三维GIS设计管理论文

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在测绘和地测管理上随着AUTOCAD和MAPGIS的引入，和中国GIS软件的蓬勃发展，总认为在三维或四维操作上有些不足，AUTOCAD在二维操作上很好相当完善，在三维操作上比较麻烦，它的图元也有点、线、面和规则立体元素实体（立方体、球、圆环等），实现规则图形没有问题，但是大量数据的不规则形体如：DEM、任意形状的凹面体、凸面体的表述没有实现。如果使用三角剖分实现的DEM，需要AUTOCAD的二次开发或LISP或VB宏，开发工作量很大。做CAD的二次开发束缚了软件的功能，往往感觉功能拓展很困难，陷入了困境，甚至背离程序开发的初衷。另外CAD在三维坐标转换到二维屏幕坐标，实体渲染，三维捕捉功能，这三项没有很好地统一起来，在三维操作上不是很直观，合乎人眼的习惯。现在在gis领域已经朝向三维方面发展，如2.5维DEM模型，现在就需要一种软件，它能三维显示的形体上进行操作，包括实体的编辑和属性查询，这样能够解决大量数据的录入，编辑的工作量问题，方便GIS数据的更新。CAD如此流行给我们的启示是因为它的二维操作功能强大，出图方便，针对某一领域的，再次一点的是它的二次开发功能，所以CAD更多代替了手工制图和简单的计算，机械制图应用最好。在三维形体的操作上至少存在一种以上的方法，CAD在规则的三维形体有很好的实现方法，但是不能满足不规则形体的造型功能。随着对图形研究上的深入，用点、线、面、四面体，为基本体素的研究已经开展起来。实现的方法也多种多样，对不同的自动生成图形的需要，采用特殊生成算法，三角剖分实现的DEM就是这样。三维GIS的思想应运而生。三维立体操作是指，显示器上显示的是立体图，在缩放、平移、旋转时，工作平面也随着改变，屏幕上的点投影到工作面上的坐标也随着改变，屏幕上的点与三维空间坐标存在一对多的关系。通过缩放、平移、旋转，透明绘制可以使三维空间坐标一个点投影到屏幕上来变成一对一的关系。（所见即所得），这就是三维操作需要解决的问题，我要编辑的实体，它的左右，前后在缩放、平移、旋转的过程中都能看到，澳大利亚的金康软件不就是这样的吗？

应用的数学基础：三角剖分是实现数字地面模型DEM和以任意面为基准面实体表面模型的基础。曲线是以弦长为参数的三维B样条曲线，四面体是构成凸多面实体的最小单位，实体的封闭性检查用欧拉几何运算。三角形是构成表面的最小单位。四面体是任何不规则实体最小单位，这样在测绘和地测中的所有不规则图形都可以用点、线、面来描述，还可以加上第四维的属性。这样软件的应用就有普遍的意义，定制一些功能很方便。用点、线、面、四面体为构成图形或实体的基本元素，以成熟的数学理论为基础。实现图形基本的三维交互操作，开发基本的三维功能库函数，便于特殊图形的快速开发的需要以及图形的第四维属性功能开发的需要。

实现的基本交互功能：导入数据功能，由EXCEL导入规定格式的数据，三角剖分自动实现DEM模型，展点，三维多线段，三维B样条曲线，特殊图形：巷道模型，钻孔模型（包括样槽），这些都从EXCEL表格中导入。绕X、Y、Z轴旋转（四个箭头键、home、end），旋转中心是XYZ轴的交点。放大（+，-键），近大远小的效果，平移，是Z＝0的前截面的屏幕坐标转换为模型空间的三轴的偏移。捕捉功能是三维操作的必备功能，它是三维操作的方向标，散点、线端点、线上点、面的顶点、面的边界点，点到线的垂足，点到面的垂足捕捉及提示。选择工作平面：1、三个点决定的平面，2、面模型中的一个三角形，3、一个点和倾向及倾角，4、两个二维点确定的走向（在Z＝0的XOY平面上）和倾角，5、两个三维点（可以确定“侧俯“或不垂直于XOY面的任意面倾向和倾角）。所有鼠标输入的点，如果没有捕捉到其它点，都在工作平面内。工具条命令有点、三维多线段，三维B样条曲线、输入数据（导入数据功能）、范围缩放（全部显示所有，中心改变），以任意面为基准面三角剖分实现表面模型。由至少两条封闭三维多线段组成环形面，巷道，钻孔，一个或多个面模型组成凸凹体模型，体模型的交、叉、并运算、（可满足～损失、贫化计算和其它计算），任意剖面，以工作面为参考的前视图和后视图，属性查询和修改（在属性窗口中）。使用层的概念：可见/不可见、锁定/解锁，使用的绘制属性有：颜色、线型、线宽、材质。接口有输出.DXF的CAD文件，EXCEL文件

开发环境：VC++，使用OPENGL库

软件优点：解决了二维显示屏幕上进行三维操作的难题，避开了CAD中使用坐标系的概念，所见即所得，使操作简单、形象，使用OPENGL透视投影，使图形立体感更强。采用动态平衡二叉树存储结构，灵活运用指针，使软件运行时CPU占用率更小，速度更快。