地表三维可视化资料
如何进行地理信息系统的三维可视化
如何进行地理信息系统的三维可视化地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）的三维可视化是近年来科技发展的重要成果之一。
通过将地理数据与三维建模技术相结合，可以将地理信息以更加立体、直观的方式展现出来，并且为各个行业提供更多的数据分析和决策支持。
本文将探讨如何进行地理信息系统的三维可视化，旨在帮助读者更好地了解和应用这一技术。
一、三维可视化的概念和意义三维可视化是指将地理信息以立体化的方式展现出来，通过视觉和空间感知，使用户能够更加直观地理解和分析地理数据。
相比传统的二维可视化方式，三维可视化能够提供更多的视角和维度，增强数据的表达能力，使得用户能够更全面地把握地理现象和变化规律。
在城市规划、资源管理、军事防卫等领域，三维可视化已经发挥出了重要的作用。
二、三维可视化的技术手段实现地理信息系统的三维可视化需要基于一定的技术手段和工具。
这些工具主要包括三维建模软件、地理数据采集设备、数据处理和分析算法等。
三维建模软件可以通过数学模型和计算机图形学的方法，将地理数据转化为三维场景，并且可以进行视角切换、光照效果等操作，使得用户能够以不同的角度观察和分析数据。
地理数据采集设备是实现三维可视化的重要前提。
目前，借助于航空影像、卫星遥感、激光雷达等技术，可以对地球表面进行高精度的数据采集，从而形成三维的地理信息。
同时，由于移动设备的普及，通过搭载定位传感器和摄像头的移动设备，也可以进行实时的三维地理数据采集。
三、三维可视化的应用领域地理信息系统的三维可视化在许多领域中都得到了广泛的应用。
首先是城市规划领域，通过将城市地理数据进行三维可视化，可以更加直观地展现城市的布局、交通规划和建筑模型等，为城市规划者提供决策支持。
其次是资源管理领域，通过将地质勘探数据、水文数据等进行三维可视化，可以更好地了解资源分布情况，并且有助于资源的合理开发和利用。
另外，军事防卫领域也是三维可视化的重要应用领域之一。
地质构造的三维可视化-2019年文档
地质构造的三维可视化一、前言相较于地理对象，地质对象具有Z值持续变化、平面分布、内部信息不完全、数据采集困难等特点。
在长期的地质工作中，人们都习惯于在大脑中将二维地图抽象为三维地图，由于二维地图具有抽象性，仅凭二维信息难以实现地质对象三维结构的全面描述，因此带给了地质工作者极大的不便。
地质结构的三维可视化技术的兴起就很好地解决了这一问题。
地质结构三维可视化技术，是以现代空间信息理论为基础，以地质构造，及其内部的物理属性、化学属性为研究对象，通过一系列的信息处理与组织、空间建模、数字表达，最终通过计算机可视化技术实现地质构造的三维再现、交互的一门技术。
地质构造三维可视化技术主要包括了三维建模、可视化分析两部分内容，其中三维建模是可视化分析的基础。
二、地质构造三维可视化技术的现状地质构造三维可视化技术的应用在国外起步较早，其信息管理软件的涵盖面较广，从矿产资源勘探到资源开发，再到生产管理都已实现了三维信息管理，部分产煤大国不仅实现了煤炭产业的综合机械化，还实现了生产全过程的信息化管理，三维可视化软件已逐步完善并走向商业化。
目前国际上较为成熟的地质构造三维可视化系统有GeoViz、Lynx、GeoToolkit、3DMove 、Goead等。
这些软件经过长期的改进与完善，在块模型、操作功能、矿山开采设计、储量计算等方面都较为优秀，且具有良好的稳定性。
近十年间，我国也开始了对地质构造三维可视化系统的开发与研究，主要是借助一些通用软件平台，如VC++、AutoCAD、OpenGL、Mapgis等，来实现地质构造的三维再现，在研究人员的不懈努力下，地质构造三维可视化系统的开发也取得了可喜的成绩。
如用于建立岩石圈结构三维模型的GeoTrans GIS系统；用于石油勘探数据三维可视化的Rdms软件；用于三维再现地质构造演化史的TrapDEM系统等。
这些系统的开发，能较好地对地质体、矿体、实际地层加以真实地反映，并取得了良好的实际应用效果。
三维地图知识点总结
三维地图知识点总结一、三维地图的概念与特点1. 概念：三维地图是通过计算机图形学、遥感和地理信息系统等技术，以立体显示地理空间数据为主要表现手段的地图形式。
与传统地图相比，三维地图可以更加清晰生动地展示地表特征和地物形态，提供更加真实的视觉效果。
