三维地学建模与可视化-概述

2）2.5维的空间分析与可视化应用：DEM的应用 3）准三维（2.75维）和真三维空间分析与可视化：
GIS是空间信息系统发展的基础和重要组成， 空间信息系统是GIS 发展的延拓，其研究对象由 地形、地表扩展到地下空间及地形、地表与地下 集成空间
1.2 地学三维空间信息系统
地学三维空间信息系统研究三维空间信息采 集、描述、组织、表达、建模、分析与可视化过 程。目前形成了两大并行发展的支流： 1）3DGIS：以地球表面及其上自然地理实体、人工 构建实体为研究对象的三维地理信息系统 2）3DGMS：3D geoscience modeling system，是 以地球表面及其下自然地质实体、人工开掘实体 为研究对象的三维地学模拟系统
3DGIS：将三维空间坐标（x,y,z)作为独立参数进行 空间实体对象的几何建模，其数学表示为: F=f(x,y,z)，所建立的模型不仅可以实现真三维可 视化，而且可以进行三维空间分析。
由于缺少三维数据模型与数据结构的支持，现 有的商用GIS系统难以执行三维空间操作与分析， 三维空间信息的有效表达与可视化处理受到严重 制约，目前还没有真正的“3DGIS”系统。研究 议题包括：三维空间数据模型、三维拓扑数据模 型、三维空间数据库、三维空间查询与三维可视 化。
（1）基于对象的地学认知模 型 （2）基于网络的地学认知模 型 （3）基于域的地学认知模型 表达： 矢量数据模型 栅格数据模型 混合数据模型
1.2 地学三维空间信息系统
从描述对象的数据角度空间信息系统发展过程 可分 为：
1）以二维数据描述地理对象：数据库管理与机助制 图，具有平面制图和平面分析功能。
（地质、矿山）领域的应用与发展，GIS 向上已 渗透到大气层及地球的外层空间，向下进入地球 内部岩石圈以内。
从学科融合与交叉的角度，一些学者把涉及地 球内部、表面及外部的系统通称为地学系统。
GIS研究范围的拓展与地学系统
天气
地上
空气质量
地表 地下
地下 商场
地铁
地下 停车场
人防 工程
地下管线
地下构造与自然资源
表达其内部属性。
地形二维可视化表达
同一地区不同条件下地貌晕渲图
地貌晕渲加等高线明暗图
源自文库 地面DTM
System Geomatics
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考核方式
• 选一篇相关的英文文章翻译，英文不少 于10页；
• 提交地学信息三维建模与可视化实例或 进展报告，参考文献不少于20篇。
1 概述
地学系统与地学认知模型 地学三维空间信息系统 3DGIS与3DGMS 三维地学建模 地学三维可视化
1.1地学系统与地学认知
三维地学建模与可视化
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主要内容
• 三维地学建模概述 • 三维空间数据获取方法 • 面向地学的三维空间模型与算法 • 数字地形建模与地物建模 • 三维地质显式建模与隐式建模
参考书
1. 史文中，吴立新，李清泉，王彦兵，杨必胜. 三维空间信息系统模型与算法. 电子工业出版社， 2007 其它根据实际项目撰写的有关地学三维建模书籍：
1.3 三维空间构模现状
空间维数分析:
2DGIS 2.5DGIS 准(quasi)3DGIS：2.75DGIS 、假3DGIS 准3DGIS、准3DGMS
只描述空间实体的外部轮廓，不表达其内部目标拓扑 关系及属性。
真3DGIS（有争议）、真3DGMS 以体元的方式在描述三维空间实体外部轮廓的同时，
传统的GIS涉及范围主要在岩石圈和大气圈之 间，即地球表面。
1.1地学系统与地学认知
1）地理系统与GIS的研究范围
GIS不仅仅是一个技术实现，而是与计算机科学、地理学、 测绘学密切相关的一门科学。
-Goodchild，1992年
GIS是地理信息学方法的一种实现手段，它作为集计算机
科学、测绘遥感学、地图制图学、地理学、环境科学、空
1.1地学系统与地学认知
3）地学认知与认知模型 地学认知是指人类如何认识自己赖以生存的地
学环境，包括位置、分布、关系、变化和规律等。 根据GIS数据处理与组织方式，目前，地学认
知模型大体分为三类： （1）基于对象的地学认知模型 （2）基于网络的地学认知模型 （3）基于域的地学认知模型
地学认知与GIS表达
间科学、信息科学和管理科学为一体的边缘学科，是以解
决资源与环境等全球性问题而迅速发展起来的科学和产业，
是对整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地
理分布有关的数据进行采集、存贮、管理、分析和描述的
空间信息系统。
-李德仁，1994
1.1地学系统与地学认知
2）GIS研究范围的拓展与地学系统 随着GIS在气象等涉及全球变化以及地下工程
2. 焦养泉，朱培民，雷新荣，杨生科等. 地学空 间信息三维建模与可视化-鄂尔多斯盆地及相关领 域的实践. 科学出版社，2006 3. 毛先成，邹艳红，陈进，赖建清，彭省临.隐伏 矿体三维可视化预测.中南大学出版社，2011
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主要期刊杂志
测绘学报 测绘通报 地理学报 地理信息科学 Computer & Geoscience International Journal of Geographical Information
地学 Geoscience 可理解为geography、geology、geophysics、 geodesy、geo-engineering等涉地学科（前缀为 geo-）的统称。
1.1地学系统与地学认知
1）地理系统与GIS的研究范围 地理系统主要涉及地球表层空间，按层次分为
岩石圈、水圈、生物圈、大气圈和电离层，它们 在空间上有交叉。
3DGMS是随着科学可视化技术和地质信息计 算机模拟技术而发展起来的。针对传统的地质信 息模拟和表达方法（平面图、剖面图、透视图） 的不足与缺陷，直接从三维空间的角度去理解和 表达地质体和地质环境。
将三维空间坐标（x,y,z)作为参数进行空间实 体对象的几何建模。 3DGMS多以三维空间构模 和地学可视化为主，拓扑空间关系考虑较少。但 由于3DGMS以体元构模为主，离散化为栅格模型 表达属性应用较多。因此，国外、国内都相继推 出了一批在矿山、岩土与地质领域广为应用的 3DGMS软件