论文部分内容阅读
该文首先系统地探讨了GIS的概念及其发展趋势,并对目前GIS在应用方面所存在的问题进行了深入分析,指出了当前GIS的不足,探讨了GIS空间分析的性能,说明了建立三维GIS的必要性,着重对三维GIS的概念、特征等进行了探讨,之后分析了三维GIS发展的趋势和需要克服的困难,并对3D GIS的概念、功能、实现途径等进行了系统的分析和总结,指出当前的3D GIS缺乏对三维空间分析的研究,3D GIS要进一步得到发展,不能过多地停留在对空间数据模型的研究,而必须研究建立在一定数据模型之上的空间分析算法,使之在实际中得到应用.空间实体的三维建模是三维地理信息系统建立的核心问题,也是目前国际国内三维地理信息系统领域研究的重点之一.该文在综合分析目前三维地理信息系统空间数据模型研究成果的基础上,对各类空间数据模型的研究进展状况进行了系统的分析和总结.针对不同的三维空间实体给出了空间目标之间为点/点、点/线、点/面、点/体、线/线、线/面、线/体、面/面、面/体、体/体之间的关系,这些关系是该文进行数字地面模型空间运算以及三维城市实体分析的基础.对于当前主流的GIS产品,其空间三维表达大多偏重于用数字地面模型来实现.针对数字地面模型,首先探讨了DEM的建立方法及其构建算法,分析了总结了现有Delaunay三角剖分算法的特点,指出了现有算法存在的严重缺陷,提出了TIN动态建模的方法,这种方法的显著特点是对点在空间的位置没有任何限制,并且拓扑空间关系会自动生成和维护.该方法也为实现多模型空间叠置和缓冲区分析提供了理论依据.在此基础之上,针对不同模型的特点,提出了操作模型和参考模型的概念以及基于三维地表模型TIN的多模型空间叠置算法和基于三维地表模型TIN的三维空间缓冲分析算法,实现了基于此模型的三维叠置和三维缓冲(切割)分析功能.三维数字城市是三维空间的一个重要研究领域,也是构建数字地球的最关键技术.该文首先对现有的三维城市地理信息系统(3D UGIS)的数据结构和数据模型进行了分析和比较,在此基础上,基于三维城市的特点、三维城市景观表达方式以及三维城市数据的来源方式,提出了一种称之为"面向城市三维可视化的、基于矢量的、分层分类的"数据模型,按照这种数据模型,不仅能够实现三维城市的逼真表达,而且还能有效地实现三维空间分析功能(如城市阳光投射房屋阴影遮挡分析、道路红线的缓冲区分析等).在三维城市表达方式方面,该文对纹理的特点以及纹理与三维城市中的空间数据的匹配进行了深入的研究,实现了二维纹理与复杂空间几何模型的无缝映射.针对中国北方地区出现的因居民采光问题引起的纠纷,提出一种三维可视化的解决方案,显然这种可视化的方案比之传统的"棒影图"相比更为直观、生动,同时也更具有说服力.提出和实现了基于该模型的城市阳光投射房屋阴影遮挡分析算法.最后,基于上述研究工作,分别建立两个实验系统,验证了作者所提方案的理论正确性和技术可行性.