附录A 译文关于三维GIS的三维模型数据库的设计与实现摘要 为了提高三维(三维)模型可重用性和简化自然场景的复杂重建，本文展示了一种通用的三维GIS的三维模型数据库在描述完可扩展功能架构之后，连同任意重建场景的三维GIS通用的隐式时空层次结构模型的推论，详细讨论了几个关键问题，如存储和管理三维模型和相关检索和加载方法，以及接口随需求的进一步发展最后，该模型被证明是通过其应用程序开发三维可视化系统来实现其数据库的有效性和可行性，应用于铁路运营关键词 三维模型数据库；三维 GIS；三维建模；CAD模型说明 准确和有效的重建三维虚拟地理环境一直是三维GIS领域研究的焦点一般来说，大多数的快速建模方法可以分为两类:一是利用现有地理空间激光雷达和数字摄影测量技术快速获取原始三维地理空间数据，随后处理大量复杂的编辑工作，而另一个是基于互动与可重用的计算机辅助设计(CAD)模型通过提取构造项目或从CAD建模软件导入的建模1 - 3)如今，推广低效率的建模场景来重建通用三维GIS的关键在于改进现有像三维CAD模型的模型可重用性，就像二维编号在增强的信息沟通和加速度映射中发挥着重要作用[4]特别是，结合三维 GIS的CAD因其强大的建模和编辑功能有不断增加的趋势。
例如，单个CAD建筑模型可以用来弥补调查测量和地面摄影测量的短缺，这可能由于环境限制很难获得完整的建筑对象之间的信息[5]此外，CAD模型可以表示更复杂的结构，更好的材料特性，实体的更高层次的细节表1列出了几种常用的格式的相关介绍简单的块模型在常规建模的实践中，来自二维地图数据，如建筑挤压没有屋顶，可以从图形设计和规划软件AutoCAD实现另一种类型的网状模型，被广泛应用于三维场景可视化和空间分析，通常包含详细的几何和简单的拓扑信息6、7)图1显示了一个3Ds格式的三维网格模型的中国建筑集成CAD 和三维 GIS的一个提案是基于库的方法建立三维模型数据库来满足不断变化的需求的重用通用的三维 GIS模型[2] 此外，它在批次的建模中收集建议的策略模型来丰富和扩大数据库是明智的在这种方法中，可重用性的想法显示三维模型的可能性，尤其是复杂和详细的模型，完全从重建场景中提取并存储在一个开放的数据基础，其他建模者可以允许快速和方便地访问自己的建模需求这是可取的和可行的，现在互联网已经渗透到社会发展的很多领域，许多地方都可以买到各种型号的模型[9]该集成中，有几个关键的问题需要考虑:(1)建模者链接导入的模型必须在GIS获得属性，任何GIS的数据集是由空间数据与非空间属性获得的，缺乏原始的CAD模型。
2)单一CAD模型数据量对高水平的细节的追求通常是相当大的，而GIS等需要在同一时间处理大量的实体因此，集成被认为是可取的，它是以简化原始模型或重组其存储结构的三维图形信息渲染效率之间的平衡，可以进行数据调度和保证三维 GIS的图形质量[8](3)大多数CAD模型是独立的三维 GIS，不能用于对象的时态行为因此人们对四维 GIS所给予越来越多的关注针对三维模型数据库的通用三维 GIS设计以及对上述关键问题提出解决方案，这里介绍了三维GIS在流行格式中导入/导出现有的CAD模型的能力，类似的模型以特定组织的形式进行存储，从而在不同的应用程序重用它们从而减少了在建模投资的大量的时间第一节给出了这个数据库的功能架构，第二节介绍了数据库存储和管理的细节，第三节讨论模型检索和加载的方法，最后展示的是三维GIS在铁路可视化的实现和应用1功能三维模型数据库的体系结构1.1数据的层次结构模型三维模型可以描述图形或图像模型的形状，位置，方向大小的地理实体，以及表达方面的时空分布和动态变化[4]以下几个方面有所体现，其中大部分是基于基本模型形成一个隐式的时空层次结构●accor-dance独立模型以一个固定的规则分布。
这些规则可以参数化的例如，一个多边形植被面积可能会由大小不一的几种类型的树木和灌木分布在常规的行和列中，或者随机位置定义密度以减轻不准确建模的工作量(图2)●子或组件组成一个整体模型这些子不仅可以组合不同的空间位置，尺度，和方向来组成一个“装配模型”或几何正则模型放样，也可以绑定一个灰色模型与相应的纹理子提高景观的现实性(图3和4)●状态模型的结合提供了一个对象的时间行为一般来说，类型对象的行为分为两类：离散时间明确的行为与实时事件和不确定的行为，如碰撞[10]CAD模型通常是静止的，因此应用之前的演讲展示从广泛的意义上说，过渡的细节层次(LOD)也可以通过人类视力感受而非现实世界的行为1.2功能架构考虑上述的层次结构，提出了通用的三维 GIS的三维模型数据库的功能架构(图5)它主要包括三个部分:进出口、交互式可视化和数据库管理，这将在第二节讨论●格式转换如前所述，有必要简化模型或重组三维图形CAD模型中包含的信息然而，完全自动化的简化是耗时的一个可行的方法是将顶点的属性以用户定义的格式存储在triangle-strip结构中，这可以极大地提高渲染三维 GIS的效率●数据加密/解密保护机密模型数据防止被盗，用户可以在适当的时间选择模型文件加密和解密。
