数字城市三维可视化技术(讲课)PPT课件
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数字城市三维可视化技术及应用
第一章 绪 论
1.1 引言
1998年1月, “数字地球”概念提出。 数字城市的概念来源于数字地球，数字城市是数字地球的重要组成部 分。 国家测绘局局长陈邦柱:把与人类生存发展有关的各种自然、社会、人 文、环境等要素数字化，按空间位置集成起来，构建数字地球、数字国家、 数字区域或数字城市，是近年来国内外科技发展的一个重要方向。 北京:“二十一世纪数字城市论坛” 2000年 上海:“亚太地区城市信息化高级论坛” 2000年 广州:“中国国际数字城市建设技术研讨会暨21世纪数字城市论坛” 2001年。 数字城市、虚拟城市、数字区域、数字行业、数字小区等纷纷出现， 城市信息化越来越广泛受到人们的重视，尽快提高城市建设与管理的数字 化、信息化水平已经成为全球性的发展热点。
三维可视化作为3D GIS的重要组成部分，它也是3D GIS区别于2D GIS的重要特征之一。开展数字城市三维地理信息系统的研究，将三位可 视化和信息查询与管理技术应用于数字城市建设中，使得人们对城市景 观现状和规划设计的描述摆脱基于二维地图和三维实物模型的表现方式， 代之以计算机三维空间表现形式，使得决策者、设计师和用户对城市景 观现状和规划设计蓝图有生动、直观的了解和更深刻的认识，从而拓宽 城市规划、设计和管理人员的视角，使城市规划、基础设施设计更加科 学化，对于城市可持续发展研究有重要意义。
1.2 研究背景及国内外研究现状
3D GIS还属正在发展、尚未成熟的技术。 笔者认为阻碍2D GIS向3D GIS的发展并急需突破的几个关键技术是： ①有效的描述真三维现象的数据结构模型; ②三维实体可视化工具; ③三维数据库管理系统（DBMS）。
1.2.1 数字城市三维可视化中数据模型的研究现状
研究数字城市三维可视化的数据模型其本质就是要研究三维空间数据模 型的理论和技术。 1、3D GIS 软件
基于三维数据可视化的解方案ppt课件
RFID
RFID
1
1
1
RFID
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RFID
4 开捆管理系统
本系统通过硬件与软件两大部分，实现开捆计划、计划调整、查询等功能从而达到对CKD开 捆作业的高效管理；实现LCD屏和开捆计时开关从而CKD开捆作业直观目视化与自动化的功 能。最终达到提高开捆工作效率，降低管理人员工作强度，工作进度一目了然的目的。
5 物流展示系统
物流展示系统是使用虚拟现实技术，进行外物流展示、内物流虚拟演示 以及厂区虚拟实景浏览等功能的辅助管理软件包，用于对内进行员工培 训、对外进行厂区与资料展示。
谢谢大家！
天津德勤和创科技
维护接口
三维信息 数据库
GIS信息 数据库
数据库 Browser
地理信息 SDK
Client
三维数据 Server
基于浏览器网络的船舶三维海图技术，将整个三维化的数字港口和海图集中在浏 览器上进行观察和操作无疑是一件激动人心的事情，同时也方便了最终客户对系 统的使用，最终用户不需要安装客户端软件就能使用本系统的功能，
堆场三维可视化管理系统 码头三维可视化管理系统 仓储三维可视化管理系统 行业软件系统定制
虚拟现实行业应用
三维数字可视化产品 虚拟演示 数字城市 规划演示
软硬件集成系统开发
模拟器开发 RFID系统解决方案 单片机|PLC控制 LED应用
以下着重介绍三种解决方案
1.数据三维可视化解决方案 2.三维可视化GPS海图系统
城市及区域规划
为天津市和柬埔寨政府合作项目、柬埔寨国 公省36000公顷旅游区项目制作三项内容：
真实虚拟三维化表现该旅游区开发前的现状。 东盟领导人会议会馆区规划三维展示。 300公顷起步区规划三维展示。
三维可视化技术(讲课)
可
地震道
体素道
视
透
化
体素
明 度
技
术
振幅
的
基
本
原
理
地震样点与体素的转换关系 ZS暗度编辑器与地震样值的关系
输入三维数据
可
视
数据扫描
化
技
确定分析目标
术
的
设定时窗 自动追踪 选取关键层
工
作
目标区带
流
程
绘图
