三维GIS

 

三维GIS可能包括的十项功能：
数据采集和检验有效性；
数据结构化和转化为新的结构（包括创建拓扑关系和从一种拓扑关系转化为另一种拓扑关系）；
各种变化（平移、旋转、比例、剪切（shear））；
选择；
布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道（tunneling）、建筑building）；
计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；
分析；
可视化；
系统管理。

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KELK为三维地学模拟提出过14项功能：
1）从其它系统中引进数据和部分分析功能；
2）保存和操作真三维坐标数据；
3）无原始坐标信息损失地变化方向；
4）保存和显示地理对象内部组分的信息；
5）能够方便地进行交互式修改，可针对地理对象及其数据库；
6）允许满足不同数据模型要求的模型重建；
7）将断层等特征作为事件考虑，允许它们影响地学对象；
8）处理大的比例尺差异；
9）处理内部流体运动和其它时间方面的事件；
10）和其它定量公式交互；
11）允许局部细节和更广的软中心（soft-focus）图片显示；
12）视觉上使用户满意；
13）分析各种建模趋势、模式及与其它GIS模块的联系；
14）在主要的数据库中存贮模型和导出报表。

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BREUNIG从空间信息集成的角度为三维GIS的发展提出了三项必备的功能：
1）复杂地学对象的管理和处理；
2）能够对由各种空间对象表达形式表示的地学复杂对象进行有效的空间存取；
3）能够对各种空间对象进行有效的空间操作。

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三维GIS也必须解决一些传统问题：
不确定性；
误差定位和消除；
处理数据模型的不连续；
处理时态数据；
处理在不同数据结构中的不同类型和不同比例尺数据。

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大数据量的存储与快速处理:高效数据模型设计、并行处理算法、小波压缩算法及在压缩状态下的直接处理分析等。

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三维地理信息系统的数据结构：

三维GIS系统中要以矢量结构为主体数据结构，而在需要时转换为栅格结构。

矢量数据:通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。因此矢量数据能更精确地定义位置、长度和大小。

矢量数据结构编码的基本内容:
点实体：包括由单独一对x，y坐标定位的一切地理或制图实体。在矢量数据结构中，除点实体的x，y坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。

线实体：可定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对以上的x，y坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止点坐标、属性、显示符等有关数据。
弧、链是n个坐标对的集合，这些坐标可以描述任何连续而又复杂的曲线。

面实体:多边形(有时称为区域)数据是描述地理空间信息的最重要的一类数据。在区域实体中，具有名称属性和分类属性的，多用多边形表示，如行政区、土地类型、植被分布等；具有标量属性的有时也用等值线描述(如地形、降雨量等)。
多边形矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。

矢量编码方法:
x，y坐标方法：
任何点、线、面实体都可以用直角坐标点x,y来表示。x，y可以对应于地面坐标经度和纬度，也可以对应于数字化时所建立的平面坐标系x,y。其中：
点：用一组(x，y)表示；
线：用多组(x1,y1；x2,y2；...；xn,yn)表示；
面（多边形）：也是多组(x,y)坐标，但由于多边形封闭，坐标必须首尾相同。
坐标法文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运算和显示。此法的缺点是：
(1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次，由此产生冗余和边界不重合的匹配误差。
(2)每个多边形自成体系，而缺少有关邻域关系的信息。
(3)不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的联系。
(4)没有方便方法来检查多边形边界的拓扑关系正确与否，如有无不完整的多边形等。

-集成矢量与栅格特征的四层矢量化八叉树结构

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三维空间分析:边界追踪检测、邻居寻找、邻域寻找算法(在线性四叉树和线性八叉树中直接确定单元的邻居)

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三维GIS的研究现状：
目前应以开发二维为主、三维为辅的混合型GIS为主要目标，不宜单纯开发三维GIS。
原因有二：
1）需求上的决定。在当前GIS产业界，二维GIS已经能够满足大部分实际需求，对三维GIS的需求仍然只占少部分。
2）技术上的限制。正如前文所阐述的，当前在三维数据获取、大数据量处理与存储、三维可视化、三维空间分析方面还不能以较好的性价比满足大规模商业应用的需要。如果完全采用三维GIS，势必将花费高昂的系统建设费用，在二维GIS能够满足需要的情况下，用户没有必要去一味追求高性能。当然，这里并不排除部分单位研制完全的三维GIS以满足一些行业的特定需要，如军事、采矿、石油勘探、地质结构研究等工作。
　　在具体实现时，建议在一般情况下进行二维显示与分析，当有特殊需要时可以调出三维结构作相应处理。
    城市三维现在已成为当前三维GIS中研究与开发的一个重要方面

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三维GIS的发展：
三维GIS的发展一方面面临着完整的三维数据模型和数据结构的缺乏，数据获取及大数据量存贮和处理上的困难，三维空间分析能力薄弱等困难，另一方面又面临着科学计算可视化理论技术、数据库系统管理技术、数字影象处理技术和二维GIS长期发展提供的理论实践经验等有利因素。