数据模型第四章第四章 电子地图的结构设计电子地图的结构设计第五章第五章 电子地图的软件系统电子地图的软件系统第六章第六章 嵌入式电子地图嵌入式电子地图第七章第七章 网络电子地图网络电子地图第八章第八章 三维电子地图三维电子地图第九章第九章 电子地图研究热点电子地图研究热点2内内 容容o8.1 三维电子地图概述o8.2 三维电子地图的空间数据模型 o8
2、.3 三维电子地图的数据获取o8.4 三维电子地图的地形建模技术o8.5 三维电子地图的地物建模技术o8.6 三维电子地图的场景组织o8.7 三维电子地图的可视化技术o8.8 三维电子地图的应用与发展趋势38.1 8.1 三维电子地图概述三维电子地图概述 近几年来，随着计算机技术，特别是计算机图形学、网络、多媒体、虚拟现实（VR）、三维仿真技术的快速发展，给电子地图注入了新的活力，电子地图正在向多媒体、网络、三维和时态等方向发展。随之，出现了多媒体电子地图、网络电子地图、三维电子地图和时态电子地图，其中基于三维虚拟场景的三维电子地图是电子地图发展的一个重要方向，也是人们认识和表达空间地理信息的
3、有力工具。 4o目前迅速发展起来的的三维可视化技术和虚拟现实技术已经被广泛地用于进行各种三维数据的可视化，例如地景仿真、城市景观重建等等，同时也为传统地图学带来一次新的技术革命。 o三维电子地图是基于地图学的，因此它的研究重点不是栩栩如生的景观绘制，而是真正意义上的三维空间的地图符号化。 o现代地图学理论仍是三维电子地图的理论基础，而电子地图的研究为之提供了有力的技术支持，同时已广泛建立的地图数据库又提供了丰富的数据来源，因此三维电子地图必将成为地图应用的新领域，其研究与开发也将受到极大的关注。 58.1.1 8.1.1 三维电子地图的定义三维电子地图的定义o三维地图模型o三维地形图 o三维电
4、子地图6o三维地图模型 三维地图模型可以被定义为对现实世界或其中的一部分的一个或多个方面的三维、抽象的描述（或综合）。而这些方面主要是地形以及基于地形的其它专题要素。 7o三维地形图 We define a topographic 3D-map as a cartographic representation of a landscape section in a perspective view，combined with topographic information that is defined in a legend. 8o三维电子地图 三维电子地图是基于三维地图模型的可视化产品，它
5、强调的是三维空间的符号化。98.1.2 8.1.2 三维地图模型的逻辑组织三维地图模型的逻辑组织o从几何模型的角度 点状目标 线状目标 面状目标 体状目标 o从地理要素的角度 三维地形 三维模型 三维地物10o点状目标 点状目标是一个零维空间目标,可以用来表示三维空间中的点状地物,如水井、树或电线杆、交通标志,路灯等。它只有空间位置而无空间扩展。所有的点状实体均包含了三维空间实体的位置信息,即x、y、z坐标。11o线状目标 线状目标是一个一维空间目标,可以用来表示三维空间中的线状地物,如铁路、公路、桥梁、河道、输电线路及其它管线等。它只能用长度来作为其空间度量。线状实体可以是一个封闭曲线,也可
6、以是具有多个分支的曲线。 12o面状目标 面状目标是一个二维空间目标,可以用来表示三维空间中的面状地物,如部分道路，水域,植被的覆盖区域等。它可以用面积和周长来作为其空间度量,任意一个面状实体均可以剖分成有限多个面（三角面）。13o体状目标 体状目标是一个三维空间目标,可以用来表示三维空间中的体状体物,如建筑物、立交桥、矿体、丘陵等。它可以用体积和表面积来作为其空间的度量。任意一个体状实体均可以剖分成有限多个沿着其边界进行粘合的面（三角面）。148.1.3 8.1.3 三维电子地图的特点三维电子地图的特点o1、具备传统地图的三个基本特性： 可量测性：有严格的数学基础 直观性 ：实施制图综合 一
7、览性 ：使用地图语言15o2、A topographic 3D-map inherits some important properties of traditional topographic maps as listed by Hake and Gruenreich (1994): (1)The geographical position of all elements is defined and can be extracted by the reader. (2)All mapped elements belong to defined categories. (3)These ca
8、tegories of map elements differ clearly from each other. 16o3、An important difference to traditional topographical maps is the visualization of topographical context. In the orthogonal perspective of a 2D-map, the topography is symbolized by contours, terrain points and shaded relief. In the topogra
9、phic 3D-map, the topographic context of a map element is visualized directly in the perspective view, as long as the elements are visible. Thus the interpretation of landscape forms becomes much more intuitive. 17o4、A three-dimensional interactive topographic map does not know any spatial, thematic