三 维 地 震 数 据 体 剖 面 的 动 态 预 览
三 维 相 干 数 据 体 切 片 的 动 态 预 览
。地
震
2. 地震自动解释技术
SurfaceSlice 地震解释技术 AutoPix自动拾取解释技术 体素单元自动拾取技术 多种子点体素追踪技术
SurfaceSlice 地震解释技术
该技术是Exxon石油公司的一位地质专家提出思 路，由软件公司实现并申请了专利。它是利用一系 列相邻的时间切片迭合，形成具有一定厚度的三维 数据体，并采用透视原理，将地质信息的某一事件 特征投影到一个平面上，形成带厚度概念的时间切 片，或者说是很薄的三维数据体。这样对于薄的三 维数据体的解释就会扩展到整个三维工区，对连续 的具有一定厚度的数据体进行解释，就形成了对整 个工区的全三维解释。
设计井所要钻探 的构造高部位
三 维 数 据 体 的 构 造 框 架 体 现
设计井
构造高部位的 条带状分布
以Ng1层面为 基准面剥去上覆 地层的三维地震 体的彩色显示。
从另一
个角度观察 的结果：断 层的断阶清 楚，设计井 处在Ng1的 上升盘。
设计井
插 入 过 井 剖 面 的 地 震 数 据 体 的 椅 状 显 示
三维数字城市 VGE_3DCity
三维数字城市 VGE_3DCity虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，是一种先进的人机交互技术。
它可以将规划和建筑设计中的概念和想法通过计算机构造的三维的、逼真的“虚拟环境”真实地表现出来，让使用者沉浸其中，并可以在虚拟环境中随意走动，感受虚拟环境带来的体验和撞击，使用户有强烈的参与感与沉浸感。
可以说，虚拟现实技术架起了现实和未来之间的桥梁。
城市规划在城市化过程扮演了极其重要的角色，但由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，因此它一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，然而，用传统手段，如平面图、效果图、沙盘乃至三维动画、三维全景等技术所无法达到的，VR 技术能为城市规划研究提供表现和辅助手段，让设计人员和决策者可以在宏观层面把握城市空间形态的要点和亮点，体现出城市特色。
VGE_3DCity 系统能使城市地理、资源、环境、生态、经济等复杂系统实现可视化、虚拟化，从而使城市规划具有更高效率。
使用更丰富的表现手法、更多的信息量，提高城市建设的时效性、城市管理的有效性，促进城市的可持续发展。
基本功能支持400 公顷面积细致场景，支持百万级三角形渲染，可以在普通PC 机上实现大场景虚拟漫游、支持场景特效包括光照，雾，雨，雪等特效，效果逼真。
支持快速的生成三维场景数据，只需要一般美工，就可以建立具有真实感的三维场景模型。
支持交互查询方式，在漫游过程中查询所见物体之属性信息，也可以从数据库中查询到场景中的物体。
系统对运行环境要求低，使用windows 2000/xp 操作系统的普通微机或图形工作站即可流畅运行。
应用范围城市规划：运用虚拟现实技术将规划方案真实、客观的呈现出来、可以使政府规划部门、项目开发商和各行业专家从任意角度、实时互动真实的看到规划效果，获得前所未有的直观感受，在方案评估、审批、公示、决策等方面发挥巨大的作用。
交通导航：能对较为复杂的区域，例如立交桥，复杂的街区进行三维全景模拟，给司机以绝对真实的场景冲击，以便指导司机正确的行车驾驶。
BIM技术介绍图文高清PPT课件
是未来计算机辅助建筑设计的发展趋势。
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文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
BIM带来的好处
１．可视化：“所见即所得”。 • 模型三维的立体实物图形可视， • 项目设计、建造、运营等整个建设过程 可视
• 方便进行更好的沟通、讨论与决策。
２．协调性： • 各行业项目信息出现“不兼容”现象。 如管道与结构冲突，各个房间出现冷热 不均，预留的洞口没留或尺寸不对等情 况。
