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arcgis 二维地图和三维虚拟场景互动解决办法，很好的启发思维的方法。

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二维GIS与三维场景交互技术的研究与应用.pdf

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内容介绍

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta charset="utf-8"> <meta name="generator" content="pdf2htmlEX"> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/base.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/fancy.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/6253927474bc5c0105020fee/raw.css"> <script src="https://static.pudn.com/base/js/compatibility.min.js"></script> <script src="https://static.pudn.com/base/js/pdf2htmlEX.min.js"></script> <script> try{ pdf2htmlEX.defaultViewer = new pdf2htmlEX.Viewer({}); }catch(e){} </script> <title></title> </head> <body> <div id="sidebar" style="display: none"> <div id="outline"> </div> </div> <div id="pf1" class="pf w0 h0" data-page-no="1"><div class="pc pc1 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/6253927474bc5c0105020fee/bg1.jpg"><div class="t m0 x1 h2 y1 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">文章编号 :100723817</div><div class="t m0 x2 h3 y2 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x3 h3 y1 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">2007</div><div class="t m0 x4 h3 y2 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x5 h2 y1 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">0320018202 中图分类号 :P208 　　　文献标志码 :B</div><div class="t m0 x6 h4 y3 ff4 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0">二维 GIS 与三维场景交互技术的研究与应用</div><div class="t m0 x7 h5 y4 ff4 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">蓝秋萍 　李利军 　杨 　波</div><div class="t m0 x8 h6 y5 ff2 fs5 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x9 h7 y6 ff4 fs6 fc0 sc0 ls0 ws0">华中科技大学数字化工程中心 , 武汉市珞喻路 1037 号 ,430074</div><div class="t m0 xa h6 y5 ff2 fs5 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 xb h8 y7 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">摘 　要 　介绍了二维 GIS 和三维场景仿真各自优缺点 ,提出了通过互响应技术结合两者优点的方法以克服各自</div><div class="t m0 xb h8 y8 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的局限性 ,以灌区信息管理系统为例 ,实现了二维 GIS 和三维场景交互技术的具体应用。</div><div class="t m0 xb h8 y9 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">关键词 　二维 GIS;三维场景 ;互响应 ;灌区信息管理系统</div><div class="t m0 xc h8 ya ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">　　随着 GIS 技术在各个行业的应用推广 ,诸多灌区建立了</div><div class="t m0 x1 h8 yb ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">基于 GIS 的灌区信息管理系统 ,提高了灌溉和生活用水率以</div><div class="t m0 x1 h8 yc ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">及现代化灌区的管理水平。在实践中 ,二维 GIS 虽然有强大</div><div class="t m0 x1 h8 yd ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的分析功能 ,但损失了空间位置信息 ,不能完整反映客观世</div><div class="t m0 x1 h8 ye ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">界</div><div class="t m0 xd h9 yf ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">[1 ]</div><div class="t m0 xe h8 ye ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">;三维虚拟场景虽然克服了这个缺点 ,但是也存在场景</div><div class="t m0 x1 h8 y10 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">仿真技术不利于多元数据的管理以及对各种信息的处理与</div><div class="t m0 x1 h8 y11 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">分析。通过互响应机制相结合 ,二维 GIS 与三维场景仿真技</div><div class="t m0 x1 h8 y12 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">术可以扬长避短、更好地服务于应用系统。</div><div class="t m0 x1 ha y13 ff5 fs8 fc0 sc0 ls0 ws0">1 　二维 GIS 与三维场景交互前提</div><div class="t m0 xf h8 y14 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">二维电子地图和三维场景交互原理是通过互响应机制</div><div class="t m0 x1 h8 y15 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">实现二维矢量地图和三维虚拟场景的结合。由于二维电子</div><div class="t m0 x1 h8 y16 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">地图采用的是矢量地图 ,所以容易实现地图放大、缩小和地</div><div class="t m0 x1 h8 y17 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">物选择。而二者互响应的前提就是实现二维地图和三维虚</div><div class="t m0 x1 h8 y18 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">拟场景之间的一一映射 ,必须建立二者之间坐标系的惟一对</div><div class="t m0 x1 h8 y19 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">应或对应地物名称</div><div class="t m0 x10 h3 y1a ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x11 h8 y19 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">惟一的 ID</div><div class="t m0 x12 h3 y1a ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x13 h8 y19 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的一一对应。</div><div class="t m0 xf h8 y1b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">通过寻求中心点的方式 ,来实现二维三维坐标系的惟一</div><div class="t m0 x1 h8 y1c ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">对应。首先找出二维地图和三维场景中某一相对应地物或者</div><div class="t m0 x1 h8 y1d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">某个明显对应的点 ,通常选择二维和三维地图最左上方或最</div><div class="t m0 x1 h8 y1e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">左下方的点为坐标中心参照点 ,二维地图或三维场景中其他</div><div class="t m0 x1 h8 y1f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">任何一点都可以转换成与中心点的相对坐标 ,换算关系为 :</div><div class="t m0 x14 h8 y20 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">Δ</div><div class="t m0 x15 hb y21 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X =</div><div class="t m0 x4 hb y20 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x16 hb y21 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X - X</div><div class="t m0 x8 h9 y22 ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">Offset</div><div class="t m0 x17 hb y20 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x18 hb y21 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">/ n</div><div class="t m0 x14 h8 y23 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">Δ</div><div class="t m0 x2 hb y24 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">Y =</div><div class="t m0 x4 hb y23 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x19 hb y24 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">Y - Y</div><div