【文章內容簡介】 圓柱體、圓錐等）的組合體，這樣建立的模型逼真度差。 無法表達實體間的空間關系 由于三維場景所需處理的數(shù)據(jù)量相當龐大，所以，大多數(shù)相關軟件為了能夠在一般的PC機上正常運行，采用了不具有拓撲關系的建模技術。 難以快速顯示大范圍場景 三維虛擬現(xiàn)實大范圍場景，所需處理的數(shù)據(jù)量是相當龐大的，所以在一般的PC機上是難實現(xiàn)的，或者是無法快速顯示的。因而很多三維場景系統(tǒng)顯示小范圍場景效果非常好，顯示大范圍場景時，則無法運行。 2 數(shù)據(jù)獲取 第三維空間數(shù)據(jù)在這里主要是指地物高度和紋理數(shù)據(jù)。如何獲取這些數(shù)據(jù)是目前三維虛擬現(xiàn)實區(qū)域地形圖的一個難點。現(xiàn)在我們概述一下獲取這些數(shù)據(jù)的一些常用方法。參考文獻為：孫敏，[J] .測繪通報，2000年，第11期 。 第三維空間數(shù)據(jù)獲取 一、建筑物高度數(shù)據(jù)獲取 建筑物高度數(shù)據(jù)獲取，目前主要有如下幾種方式： 1）在2DGIS數(shù)據(jù)庫基礎上按層數(shù)粗略求算建筑物高度。這種方法獲取的建筑物高度數(shù)據(jù)只是一個估計值，且所有建筑物只能用平頂表達，或者人為地加一個修飾性屋頂（如上圖（a））。 2）用人工或半自動的方式借助軟件基于影像獲?。ㄒ越ㄖ镂蓓敂?shù)據(jù)為主）。通過該方法獲取的數(shù)據(jù)重構的建筑物形狀接近實際，但工作量仍然很大（如上圖（b））。 3）以研究算法為主，從影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。這是一種高效的方法，但目前還不適于進行大批量數(shù)據(jù)的自動處理（如上圖（c））。 4）用Airborne Laser Scanner結合空中影像，經(jīng)過算法處理提取建筑物高程、紋理以及其他數(shù)據(jù)；該方法獲取速度快，但后續(xù)處理工作量大，費用可觀，是一種很有發(fā)展前途的方法 （如上圖（d））。 5）用Laser ranger finder結合CCD相機從地面獲取建筑物高度及紋理數(shù)據(jù)；該方法獲取速度快、但工作量大，且后續(xù)處理工作量也很大。 二、紋理數(shù)據(jù)獲取 由于航空影像很容易得到，因此地形紋理與建筑物頂部紋理較易獲取，相對而言建筑物側面紋理的獲取遇到了與建筑物高度獲取同樣的問題，目前學者們提出的獲取方法可以概括為如下幾種： 1）由計算機做簡單模擬繪制。這種方法采用了矢量紋理，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)量少、建立的模型瀏覽速度快，但缺乏真實感 （如上圖（d））。 2）地面攝影像片直接提取。這種方法需要用相機拍攝大量的建筑物側面照片，其獲取速度慢，且涉及數(shù)據(jù)量大，后續(xù)處理工作量也很大，但所建模型真實感強 （如上圖（b））。 3）根據(jù)攝影像片由計算機生成。對具有相似的紋理的建筑物，使用計算機提取其特征紋理，對這些建筑物進行批系統(tǒng)中獲取這些數(shù)據(jù)的方法。 系統(tǒng)獲取第三維空間數(shù)據(jù)方法 數(shù)字測圖系統(tǒng)MAPSUV+全站儀（外業(yè)，軟硬件）采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)字測圖系統(tǒng)MAPSUV （內業(yè)，軟件）處理后的文件SUV是數(shù)字測圖成果三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。 從SUV文件中可獲取的信息有： DEM，地物的平面幾何要素，居民房屋的層數(shù)。 第3維空間數(shù)據(jù)地物高度和，無法獲取。如何獲取這些數(shù)據(jù)成了一個難點。 為了自動化地、快速地生成一種簡單的與MAPSUV系統(tǒng)生成的平面圖完全對應的三維圖象，我們最終采用了下述方法： 一、地物高度數(shù)據(jù)的獲取 從SUV文件中獲取房屋層數(shù)，植被及其它地物根據(jù)其所表示現(xiàn)實中地物的常規(guī)高度賦予高度值，這個高度值用戶可以修改。 二、紋理數(shù)據(jù)的獲取 系統(tǒng)自動地根據(jù)編碼，給每種地物分配一定的紋理數(shù)據(jù)。用戶可以進行實地拍攝提取紋理，然后修改地物紋理信息。