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1、数字城市市空间目目标的数数据建模模及可视视化研究究作者：王王旭开始时间间：20009.3.228结束时间间：20009.6.55目录摘要IAbsttracctIIII第1章绪绪论1第1节数数字城市市的概念念1第2节数数字城市市研究现现状21.2.1数字字城市国国际研究究现状221.2.2 数数字城市市国内研研究现状状3第3节数数字城市市实现的的关键技技术3第4节本本文研究究的主要要内容及及技术路路线5第2章数数字城市市空间表表达模型型构建过过程6第1节城城市空间间概念数数据模型型62.1.1 传传统的空空间数据据模型662.1.2 面面向对象象数据模模型62.1.3 对对象-关系型型数据模模型
2、6第2节城城市空间间对象数数据结构构定义66第3节城城市空间间目标数数据结构构设计77第4节城城市空间间目标可可视化表表达模型型7第5节城城市空间间目标数数据组织织与管理理7第3章数数字城市市三维建建模的关关键技术术研究88第1节城城市空间间地形建建模技术术及实现现8第2节城城市空间间地物建建模技术术及实现现8第3节城城市空间间地形与与地物匹匹配技术术8第4节三三维空间间数据模模型的建建立与实实现8第4章数数字城市市3D可视视化原型型系统构构建及实实现9第1节数数字城市市3D可视视化原型型系统框框架9第2节数数字城市市3D可视视化原型型系统实实现9第5章结结论与展展望100第1节结结论100第
3、2节展展望100致谢111参考文献献12附录133摘要地球是人人类文明明的摇篮篮，人类类在这颗颗蓝色的的星球上上创造、生活，产生了了只有人人类独有有的社会会模式和和高度发发达的科科技智能能。人类类从远古古走到现现代，逐逐步脱离离了刀耕耕火种，茹毛饮饮血的生生活方式式，现在在的生活活是农业业生产和和工业生生产互相相分工的的结果。在这种种分工下下，人类类逐渐建建立了只只有人这种种智能生生物才能能创造出出来的精精神和物物质相结结合的文文明的容容器城市。城市如每每一颗文文明之星星散落在在地球上上的各个个角落，从酷热热难耐的的非洲地地区，到到拥有冬冬日极夜夜的寒冷冷北极，从太平平洋中心心的一个个小岛到到
4、有世界界屋脊之之称的喜喜马拉雅雅，可以以说只要要有人类类居住的的地方，就会有有城市存存在，就就会有人人建立城城市。然然而，人人们总是是在不断断地思考考、理解解、重新新定义着着城市的的概念。对于自自己所创创造的东东西，人人类会跟跟在没了了解自然然界的奥奥秘一样样，相处处许多办办法来解解释自己己所创造造的奇迹迹。人类类建立城城市多少少年，对对城市的的理解也也随着时时间的流流逝在不不断增加加。人类类会将城城市的每每一户人人家编辑辑成册，会将一一个城市市的地图图画出来来，用于于各种生生产、秩秩序的管管理，所所以城市市地图始始终是管管理城市市的一个个有力手手段。随着科技技的不断断进步，电脑成成为连接接城
5、市另另一种继继交通网网络之后后又一种种联系人人们的方方式，网网络使地地球缩水水，变成成了一个个村落。在电脑脑上虚拟拟出城市市模型，也是科科技发展展和人类类不断探探索出新新的必然然结果。世界上上第一个个研制出出地理信信息系统统（GIIS）的的是加拿拿大，第第一个提提出建立立数字地地球的国国家是美美国，至至此，人人类开始始充分的的进入到到了数字字时代，通过对对现实景景物的虚虚拟建模模，达到到和现实实真是场场景的数数字再现现。本文的研研究方向向是将在在空间采采集到的的数据进进行组织织，通过过一定得得算法将将真是场场景在电电脑上进进行虚拟拟再现。本文一一共分为为五个部部分：第一部分分绪论。阐述了了数字