2. 特点：（1）立体显示：三维地图具有真实的高程、立体效果，可以准确地表现地表和地物的立体结构和形态；（2）生动直观：三维地图可以通过立体显示，使地理信息更加生动直观，有利于人们更好地理解地理空间数据；（3）多维数据展示：三维地图可以同时展示地表、地下和空中等多维地理空间数据，提供更加全面的信息；（4）交互性强：三维地图具有较强的交互性，用户可以通过缩放、旋转、移动等操作与地图进行互动；二、三维地图的制作与获取1. 数据采集：三维地图的制作离不开地理空间数据的采集，数据采集的手段包括航空摄影、遥感卫星、激光雷达测绘、GPS定位等，通过这些手段获取地表、地下和空中的地理信息数据；2. 数据处理：通过GIS和计算机图形学等技术对采集到的地理空间数据进行处理，如地形建模、纹理贴图、光照渲染等，将数据转化为能够呈现立体效果的三维模型；3. 数据显示：通过相应的可视化软件或平台对处理后的三维地理空间数据进行显示，如ArcGIS、Google Earth等，将其呈现在屏幕上供用户观看和操作；三、三维地图的应用领域1. 城市规划：三维地图可以辅助城市规划师进行城市规划，通过立体显示城市的建筑、道路、绿地等，可以更加直观地展示城市内部的空间布局和景观，为城市规划提供更好的参考依据；2. 土地管理：三维地图可以用于土地资源的利用规划和管理，通过展示土地的地形、地貌等特征，对土地资源进行评估和分析，指导土地的合理利用；3. 自然资源开发利用：三维地图可以用于自然资源的调查和评估，通过立体显示地表地形、植被、水体等，对自然资源进行资源量、质量等方面的分析，为自然资源的开发利用提供科学依据；4. 灾害预防和救援：三维地图可以用于灾害的预测、监测和救援，如洪水、地震、山体滑坡等灾害，通过立体显示受灾地区的地形、道路、建筑等，为灾害预防和救援提供信息支援；四、三维地图的发展趋势1. 技术创新：随着计算机图形学、遥感和地理信息系统等技术的不断创新，三维地图的制作和显示技术将更加精确、高效和实时化；2. 数据开放：随着地理信息开放政策的推动，地理空间数据资源将更加丰富，三维地图的制作和应用领域将更加广泛；3. 跨界融合：三维地图将与虚拟现实、增强现实、人工智能等技术融合，为用户提供更加沉浸式的体验，拓展更多的应用场景；4. 用户需求导向：三维地图将更加关注用户需求，打破地理信息的专业壁垒，为不同行业和领域的用户提供更加个性化、定制化的服务。
地理三维可视化的方法
地理三维可视化的方法
及系统
地理三维可视化方法是以地理图形（如山脉、湖泊、建筑等）为基础，利用计算机技术将此用户视角和地理坐标系统融汇一体，而形成对空
间特征进行客观定量表达的一种新型三维可视化技术。
它将地理空间
的分布和变化的综合形象提供给拥有地理信息的用户。
常见的地理三维可视化系统主要是基于虚拟地理环境——城市环境/景
观环境/建筑环境的三维可视化技术，它能够全面展现地理空间对象以
及其动态变化，从各个方面展示传统静态地图的全面信息。
此外，还
有一些其他应用场景常见的地理可视化系统，包括模拟海洋环境、生
态环境、天气环境等等。
由于可视化技术的发展，如今形成了一套完备的地理三维可视化系统，将各种地理空间的分布和动态变化等信息结合到一个三维可视模型中，对复杂的地理环境进行准确、快速地简介。
借助地理三维可视化，既
可以用自然地理形象更有效地表达出地理信息，又可以利用GIS技术
展现出复杂的空间关系与规律，能够使用户获得更清晰精准的信息反馈，使研究者或用户更充分地了解与分析研究对象，受益良多。
三维地学建模与可视化数字地形建模PPT课件
集成传感技术 3. 体方式：CT扫描、3D地震技术 室内获取方式： 1.点方式：坐标量算、手扶数字化 2.面方式：扫描数字化
空间数据分类获取方法
1. 2D(x,y)： 天文测量、大地测量、工程测量、 地图数字化、遥感
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11.此时，在Excel中有两个表，一个是点的坐标值，一个是 点的属性值（高程），根据点ID，将两个表合并
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数字地形建模方法
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地上
地表 地下
天气
空气质量
地下 商场
地铁
地下 停车场
人防 工程
地下管线
地下构造与自然资源
DTM概念
• DEM，(Digital Elevation Models)，是国家基础 空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地 形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的 集合，数学表达为：z=f(x，y)。
