三维GIS数据组织管理及符号化表示研究

论文摘要

作为二维GIS发展到一定阶段的必然产物，三维GIS可形象直观地反映研究区域的地形、地貌和地物等多种相关信息。目前，国内外诸多学者对三维GIS的数据模型、可视化表现以及单一领域的应用提出了许多方法和技术手段。但三维GIS的研究与实现仍处于初步阶段，所实现的部分三维GIS功能也只是出现在一些实验性原型系统中。本文的工作主要包括以下几个方面： (1) 阐述了三维GIS的基本概念，提出三维GIS的本质特征在于三维对象的空间坐标由(X、Y、Z)来表示。论述了三维GIS研究的目的和意义，阐述了三维GIS与虚拟现实、仿真的关系。介绍了国内外主要的三维可视化软件成果，分析了三维GIS的研究现状和基本要求，总结了当前三维GIS研究与实现中存在的问题，提出了对三维GIS发展的思考。 (2) 介绍了三维实体的表示及其数据模型的研究成果。提出了三维实体的组织形式一三维形体的概念。提出基于面的数据组织方式是三维GIS空间实体数据模型选择的主要依据，三维形体的数据组织以表面表示模型为主，形体数据嵌入到GIS矢量结构中。在介绍了空间数据模型特点与分类基础上，总结了三维GIS的数据内容与数据库管理模式，提出并阐述了三维GIS的基本元素——三维空间对象分类。 (3) 提出了基于表面表示的三维空间矢量数据模型——SRSD。这种三维矢量数据模型由面向对象的二维GIS发展而来，符合人们处理GIS基本元素对象的习惯，GIS系统由二维向三维的过渡也较易实现。在3DGIS原型系统实践中，设计并实现了三维矢量数据结构和三维形体数据结构，该数据结构既可以保证地物数据与地形数据相互关联，又可以单独应用，支持在普通PC机上的大范围海量数据漫游。 (4) 介绍了海量数据的组织方式，论述了基于线程的多任务并发处理技术和基于数据分页的动态装载调度技术。提出了基于海量数据显示的数据调度时间指标。研究了三维空间对象数据的组织原则和方式，在三维矢量数据的组织上，提出了分层设置LOD级进行管理的设想。 (5) 在分析三维地理信息符号的国内外现状基础之上，研究了三维地理信息传输模式。分析了三维地理信息符号的特点，阐述了三维符号模型的基本概念，提出了三维符号分类设计原则及构图规律，研究了三维地理信息符号的视觉变量，为三维符号库的建立和应用奠定了理论基础。综合运用边界模型(BR)、参数模型等结构来表示三维符号的空间数据，解决了三维符号形体信息的结构设计问题。 (6) 介绍了三维地理信息系统3DGIS的体系结构设计。介绍并实施了系统开发设

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 三维GIS产生的背景
• 1.2 三维GIS的基本概念
• 1.2.1 三维GIS的发展及特点
• 1.2.2 三维GIS与计算机仿真、虚拟现实的关系
• 1.3 论文的工作
• 1.3.1 研究的主要目标及意义
• 1.3.2 本文的研究重点
• 1.3.3 论文的组织
• 1.4 本章小结
• 第二章 三维GIS的研究现状及基本问题
• 2.1 三维GIS的研究现状
• 2.2 三维GIS研究的基本问题
• 2.2.1 三维建模技术研究
• 2.2.2 三维空间数据模型研究
• 2.2.3 三维数据的组织与管理
• 2.2.4 三维数据获取方法研究
• 2.2.5 三维地理信息的符号化表示
• 2.2.6 三维地理信息多尺度表示
• 2.2.7 三维地理信息的可视化交互研究
• 2.2.8 三维空间数据分析
• 2.3 三维GIS的发展思路
• 2.3.1 三维GIS的基本要求
• 2.3.2 三维GIS发展的思考
• 2.4 本章小结
• 第三章 三维GIS数据模型及组织管理
• 3.1 理论基础
• 3.2 空间实体的三维表示
• 3.2.1 三维空间实体的分类
• 3.2.2 三维GIS空间实体数据模型的确立
• 3.3 三维地理数据模型
• 3.3.1 空间数据模型的特点与分类
• 3.3.2 三维GIS的数据库内容
• 3.3.3 三维GIS数据库管理模式
• 3.3.4 基于表面表示的三维矢量地理数据模型—SR3D
• 3.4 三维GIS数据组织
• 3.4.1 海量栅格数据的组织与调度方法
• 3.4.2 海量三维空间对象数据的组织与调度方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 三维地理信息的符号化表示
• 4.1 三维地理信息符号化的国内外研究现状
• 4.2 三维地理信息传输模式
• 4.2.1 传统地理信息传输模式
• 4.2.2 数字环境下地理信息传输功能的扩展
• 4.2.3 三维地理信息传输模式
• 4.3 三维符号模型的基本概念
• 4.3.1 三维地理信息符号的定义
• 4.3.2 三维地理信息符号的特点
• 4.3.3 三维地理信息符号视觉变量研究
• 4.4 三维符号设计的基本原则
• 4.5 三维符号的数据结构研究
• 4.5.1 平面地图符号与三维符号模型的比较
• 4.5.2 三维符号的数据结构
• 4.6 三维符号库的设计与建立
• 4.6.1 三维实体建模
• 4.6.2 符号填充与配置处理
• 4.6.3 二维符号和DEM的场景叠加
• 4.6.4 算法生成
• 4.7 本章小结
• 第五章 三维地理信息系统—3DGIS原型的设计与实践
• 5.1 3DGIS的体系结构
• 5.2 3DGIS的空间数据组织
• 5.2.1 数据结构设计
• 5.2.2 三维形体的组织方式
• 5.3 3DGIS原型系统设计开发中的软件工程方法
• 5.3.1 软件设计原则
• 5.3.2 模块与目录结构设计
• 5.3.3 基于ROSE的设计与开发
• 5.3.4 软件测试
• 5.4 3DGIS的功能设计与实现
• 5.4.1 3DGIS的开发环境
• 5.4.2 3DGIS的交互可视化设计
• 5.4.3 基于三维符号库支持下的自动建模设计策略
• 5.4.4 三维场景编辑建模的设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文的主要内容
• 6.2 本论文的主要创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简历 攻读博士学位期间完成的主要工作
• 致谢