10、and temporal limitations. It offers the user the possibility to choose its virtual position within the map, permitting a more accurate perception and interpretation of the spatial and other related information. We are convinced that the use of this technology in the domain of cartography domain woul
11、d significantly improve the quality of cartographic products and open new areas of application. 188. 2 8. 2 三维电子地图的空间数据模型三维电子地图的空间数据模型 三维空间数据模型是关于三维空间数据组织的概念和方法，它反映了现实世界中空间实体及实体间的相互联系。对三维空间数据模型的认识和研究在很大程度上决定着三维系统的发展和应用的成败。很多学者为此进行了大量的探索和研究工作，然而，由于三维空间数据的庞大和复杂多样，至今人们对三维数据模型问题还远远没有达到共识。19 根据对现实世界提取方式的
12、不同,目前三维空间数据模型主要有4种类型:o基于镶嵌的数据模型(Tessellating model )o基于矢量的数据模型(Vector model )o混合型数据模型(Hybrid model )o分析型数据模型(Analytical model ) 。 2021o1.基于镶嵌的数据模型 基于镶嵌的数据模型是将三维空间划分成一系列连通但不重叠的几何元素,它可以看成是二维镶嵌模型的扩展。 三维镶嵌模型常用的方法有单元分解法(cell decomposition)、空间枚举法(spatial occupancy enumeration)、四面体格网模型等几大类。 22o2.基于矢量的数据模型
13、目前常见的基于矢量的数据模型主要有线框表示法(wire frame representation,WFR) )和边界表示法(boundary representation,BR)两种 。23o3分析型数据模型 分析型数据模型采用函数方程如非均匀有理样条(NURBS)函数等来表示构成三维空间实体及其边界的曲线、曲面或平面,并用解低阶方程来确定曲面的交线。该方法能够精确地表达某些空间实体,所需存贮量小,运算速度快,并可以保证空间唯一性和几何不变性,但由于三维目标的形态较二维更复杂,它们难于用统一的数学方程来表达。24o4基于混合结构的数据模型 基于混合结构的数据模型是将两种或两种以上的数据模型加以
14、综合,形成一种具有一体化结构的数据模型。它采取一种折衷的方法,减少了镶嵌型和矢量模型的不足,同时,也降低了他们各自的优越性。比较有代表性的方法有几何体素构造法(constructive solid geometry, CSG)、基于八叉树和四面体格网的混合模型(octree + TEN)、面向对象的三维空间数据模型、基于多种表示的CSG + octree数据模型;基于TIN + octree的混合型数据模型等。 258.3 8.3 三维电子地图的数据获取三维电子地图的数据获取o1、地形数据（DEM）o根据地形图上等高线及高程数据生成;o直接使用地图数据库中的DEM数据;o通过处理航摄影像生成;
15、o由机载激光扫描仪直接扫描并经后续处理得到;o用SAR/INSAR(干涉合成孔径雷达)获取等。26o2、建筑物的高度数据o在二维地图数据库基础上按层数粗略求算建筑物高度；o用人工或半自动的方式借助软件基于影像获取(以建筑物屋顶数据为主)；o以研究算法为主，从影像中直接提取建筑物高度以及其它信息；o用机载激光扫描仪结合空中影像、经过算法处理提取建筑物高程，o用激光副距扫描仪结合CCD相机从地面获取建筑物高度等；o由混合测量系统获取;o由干涉合成孔径雷达（INSAR）获取27o3、建筑物的几何要素数据o根据地形图/地籍图数字化得到建筑物投影平面几何数据;o将数字地图中的建筑物轮廓线与其高度(由层数
16、计算或其它方式得到)结合,用简单几何体表达建筑物外形特征;o使用航空影像进行交互获取;o使用航空影像以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取;o在地面使用激光扫描仪与GPS,通过测距求算获取;o使用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提取;o由混合测量系统获取;o由移动测绘系统获取等 28o4、建筑物及地面的纹理数据o由计算机生成;o根据航空摄影像片获取;o根据卫星遥感像片获取;o根据地面摄影像片直接获取;o用机载激光扫描仪结合空中影像,经过算法处理提取建筑物顶部纹理;o用激光测距扫描仪结合相机从地面获取建筑物立面纹理;o由移动测绘系统获取等。 29o5、其它矢量数据o规划设计图纸、地形图、地籍图等;o现有地图数据库;o野外调查与现有数据库的结合;o计算机简单模拟绘制等 o6、属性数据的获取 属性数据主要用来进行空间查询,其数据类型主要有:o用来描述建筑物实体的属性数据,如建筑物名称、社会性质、建筑位置等;用来描述地形、地物特征的属性数据,如道路长度、道路名称等。o其它多媒体数据为使用户在3维场景中具有身临其境的感觉,还必须有一系列多媒体数据,这里主要指声音文件,一般可以通过现场录制的方式获