• 其基本思想：运用Delaunay-TIN三角网的 空外接圆性质对两个公共边的三角形组成 的四边形进行判断，如果其中一个三角形 的外接圆中含有第四点，则交换四边形的 对角线。
局部优化过程，local optimal procedure ，LOP
LOP局部优化过程
• 热点应用--三角网数字地面模型快速构建算法研究
• 步骤 • 1. 给等高线加属性数据
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实例步骤
• 2. 打开“MapGIS 6.7”——“图形处理”— —“输入编辑”，打开工程，将等高线另 存为”等高线.wl”，同时把图上非等高线 的元素删除；
• 3. 提取等高线上的点：打开“MapGIS 6.7”——“空间分析”——“DTM分析”， “文件”——“打开数据文件”——“线数 据文件”，打开”等高线.wl”文件。如果 区域内看不到图，鼠标右键选择“复位窗 口”；
三维地层可视化
三维地层可视化系统煤矿安全开采决策最大的特点，就是必须面对复杂多变的地质和开采技术条件。
而不能够根据具体的地质条件进行针对性的开采设计，特别是在采场推进过程中对上覆岩层赋存情况的变化以及由此变化导致的覆岩运动规律及支承压力分布规律的差异认识不清，是当前煤矿事故频繁，特别是重大事故和环境灾害没有能从根本上得到控制、开采经济效益不好的重要原因之一。
基于上述目的，我们开展了《三维地层可视化系统》的研究工作。
一．系统目标主要针对煤矿主采煤层、主采区域进行三维地层可视化工作。
基本思想是以煤层底板等高线和地质柱状图为建模基础信息，采用三维可视化技术，将二维抽象的等高线信息以三维可视化的图形效果直观形象地表达出来，为开采决策提供依据。
本课题采用Visual Basic 程序设计语言和基于 OpenGL类库的开发思路，成功的实现了三维地层的可视化。
OpenGL是近几年发展起来的一个性能卓越的三维图形标准，它是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。
目前，包括Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL做为三维图形标准，许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品，其中比较著名的产品包括动画制作软件Soft Image和3D Studio MAX、仿真软件Open Inventor、VR软件World ToolKit、CAM软件ProEngineer、GIS软ARC/INFO等等。
值得一提的是，随着Microsoft公司在Windows NT和最新的Windows 95中提供了OpenGL标准及OpenGL三维图形加速卡的推出，OpenGL将在微机中有广泛地应用，同时也为广大用户提供了在微机上使用以前只能在高性能图形工作站上运行的各种软件的机会。
OpenGL实际上是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL可以与Visual C++紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。
测绘技术中的地表模型与三维可视化
测绘技术中的地表模型与三维可视化地球是一个复杂而多变的生态系统，了解和掌握地表的准确信息对于城市规划、环境保护、资源开发等方面至关重要。
测绘技术在提供地表信息方面起着至关重要的作用。
地表模型和三维可视化是测绘技术中的重要研究领域，它们可以帮助人们更好地理解和利用地理空间信息。
地表模型是以数字方式表示地表地貌、地形和地物特征的模型。
地表模型的建立是通过对地球表面的实地测量和数据采集，利用测图仪器和技术将地表地貌数据进行处理和分析，最终生成具有一定尺度的地表模型。
地表模型可以分为二维和三维两种形式。
在二维地表模型中，测绘技术主要利用高精度的地理信息系统（GIS）技术和遥感技术来构建。
通过采集大量的地理数据，如高程、坡度、坡向、植被覆盖等，结合地理统计分析方法，可以生成二维的地表模型。
这种二维地表模型在城市规划、土地利用和灾害预测等方面具有广泛的应用。
然而，二维地表模型往往无法提供对地表地貌的全面展示，而三维地表模型则能够更加真实地模拟和展现地球表面的特征。
三维地表模型主要基于激光雷达技术和全球卫星定位系统（GPS）技术进行测量和数据采集。
激光雷达技术可以通过反射和探测光束来获取地面的高程和形状信息，从而构建贴近真实地表地貌的三维地表模型。
