三维场景中查询功能的设计与实现
摘要
查询是各种决策分析中用户最经常使用的功能。三维地理信息系统中查询功能的设计与实现对于用数字化的方式定量描述和研究人类所处的真实场景，并以此为基础进行各种辅助性决策分析，具有关键性的意义。三维场景是三维地理信息系统中人机交互的主界面，本文以实际应用为背景，结合用户的实际需求，对三维场景中查询功能的实现机制进行了研究。
论文首先针对自主开发的三维地理信息系统中三维场景的特点，提出了实体模型概念，将三维场景空间信息和属性信息有机地结合在一起，为查询功能的实现奠定了基础。
论文重点讨论了查询功能的设计与实现。通过分析三维场景的数据特点和用户需求，建立了三维场景中查询功能的组成模块。将三维场景的查询分为对地形的查询及对地物的查询。地形的查询建立在DEM数据结构的基础上。对地物的查询采用了ActiveX组件技术，使得原有二维地理信息系统的已有成果可以在三维系统中重用，同时根据三维场景的特点新增加了三维实体拾取等模块，共同完成对地物的空间-属性交互查询。运用组件技术进行开发，可以有效地保护已有投资，显著提高开发效率。同时由于该查询组件的功能设计建立在实体模型的基础上，因此可以将其应用到森林覆盖率分析等其他众多应用领域，以及用于网络环境下WebGis的开发中。
本文最后对下一步工作进行了展望。
This thesis concentrates on the realization of enquiry function in 3D scene, the main interactive interface of 3D GIS. As in most decision supporting systems, enquiry function is fundamental to a true 3D GIS. It helps to describe the real space in a quantitative and digital way, so the system can support decision-makings in a variety of engineering fields.
The thesis makes an analysis of the features of the 3D scene. The entity model is then proposed, which combines spatial information with attributes information of the 3D scene. This forms the basis for the realization of enquiry function.
The thesis puts an emphasis on the design and implementation of the enquiry function in 3D scene. The structure of the enquiry functions is designed after the client's demands and the features of the data are analyzed. In this way, enquiries in 3D scene are classified into two types: enquiries to terrain and those to spatial objects. Enquiries to terrain are implemented on the basis of DEM data structure. Enquiries to spatial objects are implemented by calling a component which has been developed by utilizing useful modules and information in the existing two-dimension system. The component is developed in Delphi using ActiveX component technology. The other modules of the whole enquiry functions, which have the features to deal with three-dimensional data, for example the three-dimensional entity pick module, are developed by Visual C++. It is concluded that by using component technology, enquiry functions in 3D GIS can be realized while making full use of the exiting two-dimension ones. Moreover, it can be widely used in other fields, forest coverage rate analysis for example, as the component is based on the entity model, and it can also be used in the development of WebGis.
论文首先针对自主开发的三维地理信息系统中三维场景的特点，提出了实体模型概念，将三维场景空间信息和属性信息有机地结合在一起，为查询功能的实现奠定了基础。
论文重点讨论了查询功能的设计与实现。通过分析三维场景的数据特点和用户需求，建立了三维场景中查询功能的组成模块。将三维场景的查询分为对地形的查询及对地物的查询。地形的查询建立在DEM数据结构的基础上。对地物的查询采用了ActiveX组件技术，使得原有二维地理信息系统的已有成果可以在三维系统中重用，同时根据三维场景的特点新增加了三维实体拾取等模块，共同完成对地物的空间-属性交互查询。运用组件技术进行开发，可以有效地保护已有投资，显著提高开发效率。同时由于该查询组件的功能设计建立在实体模型的基础上，因此可以将其应用到森林覆盖率分析等其他众多应用领域，以及用于网络环境下WebGis的开发中。
本文最后对下一步工作进行了展望。
This thesis concentrates on the realization of enquiry function in 3D scene, the main interactive interface of 3D GIS. As in most decision supporting systems, enquiry function is fundamental to a true 3D GIS. It helps to describe the real space in a quantitative and digital way, so the system can support decision-makings in a variety of engineering fields.
