大型機(jī)場(chǎng)中三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用》旨在對(duì)大型機(jī)場(chǎng)中三維地理信息的開發(fā)、設(shè)計(jì)、運(yùn)營做詳細(xì)的介紹，共分為7章，第1章、第2章是概述以及三維GIS的發(fā)展應(yīng)用，第3章、第4章著重介紹三維。空間不規(guī)則數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化、機(jī)場(chǎng)地下管線三維可視化的關(guān)鍵技術(shù)第5章介紹了三維建模數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源以及獲取方式，第6章是機(jī)場(chǎng)的三維建模方法以及常用的三維建模軟件介紹。第7章以昆明長水國際機(jī)場(chǎng)三維地下管線信息系統(tǒng)為建設(shè)實(shí)例，專門討論了軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及其功能。
陳云波，男，云南省昆明市人，1971年9月出生，1995年畢業(yè)于西南工學(xué)院(西南科技大學(xué))工程測(cè)量專業(yè)，2004年畢業(yè)于昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院測(cè)量專業(yè)，獲碩士學(xué)位。
現(xiàn)任昆明市測(cè)繪研究院副院長，高級(jí)工程師，云南省測(cè)繪學(xué)會(huì)理事，昆明市中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選，昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院碩士生導(dǎo)師。一直從事數(shù)字城市以及城市規(guī)劃測(cè)繪、RS、GPS城市控制網(wǎng)建設(shè)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的研究及應(yīng)用集成，主持或作為核心技術(shù)人員開發(fā)完成了測(cè)繪院100余項(xiàng)測(cè)繪新技術(shù)工程項(xiàng)目、近20個(gè)項(xiàng)目獲得國家或省級(jí)測(cè)繪工程獎(jiǎng)，多個(gè)項(xiàng)目獲得省市級(jí)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)，在國內(nèi)公開10余篇
李國柱，男，云南省昆明市人，1973年1月生，1993年畢業(yè)于重慶建筑工程學(xué)院昆明分院土地管理與測(cè)繪專業(yè)，2009年獲昆明理工大學(xué)工程碩士學(xué)位，測(cè)繪正高工，現(xiàn)任昆明市測(cè)繪研究院副院長(主持工作)兼院黨總支副書記，曾主持和參加了多個(gè)測(cè)繪和GIS項(xiàng)目，有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，參與了院數(shù)項(xiàng)重大科研項(xiàng)目的開發(fā)，在全國核心期刊數(shù)篇，是昆明市測(cè)繪院理論與實(shí)踐結(jié)合得較好的科技人員。
周立，男，1976年11月出生，浙江臨海人，高級(jí)工程師。1999年畢業(yè)于昆明理工大學(xué)采礦工程專業(yè)，輔修計(jì)算機(jī)應(yīng)用與科學(xué)專業(yè)。一直從事計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)、3S應(yīng)用集成、空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、GIS底層平臺(tái)研制、三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)等領(lǐng)域工作，至今已經(jīng)參與并完成了國內(nèi)外各類3S應(yīng)用項(xiàng)目40余個(gè)，多個(gè)項(xiàng)目獲獎(jiǎng)項(xiàng)。
第1章 地理信息系統(tǒng)
1.1 地理信息系統(tǒng)概述
1.1.1 地理信息系統(tǒng)(GIS)的概念
1.1.2 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
1.2 地理信息系統(tǒng)的功能及應(yīng)用
1.2.1 地理信息系統(tǒng)的功能
1.2.2 地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用
第2章 三維GIS概述及發(fā)展?fàn)顩r
2.1 地理信息系統(tǒng)的歷史及現(xiàn)狀
2.2 從二維GIS到三維GIS的轉(zhuǎn)變
2.3 三維GIS的定義、特點(diǎn)及功能
2.3.1 三維GIS的定義
2.3.2 三維GIS的特點(diǎn)