6、城城市的定定义，进进行一个个国内国国外的数数字城市市的一个个综合性性的研究究，主要要考虑到到国内国国外数字字城市的的起源、发展，其中主主要是通通过对国国内和国国外的数数字城市市的比较较来说明明数字城城市在中中国的发发展现状状，以及及以后的的发展方方向第二部分分数字城城市空间间数据模模型的构构建过程程。本章章介绍城城市空间间的数据据模型，对这些些数据进进行定义义，对城城市空间间数据模模型进行行组织，构建一一个高效效存储质质量好的的数据组组织模型型。在数数据模型型表达这这块将进进行自己己的一些些想法的的提出。第三部分分数字城城市三维维建模的的关键技技术研究究。本部部分针对对可以应应用于数数字城市市
7、三维建建模的常常用方法法来进行行讨论，将各种种方法进进行对比比，比较较。在这这些方法法中，主主要是地地形和地地物的建建模方法法的不同同，两者者分开建建模，然然后进行行一个拼拼接，在在两者的的数据组组织上要要完成能能够相互互结合。第四部分分数字城城市3DD可视化化原型系系统构建建即实现现。从这这一部分分，即是是解决真真正的可可视化技技术，也也就根据据以上的的一些数数据组织织形式，空间数数据模拟拟现实场场景的一一系列算算法，利利用编程程开发平平台，构构建一个个原型系系统框架架，并对对每一部部分进行行详细的的讨论和和解释以以做到数数字城市市的可视视化软件件的虚拟拟现实的的功能的的充分理理解。第五部分
8、分结论与与展望。处于文文末，总总结在对对数字城城市的可可视化实实现研究究的经验验和所要要讨论的的问题的的方法。由于是是第一次次作论文文，所以以本人的的某些方方法也会会有问题题，也有有自己不不能解决决的问题题，所以以，也要要对这些些问题进进行提出出和记录录，以作作以后分分析研究究。另外外，对数数字城市市的研究究的一个个预想也也将在本本章得到到一个粗粗浅的认认识。关键词：数字城城市，数数据组织织，模型型建立技技术，可可视化IIIAbsttracct第1章绪绪论第1节数数字城市市的概念念在过去的的一个世世纪中，GPSS（全球球卫星定定位系统统）的产产生改变变了人们们以往的的通信生生活，由由此在人人们
9、的日日常生活活和工作作中都深深深的受受到了GGPS的的出现而而带来的的便。在在测绘这这个行业业中，GGPS的的产生无无疑带来来了了一一次前所所未有，划时代代的变革革。GPPS改变变了人们们通常对对测绘行行业的扛扛着三脚脚架，提提着仪器器箱，努努力寻找找通视点点的刻板板印象，也让测测绘界从从此有了了新的发发展方向向。由于于GPSS给测绘绘带来了了方便，而且卫卫星独有有的空间间位置高高，视角角广，覆覆盖面大大的特点点，用卫卫星来进进行地形形图数据据采集大大大的减减小了人人力外野野采集数数据的工工作量，而另一一方面，人们随随着地形形图的纸纸上表达达方式已已不满足足，而且且开始寻寻求另一一种能实实现地
10、理理空间模模拟表达达，数据据管理，甚至可可以进行行空间查查询等功功能的管管理系统统。为了满足足这些更更先进的的功能，GISS（地理理信息系系统）也也应运而而生。220世纪纪60年代代，世界界上的第第一个GGIS系系统诞生生于加拿拿大。GGIS是是以地理理空间数数据库为为基础，在计算算硬件、软件环环境支持持下，对对空间相相关数据据进行采采集、管管理、操操作、分分析模拟拟和显示示，并采采用地理理模型分分析方法法，适时时提供多多种空间间和动态态的地理理信息，为地理理研究、综合评评价、管管理、定定量分析析和决策策服务而而建立的的一类计计算机应应用系统统。在国国际上GGIS一一共经历历了五个个发展过过程
