MAPGIS-TDE三维处理平台简介

zhao20444 · 发表于 2010-11-30 18:56

mapgis-TDE三维处理平台简介

1 MapGIS-TDE 平台介绍

　　MAPGIS-TDE 三维处理平台是中地公司在 MAPGIS7.0 中推出的一套支持真三维数据处理及 3DGIS 应用项目二次开发平台。

　　它包括三维数据存储管理、三维模型数据建模及管理、三维空间绘制以及三维实体分析四部分。 MAPGIS-TDE 具备集成管理地上、地表、地下的三维空间模型的能力，可以管理从 2.5 维到 3 维、从矢量到栅格等多种三维空间数据模型，并提供多种模型建立、管理及显示的工具及接口。

　　MAPGIS-TDE 作为全新的开发及应用平台，有着优秀的性能以及丰富的功能。

　　其功能特点主要表现在开放式的体系结构、高效的三维数据存储管理、丰富的三维模型数据建模工具、多种高效的三维空间绘制方法及方便实用的三维实体分析工具等方面。

2.1开放式、可扩展的体系结构

　　 MapGIS-TDE 基于插件开发的方式，数据层插件及功能层插件支持用户根据专业特性进行定制式的扩展。

2.2高效的三维数据存储管理

　　平台采用全新的面向实体和拓扑的数据组织方式进行数据管理，实现了多种三维模型数据的一体化存储管理；平台中一个三维要素可由三维几何特征和属性组成，也可由多个其它地理要素组合成一个新的地理要素；要素的几何数据是由简单体（单个几何体）或组合体（由多个简单体组成）。一个简单体由面、环、线、三角形、边、节点以及点组成，其中环、线、边、节点记录的是几何相关的拓扑信息。

2.2.2 与 MAPGIS 一致的空间数据库模型

　　平台使用了与 MAPGIS 一致的空间数据库模型，能够很好的与 MAPGIS 其它各系统之间实现融合；平台在数据存储上采用了与 MAPGIS 一致的概念，引入了对象类、要素类、数据集、空间数据集等概念，并做已融入到 MAPGIS 数据管理架构中，方便了二维系统与三维系统的融合。三维地理空间数据库模型图如下：

2.2.3支持海量三维数据的存储管理

　　通过建立三维空间数据库，平台做到了对海量三维数据的存储管理的支持。此外，开发人员充分利用 MAPGIS-TDE 提供的本地与网络一体化的存储管理机制，简洁、快速地进行利用无差异的数据存储接口进行统一的二次开发。

2.2.3.1高效快速的索引机制

　　通过建立集八叉树、 R* 树以及 LOD 信息的 LOD_ORtree 空间索引，平台可以快速的进行空间数据查询，并可依据对象 LOD 信息直接获取可供显示的简化模型，提高了三维场景的漫游速度。

2.2.3.2支持三维空间内的事件触发机制

　　平台提供对三维空间内的事件触发机制的支持，并对触发事件提供统一的事件管理。使用者只需将事件添加到场景中，在场景浏览时，平台会自动根据设置的内容触发事件

2.3丰富的三维模型数据建模工具

　　平台提供统一的纹理、材质库管理。纹理库提供对系统纹理库、用户纹理库的管理，并支持用户自定义的子库；采用树状结构组织纹理库，方便管理和使用。平台纹理库支持包括 BMP 、 JPEG 、 TGA 、 TIF 、 GIF 等多种数据格式
　　平台提供基于二维矢量数据的快速建模工具。对于场景中的地上建筑物，特别是房屋，可以通过已有的二维矢量数据，并预先设置纹理及相关参数，平台即可在三维场景中快速建立三维实体模型

2.3.1地表及景观建模

　　平台提供多种三维空间数据模型建模工具，包括了地下、地表、地上等层次的建模工具，这些工具减少了用户在建立三维场景时花费的工作量；并提供包括对第三方精细建模工具如 3DS 、 OBJ 格式模型在内的导入导出及分析管理的功能

2.3.1.1提供基于 MAPGIS 区文件的纹理建筑可视化建模

　　提供基于建筑边界、面积、楼层高度构建建筑物模型，按指定材质设置建筑物顶、底及侧面纹理的快速可视化建模的方法

2.3.1.2提供多种道路模型的可视化建模

　　针对道路模型的多样性，平台提供统一的道路交互式可视化建模工具。目前，该建模工具支持建立城市公路、高速公路等多种道路，并且还可生成到公路的路肩、护栏、高速公路的隔离带，沿路的树木、护坡等模型。通过交互调整参数，得到逼真的道路模型。

2.3.1.4顾及地形特征点 / 线的数字高程模型快速建模

　　针对大范围地形数据的数字高程模型快速生成问题，平台提供了顾及地形特征点 / 线（如山脊、沟谷、水边界等）约束机制的分块调度建模算法。采用分块建模的技术，充分利用系统资源，实现对大数据量地形数据的快速有效建模。

2.3.2空间地质体三维模拟

　　MAPGIS-TDE 平台提供多源数据耦合三维建模技术方法，研究适合城市地质空间数据多源、异构的三维地质建模技术方法。　　MAPGIS-TDE 平台采用的建模数据及建模算法交互式选择、利用自适应三维地质建模方法以及模型重构的反馈机制及修正技术，支持基于地表高程数据、钻孔数据、地质剖面、平面地质图等多源数据耦合三维地质结构建模