The thesis makes an analysis of the features of the 3D scene. The entity model is then proposed, which combines spatial information with attributes information of the 3D scene. This forms the basis for the realization of enquiry function.
The thesis puts an emphasis on the design and implementation of the enquiry function in 3D scene. The structure of the enquiry functions is designed after the client's demands and the features of the data are analyzed. In this way, enquiries in 3D scene are classified into two types: enquiries to terrain and those to spatial objects. Enquiries to terrain are implemented on the basis of DEM data structure. Enquiries to spatial objects are implemented by calling a component which has been developed by utilizing useful modules and information in the existing two-dimension system. The component is developed in Delphi using ActiveX component technology. The other modules of the whole enquiry functions, which have the features to deal with three-dimensional data, for example the three-dimensional entity pick module, are developed by Visual C++. It is concluded that by using component technology, enquiry functions in 3D GIS can be realized while making full use of the exiting two-dimension ones. Moreover, it can be widely used in other fields, forest coverage rate analysis for example, as the component is based on the entity model, and it can also be used in the development of WebGis.
引文
1 胡鹏，黄杏元，华一新，地理信息系统教程．第1版．武汉大学出版社，2002．2：158-159
2 段学军，顾朝林，于涛方．“数字城市”的初步研究．地理学与国土研究．2001，17(2)：33-38
3 Michael Gruber, Erich Wilmersdorf, Urban Data Management-A Modern Approach.Computer, Environ and Urban Systems. 1997,21(2):147-158
4 任沂军，戴吾蛟．基于GIS的电信传输资源管理系统．计算机应用．2002，22(6)：74-77
5 陈松林．基于GIS的荒地资源适宜性评价，福建地理．2001，16(1)：35-37
6 黄芳，吴元龙，危韧勇，刘丽珏．GIS在电力信息系统中的应用．计算机工程．2001，27(5)：159-161
7 彭文祥，贾嵘，薛惠锋，吴键．基于GIS的城市排水管网信息系统．西安理工大学学报．2001，17(4)：396-399
8 李跃军，GIS及其在交通领域中的应用．湖南交通科技．2001，27(4)：82-84
9 G. Derekenaris, J. Garofalakis, C. Makris, J. Prentzas, S. Sioutas, A. Tsakalidis.Integrating GIS, GPS and GSM technologies for the effective management of ambulances. Computers, Environment and Urban Systems. 2001,25:267-278
10 李军，景宁，孙茂印．“数字地球”中的三维GIS技术．电子科技导报．1999，(5)：20-26
11 熊汉江，龚健雅，朱庆．数码城市空间数据模型与可视化研究．武汉大学学报．2001,26(5)：393-398
12 修文群等．地理信息系统GIS数字化城市建设指南．第一版，北京希望电子出版社．2001．9：242-243
13 王宗祯，王苏建．AF／FM系统空间查询分析功能开发及应用．武汉水利电力大学学报．1998，20(4)：14-16
14 Jurgen Dollner, Klaus Hinrichs. An object-oriented approach for integrating 3D visualization systems and GIS. Computers & Geosciences. 2000,26:67-76
15 刘渭洁．建立实用型三维地理信息系统．中国图象图形学报．1999，4(1)：72-75
16 Arnaud de la Losa, Bernard Cervelle. 3D Topological modeling and visualisation for 3D GIS. Computers & Graphics. 1999,23:469-478