11、：（1）、开拓拓阶段(20世世纪600年代)（2）、巩固固阶段(20世世纪700年代)（3）、突破破性阶段段(200世纪800年代)（4）、社会会化阶段段(200世纪900年代)。传统GIIS系统统都是二二维的，二维的的信息系系统虽然然可以表表达出比比以前纸纸上表达达更多的的信息，而且能能更为具具有只能能和更丰丰富的表表达的逐逐渐的平平面的GGIS系系统已经经不能满满足人们们对于大大信息量量的描述述。在现现实世界界中，人人们看到到的一切切都是具具有三维维立体感感的，且且不说东东西的巨巨大，甚甚者连细细小的原原子也有有自身所所有的立立体模型型。而人人类一直直在模仿仿和重建建着他们们所居住住的地区
12、区，不断断地改造造着自然然地理环环境城市，就是人人类群居居，创造造文明，社会延延续的一一个容器器。在这这个容器器中，人人们可以以独立于于自然界界其他类类别的动动物，而而人类才才能成为为地球上上读一无无二的智智能型生生物。因因此，对对于自己己所居住住的地方方理所当当然的要要进行更更深层次次得了解解，并不不是一个个2D GISS系统所所能解决决的。为了能在在数字时时代更好好的突出出自己的的优势，并且在在国民经经济，世世界经济济中占领领新的制制高点，19998年1月31日美美国副总总统戈尔尔在美国国加利福福尼亚科科学中心心发表的的题为“数字地地球：221世纪纪认识地地球的方方式”，首次提提出了数数字
13、地球球的概念念：一种种能嵌入入巨量的的地理信信息、对对我们星星球所做做的多分分辨率、三维的的描述方方式。或或者说数数字地球球是遥感感、遥测测、数据据库与地地理信息息系统、全球定定位系统统、互联联网络、仿真与与虚拟技技术等现现代科技技的高度度综合集集成和升升华，是是当今科科技发展展的制高高点。在在此背景景下，提提出了数数字城市市的概念念。广义义的数字字城市是是指综合合运用GGIS、遥感、遥测、宽带网网络、多多媒体及及虚拟仿仿真等技技术，对对城市的的基础设设施、功功能机制制进行信信息自动动采集、动态监监测管理理和辅助助决策服服务的技技术系统统；它具具有城市市地理、资源、生态环环境、人人口、经经济、
14、社社会等复复杂系统统的数字字化、网网络化、虚拟仿仿真、优优化决策策支持和和可视化化表现等等强大功功能。狭狭义的数数字城市市是指利利用“数数字地球球”理论论，基于于3S（GISS、GPSS、RS）技技术等关关键技术术，建设设服务于于城市规规划、建设、管管理；服服务于政政府、企企业、公公众；服服务于人人口、资资源环境境、经济济社会的的可持续续发展的的信息基基础设施施和信息息系统。这是目目前城市市地理信信息系统统（UGGIS）研究的的重点。数字城城市是信信息化、现代化化城市，是从工工业化时时代向信信息化时时代转换换的基本本标志之之一，是是数字地地球的重重要组成成部分，也是城城市和社社会信息息化发展展
15、的必然然趋势，它是一一个非常常庞大的的、复杂杂的、长长期的系系统工程程。在城城市“自自然、社社会、经经济”系系统的范范畴中，它能够够有效获获取、分分类存储储、自动动处理和和智能识识别海量量数据的的、具有有高分辨辨率和高高度智能能化的、既能虚虚拟现实实又可直直接参与与城市管管理和服服务的一一项综合合工程。因此，无论从从科学的的概念上上，还是是从管理理的意义义上，数数字城市市均可视视作是人人类发展展的台阶阶式进化化，其中中既包含含着生产产方式、生活方方式、文文化方式式和人际际关系的的社会经经济变革革，也包包含着政政府决策策、政府府管理、政府服服务和廉廉正建设设的革命命性进展展。第2节数数字城市市研究现现状1.2.1 数数字城市市国际研研究现状状世界上的的第一个个提出将将自然环环境数字字表达的的国家是是美国，19998年1月31日美美国副总总统戈尔尔在美国国加利福福尼亚科科学中心心发表的的题为“数字地地球：221世纪纪认识地地球的方方式”，首次提提出了数数字地球球的概念念：一种种能嵌入入巨量的的地理信信息、对对球所做做的多分分辨率、三维的的描述方方式。因因此，数数字化概概念最早早出现在在美国，美国也也理所当当然的成成为世界界上数字字