2.3.3 三維GIS的功能
2.4 三維GIS發(fā)展面臨的有利因素與困難
2.4.1 三維GIS當(dāng)前面臨的有利因素
2.4.2 三維GIS當(dāng)前面臨的困難
2.5 當(dāng)前三維GIS研發(fā)的幾個(gè)注意點(diǎn)
2.6 三維GIS應(yīng)用領(lǐng)域
2.7 三維主流GIS國內(nèi)外軟件對(duì)比
2.7.1 國外三維GIS主流軟件
2.7.2 國產(chǎn)三維GIS主流軟件
2.8 總結(jié)
第3章 機(jī)場(chǎng)三維可視化相關(guān)理論
3.1 科學(xué)計(jì)算可視化概述
3.1.1 科學(xué)計(jì)算可視化的含義
3.1.2 科學(xué)計(jì)算可視化的現(xiàn)狀及意義
3.1.3 科學(xué)計(jì)算可視化的應(yīng)用領(lǐng)域
3.1.4 科學(xué)計(jì)算可視化的研究內(nèi)容
3.2 數(shù)據(jù)類型及組織
3.2.1 數(shù)據(jù)類型
3.2.2 地下管線的類型
3.2.3 平面管線數(shù)據(jù)組織
3.2.4 三維管線數(shù)據(jù)組織
3.2.5 三維管線空間數(shù)據(jù)模型
3.3 三維可視化技術(shù)
3.3.1 透視投影
3.3.2 光照模型
3.3.3 紋理映射
3.4 LOD模型的動(dòng)態(tài)可視化
3.4.1 三維場(chǎng)景生成中LOD模型的選擇
3.4.2 LOD模型的分類
3.4.3 典型的LOD模型生成算法概述
3.4.4 不同LOD模型的切換技術(shù)
第4章 大型機(jī)場(chǎng)三維可視化關(guān)鍵技術(shù)
4.1 三維地理信息系統(tǒng)(3DGIS)技術(shù)
4.1.1 三維GIS的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
4.1.2 三維GIS的數(shù)據(jù)管理技術(shù)
4.1.3 三維GIS的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)
4.1.4 三維GIS的數(shù)據(jù)分析技術(shù)
4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)
4.2.1 VRML
4.2.2 Web3D
4.2.3 OpenGL簡介
4.2.4 Direct3D
4.3 高分辨率對(duì)地觀測(cè)技術(shù)
4.4 空間數(shù)據(jù)倉庫
4.4.1 數(shù)據(jù)倉庫
4.4.2 空間數(shù)據(jù)倉庫
第5章 三維建模數(shù)據(jù)的獲取
5.1 三維建模的數(shù)據(jù)源及技術(shù)原理
5.1.1 各種地圖及文檔資料
5.1.2 數(shù)字地圖
5.1.3 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量
5.1.4 三維激光掃描系統(tǒng)
5.1.5 遙感圖像
5.1.6 合成孔徑雷達(dá)(SAR
5.1.7 機(jī)載激光雷達(dá)
5.1.8 移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)
5.2 三維建模的數(shù)據(jù)獲取方法
5.2.1 DEM數(shù)據(jù)獲取
……
第6章 機(jī)場(chǎng)三維建模方法
第7章 昆明長水機(jī)場(chǎng)地下管線管理信息系統(tǒng)建設(shè)實(shí)證研究
隨著三維GIS的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們?cè)絹碓疥P(guān)注三維模型數(shù)據(jù)的性、逼真性和有用性。在追求三維模型逼真和的同時(shí)，也帶來了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的高投入。與二維空間數(shù)據(jù)相比，三維空間數(shù)據(jù)不是簡單的一一對(duì)應(yīng)或者擴(kuò)展，三維空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)至今仍然是一項(xiàng)復(fù)雜而昂貴的綜合性工程。大型三維GIS系統(tǒng)建設(shè)的生產(chǎn)效率、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)安全和有效存儲(chǔ)與管理等問題日益突出，并直接關(guān)系到系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的成敗。決定空間數(shù)據(jù)具體生產(chǎn)方案的三個(gè)要素分別是精度、成本和效率，最終系統(tǒng)的有用性和提供的空間分析能力又取決于模型的逼真程度以及所選擇的數(shù)據(jù)源和建模方法。因此，三維GIS缺乏有關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容、細(xì)節(jié)程度、定位精度和生產(chǎn)工藝等的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為制約其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。
