三維可視化技術在地理信息系統中的應用研究

饒 霞

（四川省地質工程勘察院集團有限公司，四川 成都 610000）

1 三維可視化技術

可視化指通過頭腦構造景象的能力構造圖像或者不能夠通過肉眼觀察的視覺在人腦中型成圖形，加強人們對事物的理解。可視化技術通過計算機圖像能夠將較為抽象的圖片和景象變得更加直觀化，以便于理解和傳播知識，經過數十年的發展對我國科學和地理等方面均產生了重要影響。

隨著計算機技術的日漸成熟，三維可視化技術是當前我國計算機領域較為熱門的關注對象，主要通過三維立體透視和計算機的虛擬仿真技術，以現實中的地點坐標為依托轉變為計算機坐標。并運用物理化學等專業處理將所模擬的景象反映在屏幕當中，其特點是能夠讓人們用更加直觀的方式觀察并且真實性更強，不受環境的影響表現的更加靈活。三維可視化將所需要的組合以不同的視角將景觀收集，同時視頻的制作也需要通過數字景象技術實現，但是也存在一定的技術難點，如技術的不成熟將衛星景象投射到三維透視圖中將會導致局部失真情況出現[2]。

2 地理信息系統

地理信息系統簡稱為GIS，是中世紀后發展起來，其通過計算機技術和遙感技術的發展為依托并被廣泛的應用在地理學科當中。地理信息指空間排列和分布有關的數據，表示了事物和地理環境中無法轉變的關系、排列、規律等，通過數字、文字等方式表現出來。地理數據則根據地理特征用符號表現能夠讓人們更加直觀的去了解和探索。GIS 是地理信息系統中非常重要的一項系統，能夠將地球表面甚至大氣層的信息都進行收集和整理，并通過計算機對數據分析，通過一系列的研究方法為地理科學、環境和工程設計提供寶貴的參考信息。是一門和人類生活息息相關且聯系緊密的技術。中國作為發展中國家對GIS 技術的引用也格外重視，不僅引進相關人才，同時注重軟件開發，引進更加完善的軟件設備。

可視化技術最早被應用于20 年代末，對于GIS 而言空間的可視化能夠加強人們對空間的探知，能夠提高人們對空間數據的分析能力并且增強地理信息的傳輸能力，便于人們更加充分的了解自然界和存在的關系。可視化技術能夠改善操作界面因此也是相關科研人員始終探索研究的方向，雖然在研究中研發了三維數據庫，但是GIS 依舊主要用于二維景象。GIS 需要處理地球表面環境信息和所處空間的聯系，因此為了更好的滿足人們需求，GIS 需要在發展中融合三維技術以便于幫助研究人員進一步了解地理環境[3]。

3 三維可視化技術的興起和空間數據結構

傳統的地圖承擔著人們觀察世界和了解地理信息的載體，能夠簡單的記載地形地勢等，是一種基于二維平面的載體。三維GIS 最初的作用也是對地理環境和空間信息進行講解和表達，以更加直觀的垂直形式將復雜的信息投影在平面當中，并進行操作分析。世界是一個豐富且多元的三維空間，因此和二維相比具有更大的優勢和直觀性。為了便于人們的觀察和再現真實，通過可視化技術和計算機通訊技術及虛擬現實技術等構建真實性的三維空間模型。隨著技術的進一步發展在信息的展現上也得到了業內人士的認可，三維可視化的技術就在這樣的環境背景下迅速發展。

三維可視化技術在地理信息應用的數據結構較多，大體上分為兩種，其代表是四面格網結構和八叉圖。首先四面格網是通過對空間目標用相互連接排列的方式但是避免了重疊，以格網的方式表示，本質上是用2DTIN 結構在3D空間中展現出。四面體格網點由點、線等多樣元素構成，能夠形成不同的四面體后排列組合，具有邊界表示的長處[4]如圖1 所示。

圖1 四面體格網表示三維空間物體

八叉樹結構是將三維空間分為XYZ 三個方向，每個單位都分成八個板塊直到被目標填充為止，八叉樹能夠在集合運算中應用非常廣泛，其他結構圖無法充分表示但是八叉樹則可以，同時這種方式具有嚴謹的有序性，便于精準的觀察并帶來了巨大的方面。

4 三維可視化技術的應用

空間體數據可視化才是意義上的三維，通過對空間坐標的各個數值和屬性進行透視，用空間三維體代替了數據進行表達。工作人員繪制吉林西部某地區的地震波速體數據三維體模型，通過圖中能夠看出由于地下介質分層緣故,存在不同的波速層，通過體視化技術能夠更清楚的展示出空間數據，用灰度值表示。空間數據具有規律性，技術人員通過不同數值能夠繪畫出等值面和等值線。通過二者能夠更清晰的觀察出空間數據的實時變化。

技術人員通過三維可視化技術建立空間體模型后可以通過對模型切片獲得所需數據，切片指根據某一空間方向的空間數據投影，由此制作出繪面分析數據。其能夠更加充分表達出空間體內部的不同信息，可視化效果明顯。切片數據也可以采用直方圖體現數據分布。

切片以外能夠切割空間數據塊狀，以便更好的觀察三維內部情況，也能夠將模型內部取出幾塊觀察，或從整體切割出某一部分觀察剩余部分，操作性較大，可以根據觀察人員需要操作[5]。

5 結語

三維可視化技術如今在地理信息技術中運用得十分廣泛，便于相關工作者對地理環境、地球表面甚至大氣層等綜合的觀察，也為今后人們研究內容提供了方向，三維可視化技術在未來一定能夠更廣泛的在地理信息系統中使用，同時對各行各業都發揮巨大的幫助，幫助相關技術人員在工作方面也提供了大量的便利。