三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构
详细描述
基于激光雷达的三维重建是利用激光雷达设 备获取三维点云数据，然后通过点云处理算 法和计算机视觉技术，将点云数据转化为三 维空间模型。该方法精度高，能够获取丰富 的几何信息，但成本较高，适用于需要高精 度测量的场景。
04
三维空间数据模型优化 技术
数据压缩与编码技术
数据压缩
通过减少数据冗余和去除不必要的信 息，以更紧凑的形式存储和传输三维 空间数据。
基于图像的三维重建
总结词
利用多视角图像和计算机视觉技术，重 建出三维空间模型。
VS
详细描述
基于图像的三维重建是利用多视角图像和 计算机视觉技术，通过图像对齐、特征匹 配和三维重建算法，重建出三维空间模型 。该方法成本较低，但精度相对较低，适 用于纹理信息丰富的场景。
基于激光雷达的三维重建
总结词
利用激光雷达设备获取三维点云数据，通过 算法和计算机视觉技术重建三维空间模型。
要点二
安全保护技术
采用访问控制、身份验证等技术，防止未经授权的访问和 数据泄露。
05
三维空间数据模型应用 案例
城市规划与建筑建模
城市规划
三维空间数据模型能够提供城市的地形、建 筑物、道路等详细信息，帮助规划师更好地 理解城市空间布局，制定合理的城市规划方 案。
建筑建模
利用三维空间数据模型，建筑师可以创建精 确的建筑模型，进行设计优化和施工模拟，
灾害评估
在灾害发生后，三维空间数据模型可以帮助评估灾害损 失、预测灾情发展趋势，为救援和重建工作提供支持。
虚拟现实与游戏设计
虚拟现实
三维空间数据模型是虚拟现实技 术的重要组成部分，能够提供逼 真的场景模拟，增强用户的沉浸 感和体验感。
游戏设计
测绘工程中的地理空间数据模型与数据结构
测绘工程中的地理空间数据模型与数据结构在测绘工程领域，地理空间数据模型与数据结构是至关重要的组成部分，它们为有效地收集、存储、管理和分析地理空间信息提供了基础框架。
地理空间数据，简单来说，就是描述地球表面及相关现象的位置、形状、属性等信息的数据。
这些数据来源广泛，包括卫星影像、航空摄影、地面测量等。
而如何将这些海量、复杂的数据进行合理的组织和管理，以便能够快速、准确地获取和处理所需的信息，就需要依靠有效的数据模型和数据结构。
地理空间数据模型是对地理空间现象的抽象和概念化表示。
常见的数据模型有矢量数据模型和栅格数据模型。
矢量数据模型将地理空间中的实体表示为点、线、面等几何对象，并通过坐标来精确描述其位置和形状。
比如，一条道路可以用一系列有序的点连接成的线来表示，一个湖泊可以用一个封闭的多边形面来表示。
矢量数据模型的优点在于数据精度高、存储空间小，并且能够方便地进行几何计算和空间分析。
然而，它在处理连续变化的地理现象，如地形起伏时，就显得不够灵活。
栅格数据模型则将地理空间划分成规则的网格单元，每个单元对应一个数值，用来表示该位置的某种属性。
例如，数字高程模型就是一种常见的栅格数据，其中每个网格单元的值代表该点的海拔高度。
栅格数据模型适用于表示连续变化的地理现象，但其数据量通常较大，精度相对较低。
除了这两种基本的数据模型，还有面向对象的数据模型。
这种模型将地理空间中的实体看作具有属性和方法的对象，能够更好地模拟现实世界中的复杂地理现象。
在实际应用中，往往需要根据具体的需求和数据特点选择合适的数据模型。
比如，在城市规划中，对于建筑物、道路等具有明确边界的地理实体，通常采用矢量数据模型；而在进行大面积的地形分析时，栅格数据模型可能更为适用。
数据结构则是数据模型在计算机中的具体实现方式。
常见的地理空间数据结构有链表、数组、树、图等。
链表结构适合处理数据量较小、插入和删除操作频繁的数据。
数组结构则具有随机访问速度快的优点，但插入和删除操作相对复杂。
三维空间数据模型与数据结构
三维空间数据模型与数据结构三维空间数据模型与数据结构1.引言1.1 研究背景1.2 目的与目标1.3 文档结构2.三维空间数据模型2.1 点、线、面的表示方法2.2 基本几何对象的属性2.3 三维坐标系的建立2.4 地理坐标系与投影坐标系3.三维空间数据结构3.1 常见的数据结构3.1.1 三角网格3.1.2 边界表示3.1.3 引索格网3.2 空间索引结构3.2.1 R树3.2.2 KD树3.2.3 四叉树3.3 数据组织与存储方式3.3.1 点云数据3.3.2 体素数据3.3.3 多边形网格数据4.三维空间数据模型与数据结构的应用4.1 地理信息系统4.2 三维建模与可视化4.3 四维空间数据模型4.4 三维分析与计算5.本文档涉及附件5.1 附件一：三维空间数据模型示例代码5.2 附件二：三维空间数据结构图示6.本文所涉及的法律名词及注释6.1 数据模型：指描述现实世界对象及其相互关系的数据结构和操作的概念模型。