4.1.2三維GIS的數(shù)據(jù)管理技術(shù)
從二維GIS轉(zhuǎn)換到成熟的三維GIS時(shí)，數(shù)據(jù)管理成為熱點(diǎn)問題之一。逼真的三維表示不僅具有多種細(xì)節(jié)層次的幾何表達(dá)，還提供具有相片質(zhì)感的表面描述如逼真的材質(zhì)和紋理特征以及其他相關(guān)的屬性信息。因此有關(guān)紋理與材質(zhì)參數(shù)等也是數(shù)據(jù)庫的重要內(nèi)容。大量柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用導(dǎo)致數(shù)據(jù)量急劇增加，"海量"一詞則是對(duì)此最形象的描述，這里的"海量"是指遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出計(jì)算機(jī)核心內(nèi)存容量的數(shù)據(jù)量。針對(duì)三維可視化交互的實(shí)時(shí)性要求，對(duì)海量數(shù)據(jù)的有效管理與調(diào)度已經(jīng)成為三維GIS的關(guān)鍵技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的二維GIS相比較，三維GIS對(duì)數(shù)據(jù)組織與管理又提出了許多新的更高的要求，如：不同類型數(shù)據(jù)的一體化管理；多尺度模型(LOD)的集成應(yīng)用。
從數(shù)據(jù)庫到三維虛擬顯示的快速轉(zhuǎn)換，如必須只在當(dāng)前的視線范圍內(nèi)選擇物體(金字塔或是圓錐內(nèi))和動(dòng)態(tài)裝載等，都要求新的數(shù)據(jù)模型和有效的空間索引機(jī)制。
傳統(tǒng)基于文件與關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合的GIS數(shù)據(jù)庫管理方式由于在數(shù)據(jù)安全性、多用戶操作、網(wǎng)絡(luò)共享及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新等方面已不能滿足日益增長的需要。現(xiàn)有的對(duì)象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(ORDBMS)雖然還不直接支持三維空間對(duì)象，但其在保留關(guān)系數(shù)據(jù)庫優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也采納了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的某些原理，具有將結(jié)構(gòu)性的數(shù)據(jù)組織成某種特定數(shù)據(jù)類型的機(jī)制，這使得它不僅能夠處理3D數(shù)據(jù)的復(fù)雜關(guān)系，也能將在邏輯上需要以整體對(duì)待的數(shù)據(jù)組織成一個(gè)對(duì)象，這為三維GIS的海量數(shù)據(jù)管理提供了一條切實(shí)可行的途徑。要滿足三維GIS在線的各種實(shí)時(shí)應(yīng)用(包括地理協(xié)同操作)需要，一方面要對(duì)多種類型多種尺度的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行精心的組織，以提供高效的數(shù)據(jù)檢索機(jī)制；另一方面，還需要優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以提供快速的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存取服務(wù)。
4.1.3三維GIS的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)
視覺是理解空間最有用的感覺，因此三維GIS在很大程度上也依賴視覺表現(xiàn)提供更為豐富逼真(具有相片質(zhì)感)的信息，各種用戶結(jié)合自己相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)與理解就可以做出而快速的空間決策。特別的，三維可視化能使人們對(duì)只有抽象概念而難以直接感知的空間現(xiàn)象進(jìn)行現(xiàn)實(shí)化和直觀化，比如剖析地下結(jié)構(gòu)、反演不會(huì)重現(xiàn)的歷史過程、推演未來發(fā)展、仿真復(fù)雜的時(shí)空現(xiàn)象(臺(tái)風(fēng)演進(jìn)、洪水淹沒、大氣污染、核電站泄漏事故影響、噪聲傳播、溫度和風(fēng)場(chǎng)變化)等，由此能獲得各種超越現(xiàn)實(shí)的空間感知經(jīng)驗(yàn)。