Автор: Лиу Хиаошенга, Лиу Цхуанли (Liu Xiaoshenga, Liu Chuanli)
Автор перевода (с английского): А.А. Паршутина
Источник: School of Environmental & Construction Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, 86 HongQi Road, Ganzhou, Jiangxi
Источник (англ.): A study of three-dimensional spatial entity modeling
Для воссоздания объективного мира с помощью компьютера, эта статья во-первых, предлагает для различных видов местности такие модели, как контурная линия, TIN и RSG, методы интеграции модели TIN данных с RSG, сглаживание пересечения. Во-вторых, делает анализ по методам моделирования зданий, способам сбора данных, а затем вводит метод интегрирования местности и построение модели с помощью триангулярного алгоритма.
Традиционная двумерная ихнография может предложить большое количество географической информации и функций анализа этой информации. Но из-за ограничений модели данных, двумерная система имеет непреодолимые недостатки. Прежде всего, двумерная система использует плоские фигуры: точки, линии и плоскости, чтобы описать реальную сущность. Но поскольку мир трехмерный, традиционные двумерные системы хранят неполное описание многомерных пространственных данных. Поскольку двумерная система основана на символах, виртуальную реальность она описывает очень абстрактно и не имеет эффективных средств для перевода географических данных и результатов анализа в информацию, которая явно понятна пользователям, поэтому применение двухмерной системы во многих отраслях промышленности значительно ограничена.
Поэтому создание реальных и ощутимых трехмерных пространственных моделей объекта и реализация реалистичного воспроизведения трехмерной местности посредством знания о географических информационных систем и компьютерных науках является чрезвычайно актуальной работой.
Существуют различные объекты местности, такие как горные районы, дороги, здания и растительность и т. д. Для реалистичной реконструкции объективного мира в компьютере, одним видом трехмерного моделирования этих разнообразных объектов не обойтись. В настоящее время существует немало видов трехмерных моделей: объемная, поверхностная модель и т.д. Однако создать универсальную модель, чтобы удовлетворить различные требования системы, очень трудно.
В трехмерных ГИС реконструкции местности осуществляется по цифровой модели рельефа (ЦМР), которая включает в себя: модель контурной линии, модель регулярной квадратной сетки (RSG) и модель триангулированной нерегулярной сетки (TIN).
Различия этих трех моделей представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики моделей местности
Поскольку контур модели не может показать пользователю интуиционистской характеристики местности, то TIN и RSG принято использовать в качестве метода трехмерного моделирования.
По сравнению с TIN, RSG имеет следующие преимущества: простая структура данных, меньше памяти, удобный и эффективный анализ и расчет, прямой метод моделирования и так далее. С другой стороны, RSG имеет свои недостатки, например, несоответствие между характеристиками местности и обычных данных.
TIN в полной мере отражает характеристики местности. Эту модель данных используют для моделирования грубого рельефа местности. TIN также находит аппроксимирующую поверхность, которая будет удобна для упрощения модели местности. Конечно, эти преимущества привели к сложности хранения данных из-за большого объема информации.
Очевидно, что RSG и TIN имеют свои преимущества и недостатки, но ни одна из этих моделей не может полностью удовлетворить различные требования проекта, поэтому автор предлагает интеграцию этих двух методов для создания трехмерной модели местности. Это позволит создать более эффективную систему моделирования.
Построение выполняется в два этапа:
1. Cоздание TIN из дискретных точек высоты или контура;
2. Cоздания RSG из TIN путем интерполяции.
Всю местность, модель которой необходимо создать, делим на отдельные участки.
Таким образом, получаем участки с одинаковым уровнем высот и участки, на которых имеются значительные изменения рельефа.
Далее осуществляется моделирование с помощью TIN для районов, где местность значительно колеблется, и с помощью RSG равнинных участков.
Данный способ позволяет объединить высокую точность построения и небольшой объем данных.
Для создания TIN могут быть использованы различные способы. Например, можно получить данную модель из дискретных точек высот или контура.
Эту задачу можно выполнить с помощью 3D-модуля программного продукта ArcGIS.
Для моделирования наиболее реалистичной местности необходимо применять алгоритм интерполяции.
После моделирования отдельных участков с помощью TIN или RSG, их необходимо собрать воедино, а затем применить алгоритм сглаживания поверхности.
Внедрение метода интеграции модели регулярной квадратной сетки (RSG) и модели триангулированной нерегулярной сетки (TIN) более точно описывает местность, а также занимает меньше оперативной памяти.
1. LI Qingquan. Real-time acquisition, modeling and visualization of 3D spatial data [M]. Wuhan: Wuhan University book concern, 2003.
2. LI Zhilin, ZHU Qing. Digital Elevation Model[M].Wuhan: Wuhan University book concern, 2000.3, pp.1–2.
3. TAN Renchun, JIANG Wenping. Data acquirement and modelling of the building in 3D GIS[J] Engineering of Surveying and Mapping, 2003, 12(1). – 20–23.
4. ZHOU Xue-mei, Du Shi-pei. Research on Data Model Construction and Algorithm Design of 3D GIS Visualization [J]. Journal of Guizhou University of Technology (Natural Science Edition). 2003, 32(4). – 55–58.