➢当代—— 2D到nD的表达模式 • 项目复杂性的加大，如规模的增大以及建筑系统数量和复杂性的增加等 • 缩短工期的要求（4D） • 控制造价的压力（5D）
BIM在建设项目的设计施工运营管理全过程中得到充分的重视20。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
设计阶段
➢空间三维复杂形态的表达与数据共享
➢ 先进的BIM理念和解决方案，中国建设行业的高 效手段 ➢BIM面临的新一轮挑战：
BIM如何同国内的建筑市场特色相结合？
如。何。满足。国内建筑市场的特色需求？ 34
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
谢谢
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文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
BIM带来的好处
３．模拟性：
• 3D画面的模拟 • 能效、紧急疏散、日照、热能传导等的 模拟。
• 4D（发展时间上）的模拟 • 5D（造价控制上）的模拟 • 对地震人员逃生及消防人员疏散等日常 紧急情况的处理方式的模拟。
受风力及流体力学模拟
日照模拟
自然通风系统模拟
施工阶段29虚拟现实技术实现虚拟漫游平面图建筑模型效果图各种信息各种媒体广告形式相兲软件能耗折旧安全性预测物业使用维护调试手册物业变化前的原始信息建筑使用情冴或性能入住人员不容量建筑已用时间建筑财务方面的信息数字更新训录完工情冴承租人或部门分配家具和设备库存可出租面积租赁收入部门成本分配的重要财务数据30提供直观准确高效的奥运村空间觃划及设施奥运村物资设施数据库资产管理及物流服务等信息
02-三维空间中的数据可视化PPT
mesh vs surf
>> [x,y]=meshgrid(-2:0.2:2); z=x.*exp(-x.^2-y.^2); >>subplot(1,2,1); mesh(x,y,z); title('mesh'); >>subplot(1,2,2); surf(x,y,z); title('surf');
数据科学基础Ⅰ
（Matlab）
东北大学
三维空间的绘图方式
使用2D绘图命令对应的3D版本 mesh网格图 surf曲面图 特殊的三维绘图 三维流场绘图
2D/3D命令对应
2D命令 plot bar barh fill
histogram
3D命令 plot3 bar3 barh3 fill3
histogram2
mesh网格图
mesh是由一系列二维线条表示三维图形，是网格状的图形
命令 meshgrid
mesh meshc meshz fmesh
功能 生成网格矩阵
网格图 网格图+基本的等高线图 网格图+零平面网格图 以函数绘制三维网格图
mesh网格图
>> [X,Y] = meshgrid(-3:.25:3); >> Z = peaks(X,Y); >> subplot(2,2,1); >> plot3(X,Y,Z); >> subplot(2,2,2); >> mesh(X,Y,Z); >> subplot(2,2,3); >> meshc(X,Y,Z); >> subplot(2,2,4); >> meshz(X,Y,Z);
三维GIS课件-三维可视化
2、数据动态装载
每一帧场景的渲染数据对应计算机内存中的一个 数据页，即由若干连续分布的数据块构成的一个存 储空间；
在动态渲染过程中，随着视点的移动，不断更新 数据页中的数据块；
利用多线程运行机制消减视觉“延迟”现象。
内存外数据
新增加数据
向左移动
当前数据页 被释放数据
基于分块数据的动态数据页的建立
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（3）世界视图：以接近于人们自然的观察方式表现 具有丰富几何细节和相片质感的三维城市模型，包 括透视显示方式、立体显示方式，如下图。
（4）三维可视化体系结构
多视图显示客户端 渲染引擎 OpenGL | DirectX 渐进绘制 | 整体绘制 引擎 应用层 绘 制 层
透视显示之数据裁剪