目前，大多數(shù)三維GIS的三維能力甚至被認(rèn)為主要體現(xiàn)在三維可視化功能上，并且是區(qū)別于二維GIS最重要的特征之一。突出三維可視化功能的三維GIS在許多場(chǎng)合因此又被稱為"虛擬現(xiàn)實(shí)GIS""三維可視化GIS"等等。三維可視化越來越多地成為GIS(不僅是三維GIS)的終端表現(xiàn)形式，并且被認(rèn)為是不同背景的用戶進(jìn)行空間信息交流和視覺分析與空間認(rèn)知的有效媒介。游雄教授與萬剛博士的"戰(zhàn)場(chǎng)可視化與數(shù)字地圖"一文則詳細(xì)介紹了三維GIS在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用——戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真。與傳統(tǒng)二維GIS固定的視角或視點(diǎn)觀察效果明顯不同，當(dāng)用戶把視點(diǎn)放在三維空間(特別是透視投影空間)里時(shí)，不經(jīng)意的旋轉(zhuǎn)縮放和平移操作往往容易導(dǎo)致方位的迷失感，使得迅速定位產(chǎn)生困難。為了既能享受常規(guī)二維GIS地圖表示優(yōu)越的方位感，又能得到三維逼真顯示的真實(shí)感和沉浸感，多視點(diǎn)的多模態(tài)可視化視圖表示成為三維GIS最典型的界面特點(diǎn)。三維GIS基于數(shù)據(jù)庫能提供多種形式的交互式三維動(dòng)態(tài)可視化功能，比如，較宏觀的飛越漫游能迅速把握整個(gè)空間分布包括地形特征和地物布局，較微觀的穿行漫游則能分辨地形的微小變化和地物的明顯特征，而且在運(yùn)動(dòng)中能及時(shí)更新可見的內(nèi)容并根據(jù)距離遠(yuǎn)近以不同的細(xì)節(jié)或尺度進(jìn)行表現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)交互式圖形處理中，實(shí)時(shí)動(dòng)畫往往要求每秒25～30幀的圖形刷新頻率，也就是說所有的建模、光照和繪制等處理任務(wù)必須在大約17微秒的時(shí)間內(nèi)完成。所有這些對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制和圖形繪制策略都提出了新的更高的要求。數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)裝載、圖形漸進(jìn)描繪、多重細(xì)節(jié)層次(LOD: LeveIs of Detail)和虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)等因此成為三維GIS可視化的典型技術(shù)特征。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)和三維可視化技術(shù)的飛速發(fā)展，為分布式三維GIS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了契機(jī)。特別是隨著各種小型化、便攜式的移動(dòng)計(jì)算與顯示設(shè)備和無線技術(shù)的廣泛使用，三維GIS的分布呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，并正為人們提供日益廣泛的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)。現(xiàn)有分布式三維GIS主要體現(xiàn)在網(wǎng)上三維可視化方面，并且絕大多數(shù)都是基于VRML實(shí)現(xiàn)的。而采用Java3D和插件等技術(shù)由于支持服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫管理與存取，因此在瀏覽器端可以實(shí)現(xiàn)在線空間查詢和分析等操作。
三維GIS海量數(shù)據(jù)的交互式真實(shí)感可視化對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境也提出了特殊的要求，而且一些先進(jìn)的圖形卡和工作站已經(jīng)為此目的問世。除了一般的半沉浸式透視顯示方式以外，沉浸式真三維立體可視化平臺(tái)也越來越多地被用于三維GIS系統(tǒng)中。但隨著三維空間信息的普遍可得，越來越多的需求將是利用中低檔的桌面系統(tǒng)達(dá)到同樣的目的。因此，大多數(shù)研究還是主要針對(duì)普通個(gè)人計(jì)算機(jī)處理海量的三維GIS數(shù)據(jù)，而非SGI這樣大型的專用圖形工作站高端系統(tǒng)，畢竟此類系統(tǒng)還非常昂貴、難以推廣普及。特別值得關(guān)注的是中國四維測(cè)繪技術(shù)北京公司為此專門研制了系列大場(chǎng)景沉浸式真三維可視化硬件平臺(tái)，為三維GIS應(yīng)用提供了雙計(jì)算機(jī)雙投影儀、單工作站雙投影儀、單工作站四投影儀等不同的配置方案。
……