如上圖，一個植被編碼對應一個紋理文件（植被圖片文件），一個房屋對應兩個紋理文件：屋頂和墻面。 3 數(shù)據(jù)建模 當前三維建模方法可分為基于圖形的三維虛擬現(xiàn)實和基于圖像的三維虛擬現(xiàn)實；按開發(fā)語言可分為基于OpenGL的三維虛擬現(xiàn)實、基于DirectX的三維虛擬現(xiàn)實和基于Internet的三維虛擬現(xiàn)實。 三維模型的幾何描述 一、邊界表示法（BR法：Boundary Representation Scheme） 邊界表示法是以物體邊界為基礎的定義和描述三維物體的方法，它能給出完整和顯式的界面描述。邊界表示的數(shù)據(jù)結構一般用體表、面表、環(huán)表、邊表和頂點表5層描述。 更多描述 邊界表示法強調物體外表的細節(jié)，詳細記錄構成物體的所有幾何元素的幾何信息及其相互間的聯(lián)接關系即拓撲信息。邊界表示的缺點是數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)關系復雜。它對物體幾何特征的整體描述能力弱，不能反映物體的構造過程和特點，也不能記錄物體的組成元素的原始特征。目前邊界表示是三維模型表示中使用最廣泛的表示方法之一。 邊界表示法的關鍵是如何表示一個3D表面。表面的表示方法大致分為代數(shù)表示和參數(shù)表示兩種，代數(shù)表示又分為隱式表示和顯式表示。 顯式表示為：S＝{（x，y，z）∶z＝f（x，y）} 隱式表示為：S＝{（x，y，z）∶F（x，y，z）＝0} 參數(shù)表示為：S＝{（x，y，z）∶x＝h（u，v），y＝g（u，v），z＝f（u，v）} 與邊界表示法類似的還有線框表示法（Wire Frame Representation），它通過一組定義邊界的邊界來表示對象形狀。這種方法的優(yōu)點是它的表達能力取決于線表示所能允許的復雜程度，簡化了模型的生成，提供了一個大的域。缺點是對象的表示不唯一，與此相聯(lián)系的是不能生成高效的顯示，不能計算整數(shù)特征以及不能唯一定義空間。 二、結構實體幾何表示法（CSG法：Constructive Solid Geometry） CSG表示的基本概念是由Voelcker和Requicha提出的，它是一種由簡單的幾何形體（通常稱為體素，例如球、圓柱、圓錐等）通過正則Boolean運算（并、交、差）構造復雜三維物體的表示方法。用CSG方法表示一個復雜物體可以描述為一棵樹，樹的葉結點為基本體素，中間結點為正則集合運算，這棵樹稱為CSG樹。其具體定義如下： 樹中的葉結點對應于一個體素并記錄體素的基本定義參數(shù)； 樹的根結點和中間結點對應于一個正則集合運算符； 一棵樹以根結點和中間結點作為查詢和操作的基本單元，它對應于一個物體名。 用CSG樹表示一個復雜物體比較簡潔，它所表示的物體的有效性是由基本體素的有效性和集合運算和正則性而自動得到保證的。由于CSG樹提供了足夠多的信息以判斷空間任一點在它所定義的體內、體外或體的表面上，因此它可以唯一地定義一個并支持對這個物體的一切幾何性質的計算。 CSG表示法構造幾何形體時，先定義體素，然后通過正則集合運算將體素拼合成所需要的三維物體。所以一個幾何體可以看成是拼合過程的成品。其特點是信息簡單，處理方便，無冗余的幾何信息，并詳細記錄了構成幾何物體的原始特征和全部定義參數(shù)，必要時還可以在物體和體素上附加各種屬性。CSG表示的主要缺點是不具備物體面、環(huán)、邊、點的拓撲關系；另外物體的CSG表示不具有唯一性。即CSG表示的物體具有唯一性和明確性，但一個三維物體的CSG表示和描述方式卻不是唯一的。 綜上分析，CSG方法通過預定義的模型單元來表示空間物體，這些單元具有規(guī)則的形狀，如：立方體、圓柱體、圓錐體等；單元間的關系主要是布爾操作。CSG方法的優(yōu)點是模型關系簡單，便于顯示和數(shù)據(jù)更新，缺點是空間分析難以進行。而Brep表示精確描述構成物體邊界的點、線、面和體四種類型元素，通過結點幾何位置以及元素間的拓撲關系完成物體的幾何描述。Brep方法適用于空間操作和分析，但存儲空間占用多，計算速度較慢。 基于二維矢量數(shù)據(jù)的三維實體建模 鑒于本章所研究的系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)源為二維電子地圖，所以我們在下面概述的建模技術是基于二維矢量數(shù)據(jù)（這里僅指二維地圖）的實體建模。三維實體主要是建筑物、植被和道路等。 一、建筑物的三維建模 建模方法一：建筑物可以看作屋頂面和各個鉛直外墻面的組成。在已知區(qū)域邊界坐標和房屋高的參數(shù)下，可直接構造房屋的