●批量导入/导出它大大提高提交一批模型的数据库的效率，如一个大文件目录可以用模型文件的名称来分类，建立自动分类的树形结构相反，用户还可以导出一个特定类的模型与别人分享其格式和特性●透视图它是模型存储在固体或线框模式中转换文件浏览的内容●缩略图预览模型创建的缩略图在扫描的时候首次可视化、图像数据存储在模型的图像格式为.JPG或者.JPEG格式此外，用户可以选择一个适当的视角在透视图或者缩略图中再现●动画/展览选择模型的平滑过渡展览可以通过简单的旋转连接或其他类似于反弹等特殊的动画效果这是用相同的一系列二维图片通过快门或马赛克效果做成滑块平滑2数据库设计在第一节提到该模型的功能架构数据库，其存储结构可以分为两部分：模型文件和信息表(图7)前者可能是一群整个目录及其子目录导入模型的文件从人工模型的属性记录给定属性存储在属性表，而他们的阶级和状态信息可以从类表和状态表记录每个模型的类别和状态这些表可以有效地建立和查询等商业数据库的SQL服务器三个表的详细信息列出如下(表2、3和4)通过相关领域把他们联系在一起例如，如果一个模型是已知的中期和其他模型在同一个数据包里面，那么用户可以从表及其有关中期模型中快速检索，并且可以获取其他状态表中的状态模型。
3模型检索和加载方法目前，大多数三维模型的数据库提供在文件名搜索关键字，格式、属性等的功能，但不能在例如当对象不注释、注释不明或衍生关键词的情况下工作[11]因此，基于内容的多媒体检索模型的形状分析方法是新兴的[12]三维模型搜索引擎采用这种技术允许输入二维草图或照片代替文本(图7)，符合用户的直接对象的印象13、14)的一个重要步骤是建立二维和三维几何形状特征指数的特征提取和匹配他们根据相似性度量然而，它是不合适的在实践中对其搜索效率的一批模型，不是单个模型不能满足检索和负载的，并且需要大规模的场景的重建为了追求快速和更加容易的自动检索模型，人们开始发展三维模型数据库的接口，包括导出/导入接口，模糊query-by-text接口，和交互式选择界面例如，开发人员建议先设计自己的文本文件配置模型的几何属性，然后将它们的信息提交到数据库，等待模型通过关键字自动搜索的结果查询界面之后，互动的模式通过从结果集中选择满意的模型接下来，所有选定的模型需要从数据库导出/导入接口和分组，并且以不同的方式加载到现场在第一节中有所描述例如水管的实时仿真其次是每个阀在静止的建模中的正确位置和方向，其开关状态模型包可以检索来指导其打开/关闭行为。
整个申请过程在Fig.8上述表示4实现和应用这项研究是在1024 Mb RAM 2.26 GHz国米奔腾电脑ATI流动性FireGL 3200图形卡 Windows XP操作系统，和三个信息表2节所述存储在Microsoft Office 2003的访问导入和导出接口(输入和输出接口)支持的转换格式的3Ds，DXF，WRL，采用带存储顶点它的文件结构是在Fig.9上显示这个三维模型数据库的主UI设计在Windows资源管理器想当适用，适合大多数用户(Fig.10)它分为分类树视图，一个缩略图列表视图，在固体和线框模式两个角度视图，和一个属性编辑视图在铁路三维可视化系统的开发操作，数据库已成功应用于该模型的建模工作一般来说，铁路场景中的模型可以分为几种类型如下:放样的模型一般来说，阁楼函数只需要沿着一段表面扫描路径构造一个模型在这里，部分铁路床(包括铁路)、隧道桥梁的身体，很快就从数据库检索通过查询接口(Fig.11(a))独立的模型交叉的交叉和信号灯属于这一类(Fig.11(b))仓位都从配置文件获取，而方向需要计算例如，信号灯的取向最接近铁路并行性此外，他们的行为需要考虑一个交叉的交叉包含八个的每个四个节点可以打开或关闭。
参数化模型火车站附近的悬链线系统可以被视为组成的两极，许多单位分布在两极之间的界线(Fig.11(c))以类似的方式，桥是由许多码头以固定的间隔与桥体5．结论研究的贡献主要有(1)可扩展的架构支持时空模型的层次结构和功能(2)从数据库到现场的帮助下快速和自动加载发展接口这样的三维模型数据库将成为在三维 GIS中越来越重要的建模参考文献[1] 藤井裕久K，T Arikawa城市对象重建(2002)利用机载激光高程形象和航拍图像[J]地球科学和遥感，40(10):2234 - 2240[2] Whyte J，Bouchlaghem N，索普，et al .(2000)CAD虚拟现实:造型方法，数据交换和交互式三维建筑设计工具[J]自动化的建设，10:43-55[3] Bosche F，哈斯C T(2008)自动检索三维 CAD模型对象在施工范围图像[J]自动化在建筑、17(4):499 - 512[4] 朱，高Y，Y，et al2003)三维模型的设计对三维 GIS研究[J]测绘学和信息科学武汉大学28(3):283 - 287[5] 龚J，朱问，隋H，et al2003)数据的关键问题从CAD转换到GIS研究[J]。
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