三維GIS設計管理論文

時間:2022-07-13 09:17:00

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三維GIS設計管理論文

在測繪和地測管理上隨著AUTOCAD和MAPGIS的引入,和中國GIS軟件的蓬勃發展,總認為在三維或四維操作上有些不足,AUTOCAD在二維操作上很好相當完善,在三維操作上比較麻煩,它的圖元也有點、線、面和規則立體元素實體(立方體、球、圓環等),實現規則圖形沒有問題,但是大量數據的不規則形體如:DEM、任意形狀的凹面體、凸面體的表述沒有實現。如果使用三角剖分實現的DEM,需要AUTOCAD的二次開發或LISP或VB宏,開發工作量很大。做CAD的二次開發束縛了軟件的功能,往往感覺功能拓展很困難,陷入了困境,甚至背離程序開發的初衷。另外CAD在三維坐標轉換到二維屏幕坐標,實體渲染,三維捕捉功能,這三項沒有很好地統一起來,在三維操作上不是很直觀,合乎人眼的習慣。現在在gis領域已經朝向三維方面發展,如2.5維DEM模型,現在就需要一種軟件,它能三維顯示的形體上進行操作,包括實體的編輯和屬性查詢,這樣能夠解決大量數據的錄入,編輯的工作量問題,方便GIS數據的更新。CAD如此流行給我們的啟示是因為它的二維操作功能強大,出圖方便,針對某一領域的,再次一點的是它的二次開發功能,所以CAD更多代替了手工制圖和簡單的計算,機械制圖應用最好。在三維形體的操作上至少存在一種以上的方法,CAD在規則的三維形體有很好的實現方法,但是不能滿足不規則形體的造型功能。隨著對圖形研究上的深入,用點、線、面、四面體,為基本體素的研究已經開展起來。實現的方法也多種多樣,對不同的自動生成圖形的需要,采用特殊生成算法,三角剖分實現的DEM就是這樣。三維GIS的思想應運而生。三維立體操作是指,顯示器上顯示的是立體圖,在縮放、平移、旋轉時,工作平面也隨著改變,屏幕上的點投影到工作面上的坐標也隨著改變,屏幕上的點與三維空間坐標存在一對多的關系。通過縮放、平移、旋轉,透明繪制可以使三維空間坐標一個點投影到屏幕上來變成一對一的關系。(所見即所得),這就是三維操作需要解決的問題,我要編輯的實體,它的左右,前后在縮放、平移、旋轉的過程中都能看到,澳大利亞的金康軟件不就是這樣的嗎?

應用的數學基礎:三角剖分是實現數字地面模型DEM和以任意面為基準面實體表面模型的基礎。曲線是以弦長為參數的三維B樣條曲線,四面體是構成凸多面實體的最小單位,實體的封閉性檢查用歐拉幾何運算。三角形是構成表面的最小單位。四面體是任何不規則實體最小單位,這樣在測繪和地測中的所有不規則圖形都可以用點、線、面來描述,還可以加上第四維的屬性。這樣軟件的應用就有普遍的意義,定制一些功能很方便。用點、線、面、四面體為構成圖形或實體的基本元素,以成熟的數學理論為基礎。實現圖形基本的三維交互操作,開發基本的三維功能庫函數,便于特殊圖形的快速開發的需要以及圖形的第四維屬性功能開發的需要。

實現的基本交互功能:導入數據功能,由EXCEL導入規定格式的數據,三角剖分自動實現DEM模型,展點,三維多線段,三維B樣條曲線,特殊圖形:巷道模型,鉆孔模型(包括樣槽),這些都從EXCEL表格中導入。繞X、Y、Z軸旋轉(四個箭頭鍵、home、end),旋轉中心是XYZ軸的交點。放大(+,-鍵),近大遠小的效果,平移,是Z=0的前截面的屏幕坐標轉換為模型空間的三軸的偏移。捕捉功能是三維操作的必備功能,它是三維操作的方向標,散點、線端點、線上點、面的頂點、面的邊界點,點到線的垂足,點到面的垂足捕捉及提示。選擇工作平面:1、三個點決定的平面,2、面模型中的一個三角形,3、一個點和傾向及傾角,4、兩個二維點確定的走向(在Z=0的XOY平面上)和傾角,5、兩個三維點(可以確定“側俯“或不垂直于XOY面的任意面傾向和傾角)。所有鼠標輸入的點,如果沒有捕捉到其它點,都在工作平面內。工具條命令有點、三維多線段,三維B樣條曲線、輸入數據(導入數據功能)、范圍縮放(全部顯示所有,中心改變),以任意面為基準面三角剖分實現表面模型。由至少兩條封閉三維多線段組成環形面,巷道,鉆孔,一個或多個面模型組成凸凹體模型,體模型的交、叉、并運算、(可滿足~損失、貧化計算和其它計算),任意剖面,以工作面為參考的前視圖和后視圖,屬性查詢和修改(在屬性窗口中)。使用層的概念:可見/不可見、鎖定/解鎖,使用的繪制屬性有:顏色、線型、線寬、材質。接口有輸出.DXF的CAD文件,EXCEL文件

開發環境:VC++,使用OPENGL庫

軟件優點:解決了二維顯示屏幕上進行三維操作的難題,避開了CAD中使用坐標系的概念,所見即所得,使操作簡單、形象,使用OPENGL透視投影,使圖形立體感更強。采用動態平衡二叉樹存儲結構,靈活運用指針,使軟件運行時CPU占用率更小,速度更快。