三維GIS

三維GIS可能包括的十項功能：

資料采集和檢驗有效性；

資料結構化和轉化為新的結構（包括建立拓撲關系和從一種拓撲關系轉化為另一種拓撲關系）；

各種變化（平移、旋轉、比例、剪切（shear））；

選擇；

布爾操作（交、并差、或及切割斷面、開隧道（tunneling）、建築building）；

計算（體積、表面積、中心、距離、方向）；

分析；

可視化；

系統管理。

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KELK為三維地學模拟提出過14項功能：

1）從其它系統中引進資料和部分分析功能；

2）儲存和操作真三維坐标資料；

3）無原始坐标資訊損失地變化方向；

4）儲存和顯示地理對象内部組分的資訊；

5）能夠友善地進行互動式修改，可針對地理對象及其資料庫；

6）允許滿足不同資料模型要求的模型重建；

7）将斷層等特征作為事件考慮，允許它們影響地學對象；

8）處理大的比例尺差異；

9）處理内部流體運動和其它時間方面的事件；

10）和其它定量公式互動；

11）允許局部細節和更廣的軟中心（soft-focus）圖檔顯示；

12）視覺上使使用者滿意；

13）分析各種模組化趨勢、模式及與其它GIS子產品的聯系；

14）在主要的資料庫中存貯模型和導出報表。

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BREUNIG從空間資訊內建的角度為三維GIS的發展提出了三項必備的功能：

1）複雜地學對象的管理和處理；

2）能夠對由各種空間對象表達形式表示的地學複雜對象進行有效的空間存取；

3）能夠對各種空間對象進行有效的空間操作。

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三維GIS也必須解決一些傳統問題：

不确定性；

誤差定位和消除；

處理資料模型的不連續；

處理時态資料；

處理在不同資料結構中的不同類型和不同比例尺資料。

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大資料量的存儲與快速處理:高效資料模型設計、并行處理算法、小波壓縮算法及在壓縮狀态下的直接處理分析等。

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三維地理資訊系統的資料結構：

三維GIS系統中要以矢量結構為主體資料結構，而在需要時轉換為栅格結構。

矢量資料:通過記錄坐标的方式，盡可能地将點、線、面地理實體表現得精确無誤。其坐标空間假定為連續空間，不必象栅格資料結構那樣進行量化處理。是以矢量資料能更精确地定義位置、長度和大小。

矢量資料結構編碼的基本内容:

點實體：包括由單獨一對x，y坐标定位的一切地理或制圖實體。在矢量資料結構中，除點實體的x，y坐标外還應存儲其它一些與點實體有關的資料來描述點實體的類型、制圖符号和顯示要求等。

線實體：可定義為直線元素組成的各種線性要素，直線元素由兩對以上的x，y坐标定義。最簡單的線實體隻存儲它的起止點坐标、屬性、顯示符等有關資料。

弧、鍊是n個坐标對的集合，這些坐标可以描述任何連續而又複雜的曲線。

面實體:多邊形(有時稱為區域)資料是描述地理空間資訊的最重要的一類資料。在區域實體中，具有名稱屬性和分類屬性的，多用多邊形表示，如行政區、土地類型、植被分布等；具有标量屬性的有時也用等值線描述(如地形、降雨量等)。

多邊形矢量編碼，不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達區域的拓撲特征，如形狀、鄰域和層次結構等，是以多邊形矢量編碼比點和線實體的矢量編碼要複雜得多，也更為重要。

矢量編碼方法:

x，y坐标方法：

任何點、線、面實體都可以用直角坐标點x,y來表示。x，y可以對應于地面坐标經度和緯度，也可以對應于數字化時所建立的平面坐标系x,y。其中：

點：用一組(x，y)表示；

線：用多組(x1,y1；x2,y2；...；xn,yn)表示；

面（多邊形）：也是多組(x,y)坐标，但由于多邊形封閉，坐标必須首尾相同。

坐标法檔案結構簡單，易于實作以多邊形為機關的運算和顯示。此法的缺點是：

(1)鄰接多邊形的公共邊被數字化和存儲兩次，由此産生備援和邊界不重合的比對誤差。

(2)每個多邊形自成體系，而缺少有關鄰域關系的資訊。

(3)不能解決“洞”或“島”之類的多邊形嵌套問題，島隻作為單個的圖形建造，沒有與外包多邊形的聯系。

(4)沒有友善方法來檢查多邊形邊界的拓撲關系正确與否，如有無不完整的多邊形等。

-內建矢量與栅格特征的四層矢量化八叉樹結構

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三維空間分析:邊界追蹤檢測、鄰居尋找、鄰域尋找算法(線上性四叉樹和線性八叉樹中直接确定單元的鄰居)

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三維GIS的研究現狀：

目前應以開發二維為主、三維為輔的混合型GIS為主要目标，不宜單純開發三維GIS。

原因有二：

1）需求上的決定。在目前GIS産業界，二維GIS已經能夠滿足大部分實際需求，對三維GIS的需求仍然隻占少部分。

2）技術上的限制。正如前文所闡述的，目前在三維資料擷取、大資料量處理與存儲、三維可視化、三維空間分析方面還不能以較好的成本效益滿足大規模商業應用的需要。如果完全采用三維GIS，勢必将花費高昂的系統建設費用，在二維GIS能夠滿足需要的情況下，使用者沒有必要去一味追求高性能。當然，這裡并不排除部分機關研制完全的三維GIS以滿足一些行業的特定需要，如軍事、采礦、石油勘探、地質結構研究等工作。

　　在具體實作時，建議在一般情況下進行二維顯示與分析，當有特殊需要時可以調出三維結構作相應處理。

    城市三維現在已成為目前三維GIS中研究與開發的一個重要方面

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三維GIS的發展：

三維GIS的發展一方面面臨着完整的三維資料模型和資料結構的缺乏，資料擷取及大資料量存貯和處理上的困難，三維空間分析能力薄弱等困難，另一方面又面臨着科學計算可視化理論技術、資料庫系統管理技術、數字影象處理技術和二維GIS長期發展提供的理論實踐經驗等有利因素。