GIS空间数据库(70)三维混合数据模型

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常见的三维混合数据模型主要有以下几类:

TIN-CSG混合构模

这是当前城市3D GIS和3DCM构模的主要方式,即以TIN模型表示地形表面,以CSG模型表示城市建筑物,两种模型的数据是分开存储的。为了实现TIN与CSG的集成,在TIN模型的形成过程中将建筑物的地面轮廓作为内部约束,同时把CSG模型中建筑物的编号作为TIN模型中建筑物的地面轮廓多边形的属性,并且将两种模型集成在一个用户界面(李清泉,1998;孙敏等,2000)。这种集成是一种表面上的集成方式,一个目标只由一种模型来表示,然后通过公共边界来连接,因此其操作与显示都是分开进行。

TIN-Octree混合构模(Hybrid构模)

即以TIN表达3D空间物体的表面,以Octree表达内部结构。用指针建立TIN和Octree之间的联系,其中TIN主要用于可视化与拓扑关系表达。这种模型集中了TIN和Octree的优点,使拓扑关系搜索很有效,而且可以充分利用映射和光线跟踪等可视化技术。缺点是Octree模型数据必须随TIN数据的变化而改变,否则会引起指针混乱,导致数据维护困难。

Wire Frame-Block混合构模

即以Wire Frame模型来表达目标轮廓、地质或开挖边界,以Block模型来填充其内部(惠勒 A.J.等,1989)。为提高边界区域的模拟精度,可按某种规则对Block进行细分,如以Wire Frame的三角面与Block体的截割角度为准则来确定Block的细分次数(每次可沿一个方向或多个方向将尺寸减半)。该模型实用效率不高,即每一次开挖或地质边界的变化都需进一步分割块体,即修改一次模型。

Octree-TEN混合构模

李德仁等曾提出过八又树(Octree)和不规则四面体(TEN)相结合的混合数据结构(李德仁等,1997)。在这个结构中,用八叉树作全局描述,而在八叉树的部分栅格内嵌入不规则四面体作局部描述。这种结构特别适合于表达内部破碎、表面规整的二维对象,但对于表面也不规整的对象则不合适。

考虑将适合于表达实体内部破碎复杂结构的不规则四面体网和适合于表达表面不规整的八叉树层次结构有机结合起来,形成统一的三维集成数据结构。这种结构用八叉树结构表达对象表面及其内部完整部分,并在八叉树的特殊标识结点内嵌入不规则四面体网表达对象内部的破碎部分,整个结构用一棵经过有机集成的八叉树表达。不规则四面体网和三级矢量化八叉树有机结合的统一三维集成数据结构,可用如图3-40、图3-41表示。

矢量与栅格集成模型

在三维空间中,可将空间地物按维数分成零维(点),一维(线)、二维(面)和三维(体)四大类。
零维空间:有点状地物和用来表示与弧段的关联关系的结点两类目标。
一维空间:有“拓朴弧段” 、“无拓朴弧段”和线状地物。其中“拓朴弧段”可以是构成多边形的边界线也可是构成各类网线(如水系网、交通网、城市地下管网)的网线段。

二维空间:主要有三类目标,一个是构成面状地物的拓朴面片;第二个是像素,用它可组成面状要素;第三个是根据有限的离散数据建立数字表面模型。 三维空间,有由若干个面片或由数字立体模型表示体状地物;以及根据有限的三维空间离散数据建成的数字立体模型。

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作者:,GIS爱好者。
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