同时，GPS技术则能够提供高精度的地理位置数据，有效地辅助了三维地表模型的建立。
三维地表模型不仅可以提供更加真实的地形展示，还能够模拟地表地貌的变化和演化过程，为地理科学研究提供了有力的工具。
例如，在地质学、气候学和生态学领域中，通过三维地表模型的建立和分析，可以研究地壳的运动、地表水域的演变以及生态环境的变化等问题。
同时，三维地表模型还可以与其他地理数据进行集成，如土地利用、地下水和人口分布等，从而提供多角度、多维度的地理信息。
除了地表模型，三维可视化也是测绘技术中的重要应用之一。
三维可视化是通过计算机技术将三维地球表面的地理信息转化为人类可视化的图像和动画。
通过三维可视化，人们可以更加直观地观察和理解地表地貌的特征和演变过程。
【实用】可视化数据的三维地图PPT文档
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注意事项
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可视化数据的三维地图
可视化数据的三维地图
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更改可视化方法
• 使用下表中的数据集合，选择不同类型的数据表达方法：
• 1.表格是某城市街道的成人和儿童人口统计表。 • 2.表格中的地理位置包含街道、城市、州、 、国家。
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更改可视化方法
• 使用修改下图中标示位置的不同可视化方法，选择不同类型的数据表达方法：
Microsoft YaHei UI 默认情况下，Power Map 会显示柱形图，但是可以改为显示气泡图、区域图或热度地图。 Microsoft YaHei UI 红色或蓝色越深表示人口越多。 Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. 使用下表中的数据集合，选择不同类型的数据表达方法： 使用修改下图中标示位置的不同可视化方法，选择不同类型的数据表达方法： 表格中的地理位置包含街道、城市、州、 、国家。 如果将字段拖动到“类别”框中，并将“高度”框保留为空白，则 Power Map 会自动将该字段添加到“高度”框并绘制表示每个类别的计数的视觉对象。 如果将字段拖动到“类别”框中，并将“高度”框保留为空白，则 Power Map 会自动将该字段添加到“高度”框并绘制表示每个类别的计数的视觉对象。 应用热度地图时，“高度”框将更改为“值”。 表格中的地理位置包含街道、城市、州、 、国家。 可以仅选中字段框，而不是将字段拖动到“高度”和“类别”框。 Power Map界面中，在“开始”选项卡中，选择“图层窗格” 红色或蓝色越深表示人口越多。 还可以从“值”框中删除值字段。 Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. 默认情况下，Power Map 会显示柱形图，但是可以改为显示气泡图、区域图或热度地图。
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多重纹理映射
• 相比最初来说，单一纹理映射已给整个3D真实感图形带来很大的 不同，但使用多重纹理甚至可以达到一些更加令人难忘的效 果。
填充模式
Front Buffer and Back Buffer
在3D环境中，每个像素中会利用一组数据资料用来定义 像素在显示时的纵深充（即Z轴座值）在Z BUFFER所用的位 数越高，则代表该显示卡所提供的物体纵深感也越精确。一 般的3D加速卡仅能支持到16位或24位的Z BUFFER，对于普通 的3D模型而言也算是足够了，不过高级的3D卡更可支持到32 位的Z BUFFER。对一个含有很多物体连接的较复杂3D模型而 言，能拥有较多位数来表现深度感是相当重要的事情。例如 一台500公尺长的飞机，其管线之间仅相距5公分的距离，2bitZBUFFER将无法提供足够的精确性让我们从某些视角能清 楚地辨别二条管线的前后顺序。当显示卡尝试要显示这二条 管线时，它会试着一次将二个同时显示出来，因而产生令人 讨厌的闪烁现象。若使用的32位的Z BUFFER就能避免闪烁现 象发生。
• 材质表现了物体表面对灯光的反射属性。在D3D和 OpenGL中材质还有一个自发光属性－Emissive ，它用 来描述物体自身发出的光的颜色和透明度的。