数据裁剪的基础是逐帧计算视场的锥体裁截范围， 由视场角定义的上、下、左、右和由投影矩阵定义 的远近两个面。 进行遮挡裁剪的方法分为物方空间的裁截方法、像 方空间的裁剪方法。 复杂的裁剪方法用于识别不同的细节程度，可视空 间被划分为前景、中景、远景，分别从近到远具有 精细到粗略不同的细节程度。
三维模型集成显示
样品、矿体块 段
地形、地理底图、矿体
样品、品位模 型
三维可视化的应用
应用于城市规划领域
• 城市化的进程对城市规划提出了更高的要 求(工作量急剧上升) • 规划数据迅速增长, 传统处理方法难以胜任 数据(海量呈现) • 提高城市规划和管理的质量和效率的需要( 偏重于感性判断, 缺乏精确的定量分析)
图2. 地层的可视化
可视化分析工具
三维模型切割分析
隧道开挖模拟与漫游
虚拟钻孔
5.2 数码城市GIS的多模态可视化表示
三维可视化基础幻灯片课件
Z缓存
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。
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。
使用 MIP-MAP ，还可以有效解决纹理走样问题。
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
平移、旋转、缩放
拾取
三维应用程序中，拾取算法的思想很简单：得到鼠标点击处的屏 幕坐标，通过投影矩阵和观察矩阵把该坐标转换为通过视点和鼠 标点击处的一条射入场景的光线，该光线如果与场景模型的三角 形相交，则获取该相交三角形的信息。
Front Buffer and Back Buffer
使用DirectX的主要的两个好处：1)为软件开发者提供硬件无关性；2) 为硬件开发提供策略。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
全景图的创建步骤：
（a） 先将摄像机绕通过其光心的垂直轴线旋转，并采集一个连续照片序列； （b） 根据图片序列恢复摄像机焦距； （c） 最后将照片序列投影到圆柱面; （d）将相邻照片依次拼接形成圆柱面全景图。 （e）利用OpenGL或VRML等三维建模语言输出全景图
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
“数字城市”三维可视化技术
基于图像的地物模型重建
特点：
（1） （2）
（3）
图像绘制独立于场景复杂性，仅与所需生成画面的分辨率有关。 预先存储的图像（或环境映照）既可以是计算机合成，亦可以是实际 拍摄的画面，而且两者可以混合使用。 该绘制技术对于计算资源的要求不高，因而可以在普通工作站和微机 上实现复杂场景的实时显示。
1.概述
“数字城市”三维可视化技术
4.主要技术难点及解决方法
面向对象的模型重建 纹理映射技术 三维场景的绘制与加速 碰撞检测技术 特殊效果的绘制 基于数据库的信息查询与分析 三维场景的标准化输出
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
面向对象的模型重建
城市空间地物信息的分类
因此可对一些简单的几何实体用三角面进行拟合， 在此层面上用基于面的模型描述法（B-Rep）去描述 简单几何实体。然后用这些简单几何体进行正则集合 运算，构成复杂几何体，在此层面上用基于体元的模 型描述法（Constructive Solid Geometry）描述复杂几 何实体。
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市” 三维可视化技术
数字地球与信息资源研究室
2004年10月11日
主要内容
“数字城市”三维可视化技术
1. 概述 2. 主要技术难点及解决办法 3. PowerCity3D系统系统简介 4. 部分成果演示
1.概 述
“数字城市”三维可视化技术
数字城市—信息时代发展的必然产物。 数字营区—数字城市的一个具体应用 广阔的应用前景和良好的经济与社会效益。
DEM内插
图4-1-2 等高线矢量图 4.主要技术难点及解决方法
图4-1-3 DTM三维格网图
“数字城市”三维可视化技术
基于图形的地物模型重建
