虚拟地理环境的多维数据模型与地理过程表达((2)
2015-09-08 01:13
导读：二维VGE 的表达模型是以计算机图形化要素与相应的属性数据关联实现对地球表层空间的表达。20世纪60年代，计算机图形学发展之初，地理学者就尝试利用
二维VGE 的表达模型是以计算机图形化要素与相应的属性数据关联实现对地球表层空间的表达。20世纪60年代，计算机图形学发展之初，地理学者就尝试利用计算机图形完成对土地利用数据的表达，随后GIS 的发展为地图这一古老的研究工具赋予了新的生命力，出现了地图代数（map algebra）与地统计学（geo-statistics），使地学进入了可计算时代。地统计学将一维VGE 表达的地理过程通过确定其空间变异性、空间自相关性及多项空间统计学参数，采用不同的空间数据内插方法将离散点上的数据扩展到二维平面；地图代数则实现了地球表层空间不同图层矢量数据的空间交、并运算和栅格数据的若干图层代数运算，从而实现了在二维平面上将地理要素与现象可视化及不同空间要素的空间运算。 3 三维虚拟地理环境表达模型 三维VGE描述的是真三维地球表层空间，比二维GIS复杂得多，这不仅是增加一个第三维坐标的问题，而且涉及计算机图形学的三维图形显示、空间的三维拓扑建立与维护等复杂操作。三维VGE的研究对象可以归纳为点、线、面、体， 其中线不仅包括二维GIS中的平面曲线，还包括三维特有的空间曲线， 而不仅包括二维平面，还有三维中的空间曲面，而体则是三维中特有的研究对象[16，17]。在三维VGE中，体的表达尤其复杂，其中规则体元包括结构实体集合（CSG-tree）、体素（voxel）、八叉树（octree）、针体（needle）和规则块体（regular block）5种模型，规则体元通常用于水体、污染和环境问题建模。非规则体元包括四面体格网（TEN）、金字塔（pyramid）、三棱柱（TP）、地质细胞（geo-cellular）、非规则块体（irregular block）、实体（solid）、3D－Voronoi和广义三棱柱（GTP）8种模型，非规则体元均是有采样约束的、基于地层界面和地质构造的面向实体的三维模型，一般应用于较复杂的地球表层空间三维对象及地理过程计算中涉及的不规则、不均匀的几何实体[18]。
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三维VGE空间模型建模方法研究是目前虚拟现实和VGE领域研究的热点，其主要建模方法有准三维模型和真三维模型；模型构建有面模型（facial model）、体模型（volumetric model）和混合模型（mixed model）。其中，准三维模型是指地球表层空间某点F＝f（x，y，z），任一对（x，y）的z有多个值（z[,1]，z[,2]，…，z[,n]），此类模型属面元模型，其表达对象只具有面属性，而没有体内属性值存在，一般多用于城市三维建模；真三维模型是指地球表层空间某点F＝f（x，y，z[,i]），任一对（x，y）的z不但有多个值（z[,1]，z[,2]，…，z[,n]），而且其表达采用三维矢量体元数据结构，表达对象有体内属性值，一般用于地质矿山等复杂地质体的表达。
3.1 面表达模型
VGE处理的对象是地理空间数据，这些空间数据的来源是多种多样的，数据中包含很多地理现象和地理过程的科学规律和现象。这些科学数据都是离散的采样数据，它们有很多属性，主要有空间范围、投影信息、数据来源、维数、定义域的维数、组织形式、时间特性及数据量等。其中数据的时间特性表示数据是否与时间相关，是否表示随时间变化的地理过程；数据的维数表示标量数据、向量数据及高维的张量数据等；数据定义域的维数分为一维、二维、三维数据等，具有时间属性的数据具有第四维特征；数据的组织形式分为有网格数据和无网格散乱数据等。
VGE中基于面模型的建模方法侧重于三维空间实体的表面表示，如地形表面（DEM）、地质层面、城市构筑物（建筑物）及矿山开采的轮廓与空间框架，面表达模型比较注重三维面纹理的表达。面表达模型所模拟的表面可以是封闭的或非封闭的。基于采样点的TIN模型、Lattice模型和基于数据内插的Grid模型，通常用于非封闭表面模拟；而B—Rep模型和Wire Frame模型通常用于封闭表面或外部轮廓模拟。Section模型、Section—TIN混合模型及多层DEM模型通常用于地质层面之间内部构模。通过表面表示形成三维空间目标轮廓，其优点是便于显示和数据更新，缺点是没有区域拓扑描述和所表达面内部属性的记录而难以进行三维空间查询与分析，多用于三维空间演示系统。共2页: 1 [2] 下一页 论文出处(作者):