17 方裕，周成虎，景贵飞，陆锋，骆剑承．第四代GIS软件研究．中国图象图形学报．2001，6(9)：817-823
18 姜小轶，孙运生，王安．三维地理信息系统(3D-GIS)的发展现状及趋势．世界地质．1998，17(4)：58-62
19 朱庆．三维动态交互式可视化模型．武汉测绘科技大学学报．1998，23(2)：124-127
20 张晶，韦中亚，邬伦．数字城市实现的技术体系研究．地理学与国土研究．2001，17(3)：26-30
21 Luiz Velho et al. Hierarchical generalized triangle strips. The Visual Computer, 1999,15:21-35.
22 Rick Germs, Gert Van Maren, Edward Verbree, Frederik W. Jansen. A multi-view VR interface for 3D GIS. Computers&Graphics. 1999,23:497-506
23 张生德，王磊．三维可视地理信息系统在城市规划中的应用研究．中国图象图形学报．2001，6(9)：935-939
24Armin Gruen. TOBAGO-a semi-automated approach for the generation of 3-D building models. Photogrammetry & Remote Sensing. 1998,53:108-118
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27宋金刚，张大陆．基于特征的空间查询语言．计算机工程．2000，26(1)：49-50
28陈琳，曹忠升，冯玉才．STQing：一种时态GIS可视化查询语言．计算机工程与科学．2001，23(3)：47-50
29Chao Tang, Li Da Xu, Shan Feng. An agent-based geographical information system. Knowledge Based Systems. 2001,14:233-242
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38陶志刚，赵敬道，谭建成．地理空间索引技术研究．测绘学院学报．2002，19(1)：73-75
39郭建忠，欧阳，魏海平，钱海忠．基于文件与基于数据库的格网索引．测绘学院学报．2002，19(3)：220-223
40李立，石树刚，郑振楣．空间索引技术及其在sambase中的实现．交通与计算机．1995，13(3)：42-47
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42岳小平，鞠时光，李芷．空间数据索引技术．计算机应用研究．2002，(2)：32-34
43顾军，吴长彬．常用空间索引技术的分析．技术交流．2001，17(12)：40-42
44T. Schreck, Z. Chen. Branch grafting method for R-tree implementation. The Journal of Systems and Software. 2000,53:83-93
45Ronald J. Balsys, Kevin G. Suffern. Visualisation of implicit surfaces. Computers & Graphics. 2001,25:89-107
46赵永军，李汉林，王海起．GIS三维空间数据模型的发展与集成．石油大学学报．2001，25(5)：24-28
47戴吾蛟，邹峥嵘．基于体素的三维GIS数据模型的研究．矿山测量．2001，(1)：30-39
48朱响斌，唐敏，董金祥．一种基于八叉树的三维实体内部可视化技术．中国图象图形学报．2002，7(3)：229-233
49马智民，陈浩，王金玲．三维GIS的线性八叉树数据结构研究．西安工程学院学报．1999，21(增刊)：55-61
50李德仁，李清泉．一种三维GIS混合数据结构研究，测绘学报．1997，26(2)：128-133
51程朋根，龚健雅．地质矿山中三维GIS数据模型的应用问题．矿山测量．1999，(2)：14-18
52唐宏，盛业华．城市空间信息的特点与城市三维GIS数据模型初探．城市勘测．2000，(3)：24-26
53崔伟东，田捷．软件工程方法的演化．工业控制计算机．2002，15(6)：34-37
54张世琨，张文娟，常欣，王立福，杨芙清．基于软件体系结构的可复用构件制作和组装．2001，12(9)：1351-1359
55Richard L. Church. Geographical information systems and location science. Computers & Operations Research. 2002,29:541-562
56Paula Antunes, Rui Santos, Lus Jorda~o. The application of Geographical Information Systems to determine environmental impact significance. Environmental Impact Assessment Review. 2001,21:511-535
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58李志林，朱庆．数字高程模型．第1版．武汉测绘科技大学出版社，2000．5：142-143
59胡鹏，黄杏元，华一新．地理信息系统教程．第1版．武汉大学出版社，2002．2：168-169
60杨武功，代正军，赵秋林．OpenGl三维动画程序设计．第1版．清华大学出版社，2000：78-79
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