6.2 数据结构：指数据元素之间相互关系的一种结构或组织形式。
6.3 三维坐标系：由三个相互垂直的坐标轴构成的坐标系，用于描述点的位置。
6.4 地理坐标系：一种地球表面坐标系统，用经度和纬度表示点的位置。
6.5 投影坐标系：地理坐标系在地图上的投影表示。
6.6 R树：一种用于索引多维空间数据的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.7 KD树：一种用于分割k维空间的数据结构，用于加速最近邻搜索等操作。
6.8 四叉树：一种用于划分二维空间的数据结构，用于加速空间查询操作。
6.9 点云数据：由一系列点组成的三维数据表示形式。
6.10 体素数据：将三维空间划分为小立方体，每个立方体存储一个属性值。
6.11 多边形网格数据：由一系列相邻三角形或四边形组成的三维网格数据。
空间数据模型与数据结构ppt课件
•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
关系模型
多边形和弧段的关系
多边形号 弧段号
弧段和结点的关系
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弧段号 起点 终点
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我们生活的世界
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•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
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•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
P1 a2 a5
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•篮球比赛 是根据 运动队 在规定 的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 于记录的数据模型：是把数据库定义为多种固 定格式的记录型，每个记录型由固定数量的域或 属性构成，每个域或属性具有固定的长度。
包括：层次模型、网络模型、关系模型
• 基于对象的数据模型：用于在概念和视图抽象级 别上的数据描述，具有相当灵活的结构和较强的 表达能力，允许明确地定义完整性约束。
三维数据结构及其分类
三维数据结构及其分类姓名：班级：学号：日期：三维数据结构及其分类一、引言随着GIS理论的日趋成熟及其应用的不断拓展，其许多商业化的GIS软件的功能也逐渐完善。
但是绝大多数的商品化GIS软件包还只是在二维平面基础上对现实世界的实体及实体之间的关系的模拟和处理，而我们生活在三维的世界里，所涉及到的有关气象、水文、采矿、灾害、污染等方面的自然现象都是三维的，显然当我们仅仅用二维的方法和思路解释和处理三维问题时，就不能够精确地或正确地反映、存储、分析、处理和显示地理空间信息。
因此，为更逼真精确地描述现实三维世界，探讨和研究三维数据结构显得尤为重要。
二、三维数据结构数据结构是即数据的逻辑结构形式，我们所熟悉的是二维数据结构，从类别上分，二维数据结构包括矢量数据结构、栅格数据结构、矢量-栅格一体化数据结构等，这主要是依据其数据模型进行分类的，即栅格数据模型、矢量数据模型、面向对象数据模型等，这与我们通常先建立数据模型，再依据数据模型选用合适的数据结构对数据进行组织的思路是一致的。
通常我们所说的三维景观可视化和已经具有的2.5维表面建模都还不是真正意义上的三维，比如利用DEM数据建立的三维景观模型可视化，或者利用多属性的实体的某一属性作为第三维对平面图形进行三维显示等。
如利用v = f(x,y)表达一个二维系统，(x,y)是二维平面坐标，v是对应点的属性值，当v表示高程时，就可以表示数字高程模型。
但这里v受x,y变化的影响；而真正意义上的三维数据模型中，三维变量之间应是相互独立的。
也就是说，对于一个真正的三维数据模型，可以用V = f(x,y,z)来描述，其中z是自变量，不受x，y变化的影响，即(x,y,z)是在三维空间连续变化的。
总的来说，即是与二维相比，三维多出了一维，但仍然可以将二维的观点引入对三维的研究之中。
三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。
三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。