本系统在面向对象数据结构的基础上，使用两种方法来进行模型的。综合 使用结构实体几何（Constructive Solid Geometry，或CSG）法和基于面的模型描 述法（B-Rep)来描述和构建地物的三维几何模型。
Index 4
Vertex 4
Index 5
Vertex 5
Hale Waihona Puke 56Index 6
Vertex 6
Vertex 7
Vertex 8
(a) 简单几何体
(b) 几何体索引表
图4-1-5 简单几何体的构成
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
在此我们将几何要素分为以下几大类: 圆柱体、 拉伸体、螺旋体、 多边形、 多边形面、 挤压体、 皮 肤、 球体以及参考。
简单几 何体类3
继承 复合
4.主要技术难点及解决方法
复杂几 何体类1
三角面类
简单几 何体类n
复杂几 何体类n
“数字城市”三维可视化技术
城市三维地形模型的建立
本系统利用等高线矢量数据生成Grid DEM，在算法上采用了移动曲面拟合 法DEM内插。内插中选择二次曲面作为拟合曲面。
Z A 2 x B x C 2 y y D E x F y （4－1－1）
Triangle 2
3 4
Object
Triangle Array Triangle 1 Triangle 2 Triangle 3
Index Array Index 1 Index 2 Index 3
Vertex Array Vertex 1 Vertex 2 Vertex 3
Triangle 4
① 城市的建筑物 ② 城市的道路交通 ③ 城市管网系统 ④ 城市的地形地貌 ⑤ 植被 ⑥ 其他
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
面向对象空间数据模型
几何数据超类
栅格数据类
抽象点类(矢量数据)
DEM 数据类
纹理 数据类
实体点类
线类
GRID类
TIN类
简单几 何体类1
简单几 何体类2
纹理映射技术
纹理映射原理
纹理映射技术能对空间目标表面存在的丰富纹理信息进行 表述。
纹理映射技术可分为以下两步进行：
(1) 确定表面的哪些参数需定义成纹理形式，即确定纹理属性。
P
(2) 确定纹理空间与景物空间及景物空间与屏幕(u空,间v)之间的映射关系，
即定义下面的映射：
q
视点（ViewPoint）
图4-2-8 树和路灯在场景中的三维重建
4.主要技术难点及解决方法
图4-2-9 人在场景中的三维重建
“数字城市”三维可视化技术
三维场景的绘制与加速
三维绘制基本流程
三 维 建
几 何 变
投 影 变
三 维 裁
视 口 变
光 照 模
纹 理 映
显 示
模换换 剪换型 射
图4-3-1 三维显示流程
图4-3-3 GIS数据三维显示
T ( q ) P m ( P ) ( u ,v ) 图4-2-2 灰度立体图 图4-2-1 纹理映射过程 图4-2-3 纹理映射图
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
BillBoard技术
基本思想：
使用Alpha融合技术把一幅静态图像作为纹理映射到简单的几何平面 （Billboard）上，然后根据视点的位置变换平移或围绕物体本身旋转该平面， 使得视点始终与该平面正交，从而在视觉上图像的正面总是朝向观察者。
CSG 物体
Oper1
Oper2
Obj1
Obj2
Obj4
Oper3
4.主要技术难点及解决方法
Obj2
Obj3
图4-1-4 一个物体的CSG树形表示
“数字城市”三维可视化技术
简单几何体（Geometry）由三角面数组构成，可用如下的索引表
（图4-1-6，图4-1-7）表示。
Triangle 1 2 1
几何平面
纹理映射
Y α
纹理位图
图4-2-4 Billboard 纹理映射
4.主要技术难点及解决方法
Z
X
图4-2-5 Billboard 旋转示意图
BillBoard建模过程：
数据输入
“数字城市”三维可视化技术
影象处理
用 交互控制 户
坐标获取
立面绘制 混合纹理映射
三维输出
缩放、平移、旋转变换
图4-2-7 Billboard建模的过程