基于ArcGIS Engine的数字校园三维景观系统的开发与应用

论文摘要

三维GIS是目前GIS科学发展的新趋势之一。相比于二维GIS,三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受,它以立体造型技术给用户展现地理空间现象,不仅能表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达他们之间的垂直关系。随着二维GIS数据模型、数据结构理论和技术的成熟,图形学理论、数据库理论技术以及计算机虚拟现实技术的进一步发展,使三维建模与可视化技术研究不断深入,该方面的应用需求愈来愈强烈。使得各种各样的信息能够以空间为基础有机地结合起来,这种多维信息的结合推动了3D GIS技术的发展。三维GIS可将现场的地貌、地物生动的,直观的展现在使用者的眼前,使用户能够从多个角度感受环境,产生身临其境的感觉。而其中三维景观模型的构建是3D GIS系统的基础与关键。本文主要研究基于ArcGIS Engine9.2平台和VS2005.NET编程开发环境下的三维景观系统的构建与实现。提出了针对地表三维实体分类建模的三维景观系统的建模方案。该方案主要包括以下三种建模方法:(1)由2D矢量数据自动生成的3D模型;(2)基于3D建模软件模型的导入和利用;(3)ArcGIS Engine 3D扩展模块创建Multipatch 3D模型。将三种方法有机结合构成完整的三维景观模型构建的解决方案。利用此方案成功建立了一个虚拟的高校三维景观系统,通过系统实验,证明了该方案所提出的三维景观构建方法具有很好的实用性。本论文的创新之处在于:1.在对3D系统建模技术进行比较分析的基础上,提出了基于ArcGIS Engine的三维景观建模技术,并对该技术的理论基础和建模方法进行了阐述。该技术不但可以大大降低开发难度和缩短开发周期,而且使建立的系统具有较强的查询和分析功能。2.研究了基于ArcGIS Engine的三维景观建模算法,根据对地表自然地物和人工实体的空间特征及其自然属性的分析与研究,提出了对地表自然地物和人工实体进行分类建模的方法,从而实现了三维场景的快速构建和景观模型快速渲染。为进行大范围的三维景观系统的构建提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 3D GIS的研究背景与现状
• 1.1.2 三维景观建模的研究背景与现状
• 1.1.3 数字校园概述
• 1.2 三维GIS景观可视化开发平台
• 1.3 研究意义
• 1.4 研究内容
• 第二章 三维GIS景观数据模型
• 2.1 GIS空间数据模型的概念
• 2.2 三维空间数据模型
• 2.2.1 基于面模型的准-3D空间建模
• 2.2.2 基于体模型的真3D空间建模
• 2.2.3 基于面-体混合的3D空间建模
• 2.3 三维景观建模
• 2.3.1 三维景观模型
• 2.3.2 三维景观数据的获取
• 2.3.3 三维景观数据的显示与可视化
• 第三章 基于ArcGIS Engine的三维景观模型设计
• 3.1 ArcGIS Engine及其3D扩展模块介绍
• 3.1.1 ArcGIS Engine的概念
• 图1 ArcGIS平台结构图
• 3.1.2 ArcGIS Engine的类库模型
• 图2 ArcGIS Engine对象模型图（UML）
• 3.1.3 ArcGIS Engine的3D扩展控件介绍
• 3.2 ArcGIS Engine的3D景观数据模型
• 3.2.1 3D要素模型
• 3.2.2 3D表面模型
• 3.3 与常用三维建模方法的比较
• 3.4 基于ArcGIS Engine的景观模型方法
• 3.4.1 由2D矢量数据自动生成3D模型
• 3.4.2 基于3D建模软件模型的导入
• 3.4.3 Multipatch 3D模型在场景中的生成
• 3.5 3种建模方式的比较,提出景观模型设计方案
• 第四章 基于ArcGIS Engine的三维景观模型设计成果应用
• 4.1 数字校园景观模型设计方案
• 4.2 数字校园三维景观构建功能模块的开发
• 4.2.1 基高设置模块的开发
• 4.2.2 3D模型加载模块的开发
• 4.2.3 地表纹理设置模块的开发
• 4.2.4 多片（Multipatch）生成模块的开发
• 第五章 基于ArcGIS Engine的三维景观系统开发
• 5.1 系统总体设计
• 5.1.1 系统开发平台
• 5.1.2 系统总体架构
• 5.1.3 系统功能模块设计
• 5.2 系统数据层设计
• 5.3 系统功能模块的开发
• 5.3.1 二维视图、三维视图、鹰眼视图和平面专题视图的联动功能
• 5.3.2 三维建筑物的查询
• 5.3.3 基于ArcSDE和Geodatabase的空间数据的在线编辑
• 第六章 基于ArcGIS Engine的三维景观系统实例
• 6.1 三维景观系统显示界面
• 6.2 三维景观系统查询功能
• 6.3 三维景观系统交互测量功能
• 6.4 三维景观系统图层渲染及标注
• 第七章 结论及展望
• 7.1 论文研究成果
• 7.2 论文的不足及进一步工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读硕士阶段发表的论文