浅谈三维地理信息系统及其应用实例
一.Super3D-VR 三维地理信息系统（3DGIS ）软件平台简介地理信息系统（GIS ）是空间信息的采集、存储、分析、显示的计算机系统，目前已经 被广泛运用，在各专业领域如：水利、交通、城市规划、军事等领域。
但目前大多数的 GIS应用都是基于二维空间数据的，将本来三维空间的世界简化为二维投影的概念模型，对地物上的三维空间关系用点、线、面等抽象的符号来表达，以至于“专业人士难理解，非专业人 事看不懂“的现状。
世界空间信息本质上是三维的，需要三维坐标（X,Y,Z 或经纬度加高程）来描述地理对象，三维GIS 可以包容几乎所有的海量空间信息，能大大突破了常规二维表现形式的束缚， 即使是非专业人士也一目了然。
三维地理信息系统作为的重要工具、技术和学科，近 2-3年来得到了广泛关注和迅猛发展。
由于信息技术的发展，数字时代的来临，未来，它将广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、农林牧业、统计、国土资源、 电力系统、数字海洋、水利、环保、市政、交通、通信通讯等领域。
由中鼎图数字科技自主研发、 十年积累、上百个成功案例、 在国内拥有无可比拟的开放式平台优势，据调研分析，Super3D-VR 三维地理信息系统（3DGIS ）软件平台算是国内一流的，它解决当前三维 GIS 应用碰到的主要问题：海量三维数据（超过 100G ）的处理和存储、基于三维的空间分析、三维可视化、基于网络的三维 GIS 、虚拟现实技术、兼容已有空间数据等。
应用 支撑 层基础局域网、互联网\ ______________________________________________________________层、Super3D-VR 平台实现了三维地理信息系统的以下功能:Brosewer 浏览器模型及 功能键Super3d 渲染引擎信息 采集 层DEM 影像等矢量数据MAX3D模型数据2DMAP数据及接口Super3d-VR 三维地理信息软件平台体系结构图Super3DEditr编辑器Super3DObject三维插件数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构；各种变化（平移、旋转、比例、剪切）；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道、建筑）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理；其具体功能如下：1、DEM遥感图象，生成高低起伏的三维地形使用四叉树算法和图象压缩技术，自动生成三维场景中的地形数据，不受数据量的限制，分块计算，直至拼接成所需面积和精度的地形；2、人工建模和系统模型高度兼容系统提供3dmax插件，直接将外界人工模型转到本系统中，这样在完善和美化场景方面更加实用；3、面积/长度测量功能在场景中的任意两点直接的距离测量，任意三点及以上的区域面积测量，瞬间生成；4、水淹分析功能由于地面是矢量图、地面高程不等，在连续降雨的情况下，可以模拟水淹趋势分析的功能；5、通视分析功能地面物体两点间是否被遮挡关系，以及以地面某点为原点，半径范围的视角遮挡关系的分析和体现；6、属性查询功能场景中的任一物体及设备，编辑好其属性，点击后可以查询特性及属性；7、立体显示功能一键切换立体效果的场景，就像看立体电影的效果；8、日照分析功能模拟某个季节的日照全天模拟，早晨、傍晚至黑夜，以了解某地区的日照时间和强度；9、其他功能根据不同行业需求，开发不同功能满足其需求；除此之外，还具有如下独有的功能：1、兼容一维、二维对象传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。
三维GIS期末考试重点解析
标黄考过1、G IS的发展第一代GIS 第二代GIS 第三代GIS 第四代GIS主机时代个人机时代互联网时代大数据时代模块化GIS 组件式GIS 服务式GIS 高性能GIS1990‘s 2000’s 2010’s 2020’s2、GIS的挑战（1)大规模空间数据组织:数据来源广泛,数据实时接入、集中存储和处理困难；应用数据种类丰富，类型复杂；数据动态性高,空间索引维护代价高（2）复杂空间数据处理与分析：数据量更大，时空关联性强,实时性、动态性要求高（3）多源地理空间信息融合与快速可视化：适应多终端的高效绘制，面向用户的交互式，协同制图；海量多源、动态的地理空间数据关联分析和可视化（4）开放式空间信息处理服务：多用户、高并发访问；实时、动态要求高；用户生产内容。
