三维GIS技术应用

三维GIS技术应用

背景：

以二三维一体化GIS技术为基础框架，进一步拓展二三维一体化数据模型，融合倾斜摄影、BIM、激光点云等多源异构数据，推动三维GIS实现室外室内一体化、宏观微观一体化与空天/地表/地下一体化，赋能全空间的三维GIS应用。

为推动三维数据的共享与标准化，联合产业链上下游共同制定开放的三维空间数据规范 Spatial 3D Model(S3M)。

集成 WebGL、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、3D打印等IT新技术，带来更真实、更便捷的三维体验。

新一代三维GIS技术体系：

三维GIS全面支持Linux
三维数据存储、分析、可视化与服务发布均支持Linux
全新连续空间的三维数据模型及其分析
支持不规则四面体网格和体元栅格，用于表达矿床和各种三维场（后者如无线通讯场、温度场、风场等）
支持从三维点集到不规则四面体网格构建
支持从不规则四面体网格插值到体元栅格
支持体元栅格的代数运算
支持降维计算，获取任意剖面
支持分层设色可视化表达
支持离散空间三维数据模型的分析与计算
增强三维体对象的空间关系判断、空间运算与空间分析
支持三维点、线、面、体构建三维缓冲区
日照分析、可视域分析和天际线分析的结果可输出三维体对象
三维地理设计引擎(3D Designer)
支持构建城市设计规则
支持三维规则建模
多源异构三维数据融合、处理
支持对倾斜摄影、TIN地形和BIM等数据的构建、运算和处理
支持三维模型数据的批量编辑
支持三维数据基于同名控制点坐标配准
支持 SKP、DWG、Geo3DML 等三维数据格式
全面支持BIM
支持直接读取 Revit 数据，实现与 Revit 软件的快速协同
无损接入 Revit、Bentley、CATIA（V5/V6）数据
无损接入 AutoCAD Civil 3D 数据
无损接入 BIM 交换标准 IFC 数据
支持将 BIM 数据发布为 S3M 并以服务方式发布
提供全功能三维“零客户端”
支持海量、多源、异构三维数据
支持实时动态数据
支持场数据图层，支持 NetCDF 格式
支持全功能三维空间分析
支持基于面、四边形和立方盒的裁剪能力
支持泛光、景深、扫描线等特效
支持动态标绘能力
支持对接服务端三维空间查询、三维运算与分析功能
支持对接 RTSP 视频流标准
支持开放的三维数据规范Spatial 3D Model(S3M)

GIS空间数据模型：

空间数据模型是地理信息系统对现实世界地理空间实体、现象，以及它们之间相互关系的认识和理解，是现实世界在计算机中的抽象与表达。
GIS空间数据模型从概念上可以分为三类：第一类是对象模型，用来描述离散空间的要素；第二类是网络模型，用来描述对象之间的连接关系；第三类是场模型，用来描述空间中连续分布的现象或者要素，如下图所示。

在三个类别的空间数据模型中，对象模型已经完成了升维，从早期的二维的点、线、面到三维的点、线、面，再到三维体对象，我们使用高精度、拓扑闭合的三角网定义三维体对象模型，并定义了拓扑闭合的布尔运算，通过交、并、差等布尔运算后仍然是三维体对象模型。三维体对象模型不仅可以表示真实的建筑物体，还可以表示抽象的分析结果。GIS要从室外走向室内，室内数据需要BIM来解决。BIM的城市模型不是一张皮的表面模型，它是体对象，三维体对象模型就可以表达这样的地面建筑，如下图所示。

网络模型也已经完成了升维，从二维的网络拓扑升维到三维的网络拓扑，最典型的应用场景就是地下三维管线。三维的地下管线不仅仅是为了渲染出来看，更多的是用来分析，比如一个地方爆管了，要知道关闭哪些阀门，哪些管线受到了影响，有了三维的拓扑关系，才能做这样的网络分析。

第三类数据模型是表示非均质、连续空间现象的场模型，大众熟知的有不规则三角网（TIN）和栅格数据模型（Grid），如下图所示。

超图对新一代三维GIS技术体系做了全面升维：
首先，超图对数据模型做了全面升维，从二维点、线、面升维到三维点、线、面、体，从二维网络升维到三维网络，从不规则三角网（TIN）升维到不规则四面体网格（TIM），从栅格升维到体元栅格；

在数据模型基础上，超图形成了完整的二三维一体化GIS技术体系，并且融合了多元的三维GIS数据，除了传统的三维GIS数据，还融合了倾斜摄影、激光点云、BIM、三维场等新兴的三维数据；

在IT技术方面，超图融合IT新技术，升维三维GIS交互与体验，基于WebGL技术实现了全功能的“零客户端”三维产品。在支持VR的基础上，增加了对AR的支持；

基于新一代三维GIS的技术，我们可以更方便地构建三维GIS应用。除了GIS技术创新外，IT技术、多元数据的发展、市场的应用等，都在推动三维GIS发展。目前，三维GIS已经从低谷期走到复苏期，即将走向成熟期。因此，三维GIS技术和理论都需要更多的创新来推动其发展。超图也愿意和上下游的合作伙伴一道，推动三维GIS从复苏期走向成熟期。

VR/AR技术的发展，让三维GIS变得前所未有的真实。SuperMap早期版本已经支持了HTC、Oculus VR头盔，虽然能给我们带来沉浸式的三维体验，但是安装设备步骤繁琐，而且还需要一台高配的个人电脑。

总结：

在移动联网时代，VR一体机的出现解决了这一问题。SuperMap GIS 9D(2019)版本支持VR一体机设备，为用户实现触手可得、身临其境的全新视觉体验。我们可以把数字化的BIM投到任何场景中，还可以投到施工现场，把设计方案和真正的施工现场做一个比对，及时发现问题并修正。AR与BIM、GIS结合还可以碰撞出更多的火花，产生更多的应用。