2.3.2.1以钻孔为主的简单层状地质体建模

　　MAPGIS-TDE 三维处理平台提供针对城市地质工作的地下三维地质构造建模工具，把以点、线为基本形式散布的、局部的勘探资料解释结果在三维空间中综合起来，恢复地下地质界面和地质体的空间形态和组合关系，重建三维地质构造模型。系统可分别应用钻孔数据和剖面数据进行建模，也可综合利用这两种数据进行建模

2.3.2.2基于交叉剖面的复杂地质体交互建模

　　MAPGIS-TDE 三维处理平台根据钻孔不同程度分级信息，模拟及构建不同精细程度的三维地质模型。左图所示，则为单独模拟的一层基岩面模型；右图则是根据基岩钻孔、基岩平面地质图等多源数据，构建基岩地质延拓体模型

基于交互剖面的水文地质结构模型

基岩面延拓体模型

2.3.2.3基于平行剖面的复杂地质体交互建模

　　根据平行剖面进行复杂地质体的交互建模。下图中，则是根据矿体平行剖面进行矿体、矿块模拟

勘探剖面矿体轮廓线

根据剖面轮廓线生成矿体表面模型

2.3.2.4以剖面为主多源数据三维地层结构动态建模

　　根据钻孔、剖面、地层平面分布图（包含等高线）自动建立研究区域内的这类三维地层模型。一般可通过钻孔数据直接建立三维地层模型，对于地质情况比较复杂的区域，如包含夹层、尖灭、透镜体等特殊地质现象的区域，可通过补充剖面、地层平面分布图（用于确定地层边界和地层面起伏变化情况）和设置参数等方式干预建模

基于地质剖面的地层结构交互建模技术

2.3.2.5基于剖面交互式建模

　　根据地质剖面图勾勒出的剖面与地下的地质体的交线的长短不一的轮廓线族， MAPGIS-TDE 地质开发扩展包提供以剖面为主的交互式地质建模技术，进而利用这些地质界面构建封闭的地质块体

第四纪地质体模型构建

2.3.2.6含断层的复杂地质建模

　　基于地质体形态特征及剖面数据的分布的特点，利用基于轮廓线拼接的剖面建模、基于单元格的剖面建模方法进行含有断层复杂地质建模

根据含有断层的二维地质面中等高线、断面等信息，构建出断层的三维面框架模型，再通过三维交互拼接技术，模拟出断层的三维地质模型。

二维地质平面

三维面框架模型

三维地质体模型
上面三图为“含有断层复杂地质体模拟过程 ”

2.2.3 提供地质体属性（参数）三维建模

　　平台提供地质体内地质属性（参数）的空间分布建模工具，用于地质体内物理、化学属性值和其它地质参数（如孔隙度、贮水率、渗透系数、化学元素含量等）的三维空间分布建模。

地质体属性模型切割效果

2.3.4支持第三方数据模型的导入

　　平台采用插件技术，支持多种第三方数据模型的导入。目前支持的外部模型数据包括 3DS 、 DXF 和 FLT 等

系统场景内浏览第三方模型

2.4多种高效的三维空间绘制方法

2.4.1 统一的三维空间绘制引擎接口

　　三维处理平台提供统一的三维空间绘制引擎接口，同时支持 OPENGL 1.3 和 DIRECT X 8.1 三维渲染引擎，提供多种显示接口及特效。平台的三维空间绘制引擎提供键盘与鼠标驱动、路径漫游等多种三维场景操作方式，极大简化应用系统开发的工作量，减轻应用系统开发人员在不同三维渲染引擎上的花费，提高开发效率

2.4.2集成多种场景浏览控制及输出方式

　平台的三维空间绘制引擎提供了多种场景浏览控制方式，包括：
　　? 键盘、鼠标驱动的场景交互
　　? 路径漫游及历史回放
　　? 二维向导
　　? 观察参数设置
　　? 场景的放大、缩小、复位、旋转等操作
　多种场景输出方式，包括：
　　? 场景动画录制，可输出 AVI 和 MPEG 格式动画
　　? 大幅面、高分辨率的场景静态画面输出

2.4.3提供多种场景特效

　　统一的显示平台还提供对场景三维特效的支持，包括场景雾效果、粒子体生成及动态纹理绘制等

粒子体效果图

场景雾效果图

2.4.4DEM 库海量数据的实时绘制

　　通过使用基于视觉特性与自适应技术的模型简化算法，实现了对 DEM 库海量数据的实时绘制。该技术以地形栅格数据库为基础，充分考虑人的视觉观察特点，根据原始地形数据、视点观察方向及地表距离视点的远近等变化实时生成自适应性地表模型，降低绘制三角形数量，进一步提高绘制速度。同时将栅格库数据组织与地形层次细节模型的实时建立相结合，减少数据在内存和硬盘之间的频繁调度，更好地实现对大范围地形数据的实时动态显示

2.4.5多种三维可视化效果

　　平台提供了多种体绘制的方法，包括基于面绘制的可视化如移动立方体法、移动四面体法以及直接体绘制方法：光线投射法、错切变形法

移动立方体法绘制效果图

移动四面体法绘制效果图