3、高性能GIS的定义及特点(1）定义:高性能GIS(High Performance GIS），是基于集群、多核或众核并行处理的高性能计算架构的新型GIS 平台，能高效实现复杂地理空间信息处理和应用。
具有优越的性能、可获取性、可伸缩性、灵活性、互操作性和可扩展性。
(2）特点：A.高性能地理空间数据访问于检索B.高性能地理计算C.地理计算算法的服务化插件式扩展D.高性能地理空间信息可视化E.Web脚本化在线动态交互制图F.流程化地理计算与专题地图生成G.三维、流数据管理与可视化H.基于Web浏览器应用4、三维GIS的定义、特点、常见功能、常用软件（1）三维：是指在平面二维体系中又加入了一个方向向量构成的空间系，一般指由长、宽、高三轴所构成的空间。
(2）GIS：是在计算机软硬件支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
（3)三维GIS ：利用3S技术、虚拟现实技术、计算机技术等对地球空间信息进行编码、存储、转入、分析和显示的信息系统，是三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统.（4）三维GIS的特点：A.三维GIS包容以为和二维对象，而且可视化2.5维和三维对象，其空间信息的展现更为直观和逼真。
地理信息系统原理-空间数据模型与数据结构
面对象 Class
属性
属性
体 3-Complex
面 2-Complex
线对象 Class
属性
线 1-Complex
点对象 Class
属性
点 0-Complex
三角形 2-simplex
线段 1-simplex
节点 0-simplex
33
空间地物
复杂地物
13 类空间对象
复杂
柱状地物
体状地物
数字立体模型
部分
节点 0-simplex
X,Y,Z
31
三维对象的拓扑数据模型
体状对象
面状对象
线状对象
点状对象
1 BodyID
1 SurfaceID
1
LineID
1 PointID
N
体1
N
4
5
面
1
6
N
3 4
边
1
1
2 结点
ElementID
FaceID
EdgeID
NodeID
X
Y
Z
32
三维复杂实体的逻辑模型
体对象 Class
• 模型：
• 时间作为属性（time stamp）
• 序列快照模型( Sequent Snap shots) • 基态修正模型(Base State with Amendments) • 时空复合模型( Space - time Composite) • 时空立方体模型( Space - time Cube)
表示形成三维空间目标表示,其优点是便于显示和数据更新, 不足之 处是空间分析难以进行。 （2）体模型(Volume model)
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三维空间数据模型与数据结构
第一章引言
1. 项目背景
a. 三维空间数据在现代科学与工程领域的应用日益广泛。
b. 为了高效地处理三维空间数据，设计与构建合适的数
据模型与数据结构至关重要。
2. 目的与范围
a. 本文档旨在介绍三维空间数据模型与数据结构的基本
概念、实现方法以及相关应用领域。
b. 本文档适用于计算机科学、地理信息系统等相关领域
的研究人员、开发人员以及对三维空间数据感兴趣的读者。
第二章三维空间数据模型
1. 概述
a. 三维空间数据模型的定义与特点。
b. 三维空间数据的结构与组织方式。
2. 基本对象与关系
a. 点（Point）对象及其属性。
b. 线（Line）对象及其属性。
c. 面（Surface）对象及其属性。
d. 体（Solid）对象及其属性。
3. 拓扑结构
a. 邻接关系。
b. 包含关系。
4. 层次结构
a. 基本网格结构。
b. 层次网格结构。
第三章三维空间数据结构
1. 数据结构的定义与分类
a. 数组（Array）结构。
b. 链表（Linked List）结构。
c. 树（Tree）结构。
d. 图（Graph）结构。
2. 三维空间数据的存储结构
a. 基于数组的存储结构。
b. 基于链表的存储结构。
c. 基于树的存储结构。
d. 基于网格的存储结构。
第四章三维空间数据的操作与算法
1. 空间查询
a. 邻近查询。
b. 范围查询。
2. 空间分析
a. 点线面关系判断。
b. 空间缓冲区分析。
3. 空间变换
a. 平移操作。
b. 旋转操作。
c. 缩放操作。
第五章应用案例
1. 地理信息系统中的三维可视化。
2. 计算机辅助设计中的三维建模。
3. 虚拟现实与增强现实领域的应用。
附件：
1.示例代码
2.附录A：常用法律名词及注释（如有）
本文档涉及附件：
本文档的附件部分包括示例代码，供读者参考和实践。
本文所涉及的法律名词及注释：
（如有）。