• 颜色成员为R: 1.0, G: 1.0, B: 1.0, A: 1.0的材质会反射所 有的入射光。同样，成员为R: 0.0, G: 1.0, B: 0.0, A: 1.0 的材质会反射所有入射的绿光。具有多重反射系数值 （Diffuse、Specular、等等）的材质可以创建不同类型 的效果 。
第一步，将相机置 于三角架上，让它对准 三维景物（视点变换，
Viewing Transformation）。
第二步，将三维物 体放在适当的位置（模 型变换，Modeling Transformation）。
第三步，选择相机 镜头并调焦，使三维物体 投影在二维胶片上（投影 变换，Projection Transformation）。
• 表达颜色的Bit－即色深－决定了颜色的表现力和丰富程度。 OpenGL采用float精度也就是4个字节表现一个颜色通道，而 Direct3D采用Byte精度也就是1个字节表现一个颜色通道。
• 不断增大的色深是3D颜色表达的大势所趋。
顶点颜色
顶点法向量、平面正方向
• 3D中使用顶点法向量计算光源和表面间的夹角，对多边形进行着 色
• 3D中每个面有一个垂直的法向量。该向量的方向由定义面顶点的 顺序及坐标系统是左手系还是右手系决定。表面法向量从表面上 指向正向面那一侧，如果把表面水平放置，正向面朝上，背向面 朝下，那么表面法向量为垂直于表面从下方指向上方，这个就是 平面正方向
一般三维引擎光照模型将光归纳为两类：环境光和直射光
• 除了Specular属性，其余每个属性都用一个RGBA颜色描 述，表示该材质对某一给定类型光的红、绿和蓝成分的反 射度，以及一个阿尔法混合因子——RGBA颜色的A。
材质效果图
计算机图形学中，纹理指的是一张表示物体表面细节 的位图。
纹理映射：
纹理坐标
MIP-MAP纹理映射
• 引擎用来减少纹理内存和带宽需求的另外一个技术就是 MIP－MAP。 MIP 映射技术通过预先处理纹理，产生它的多个拷贝纹理，每个相 继的拷贝是上一个拷贝大小的1/4。
分布式环境下的高性能3D图形技术
VRML（1994）- X3D（1998）：X3D整合正在发展的XML、 JAVA、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算 能力、渲染质量和传输速度
Java3D/GL4Java（OpenGL For Java）
OpenGL
OpenGL(Open Graphics Library)是以SGI公司的GL三维图形库为基础制定的
环境光，和自然界中的一样，没有实际的方向和光源，只有颜色 和光强 。它给各处提供一个较低级别的光强
直射光是场景中的光源产生的光，它总是具有颜色和强度，并沿 特定的方向传播。
直射光类型：点光源、聚光灯和平行光
着色模式
• 用于控制渲染多边形的着色模式完全影响到渲染结果。着色 模式决定多边形表面上任意一点上颜色的强度和光照计算方 式
Z Buffer
高性能图形技术的工业标准
SGI's OpenGL & Microsoft's Direct3D
define ways of rendering images, and they provide an intermediate layer of control between the Video Hardware (Videocard) and the Video Software
三维可视化基础知识 地形可视化
三维地形可视化应用
三维可视化基础
3D可视化基本概念 三维可视化引擎 三维可视化渲染流程
•世界坐标系 •物体坐标系
把三维物体变为二维图形表示的过程称为投影变换。 投影变换的分类情况如下表所示：
正平行投影
透视投影
Байду номын сангаас
透视投影
实际上，从三维空 间到二维平面，就如同 用相机拍照一样，通常 都要经历以下几个步骤 （括号内表示的是相应 的图形学概念）：
第四步，决定二维像 片的大小（视口变换，
Viewport Transformation）。
这样，一个三维空间 里的物体就可以用相应的 二维平面物体表示了，也 就能在二维的电脑屏幕上 正确显示了。
3D颜色表达
• 3D引擎一般采用红(R)、绿(G) 、蓝(B)和阿尔法(A)——描述 颜色，并将它们合成，产生最终颜色。R、G、B、A称之为颜 色通道，其中A描述了色彩的透明度属性。
一个通用共享的开放式三维图形标准。从软件的角度讲，它就是一个开放的针 对于图形硬件的三维图形软件包。
OpenGL的优点：1) OpenGL可以大大降低了开发高质量图形软件对软、硬 件的依赖程度；2)跨平台，基本上的工业标准；3)学习容易，上手快；