class="t m0 x1a h9 y25 ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">Offset</div><div class="t m0 x1b hb y23 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x1c hb y24 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">/ n</div><div class="t m0 x1 h8 y26 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">式中 ,</div><div class="t m0 xb hb y27 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x1d hb y26 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X , Y</div><div class="t m0 x1e hb y27 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x1f h8 y26 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">为二维/ 三维中某点坐标值 ,</div><div class="t m0 x20 hb y27 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x21 hb y26 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X</div><div class="t m0 x22 h9 y28 ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">Offset</div><div class="t m0 x23 hb y26 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">, Y</div><div class="t m0 x24 h9 y28 ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">Offset</div><div class="t m0 x25 hb y27 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x26 h8 y26 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">为中</div><div class="t m0 x1 h8 y29 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">心参照点坐标值 ,</div><div class="t m0 x6 h8 y2a ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(Δ</div><div class="t m0 x2 hb y29 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X ,</div><div class="t m0 x27 h8 y2a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">Δ</div><div class="t m0 x28 hb y29 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">Y</div><div class="t m0 x4 hb y2a ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x19 h8 y29 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">为</div><div class="t m0 x29 hb y2a ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x2a hb y29 ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">X , Y</div><div class="t m0 x2b hb y2a ff6 fsa fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x1b h8 y29 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">点与中心参照点的相对</div><div class="t m0 x1 h8 y2b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">坐标 , n 为二维地图与三维场景的比例大小。</div><div class="t m0 x1 ha y2c ff2 fs8 fc0 sc0 ls0 ws0">2 　交互响应通信机制</div><div class="t m0 xf h8 y2d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">考虑到二维 GIS 模块和三维视景模块的高内聚、低耦合</div><div class="t m0 x1 h8 y2e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的特性 ,采用基于 Socket 通信技术的分布式交互响应机制来</div><div class="t m0 x1 h8 y2f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">实现。在该机制中 ,网络的 Socket 通信功能基于 C/ S 架构 ,</div><div class="t m0 x1 h8 y30 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">将二维子系统作为服务器端 ,三维子系统作为客户端。服务</div><div class="t m0 x1 h8 y31 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">器端向客户端发出各种控制指令 ,客户端在收到指令后再执</div><div class="t m0 x1 h8 y32 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">行 ,客户端也会向服务器端返回一些执行结果 。各种控制指</div><div class="t m0 x1 h8 y33 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">令必须事先定义好 ,在格式上服务器端和客户端都要一致。</div><div class="t m0 x1 h8 y34 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">具体的指令格式为 :</div><div class="t m0 x2c h7 y35 ff4 fs6 fc0 sc0 ls0 ws0">指令包含数据长度 指令代码 参数 1 参数 2 参数 3 …</div><div class="t m0 x1 h8 y36 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">其中 ,指令包含数据长度指导数据接收方如何接收数据 ;指</div><div class="t m0 x2d h8 ya ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">令代码表明该条指令执行什么操作 ,接收方即是通过该代码</div><div class="t m0 x2d h8 yb ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">做出对应的响应 ;参数 1、2 代表示指令需要的参数列表。如</div><div class="t m0 x2d h8 y37 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">发送设置视点位置指令时 ,后面的三个参数分别是 X 、Y 、Z</div><div class="t m0 x2d h8 y38 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">坐标值。当然也存在着指令无参数的情况 ,如指示客户端退</div><div class="t m0 x2d h8 y39 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">出时 ,就不需要发送参数。</div><div class="t m0 x2d ha y3a ff5 fs8 fc0 sc0 ls0 ws0">3 　系统实现平台</div><div class="t m0 x2e h8 y3b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">灌区信息管理系统由信息管理系统</div><div class="t m0 x2f h3 y3c ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x30 h3 y3b ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">IMS</div><div class="t m0 x31 h3 y3c ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x32 h8 y3b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">、地理信息系</div><div class="t m0 x2d h8 y3d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">统</div><div class="t m0 x33 h3 y3e ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x34 h3 y3d ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">GIS</div><div class="t m0 x35 h3 y3e ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x36 h8 y3d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">和决策支持系统</div><div class="t m0 x37 h3 y3e ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x38 h3 y3d ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">DDS</div><div class="t m0 x39 h3 y3e ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x3a h8 y3d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">三部分组成。其中决策支持</div><div class="t m0 x2d h8 y3f ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">系统是整个管理系统的核心 ,也是管理系统追求的最高目</div><div class="t m0 x2d h8 y40 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">标。将二维 GIS 与三维场景仿真技术结合 ,实现灌区二维电</div><div class="t m0 x2d h8 y41 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">子地图、三维电子沙盘、动画到场景仿真的结合 ,使得决策模</div><div class="t m0 x2d h8 y42 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">型和专家系统实现可视化 ,提高了管理效率。具体在系统中</div><div class="t m0 x2d h8 y43 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">采用切分窗口 ,左边是二维电子地图 ,右边是三维虚拟场景 ,</div><div class="t m0 x2d h8 y44 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">通过互响应机制达到二者的双向通信。</div><div class="t m0 x2e h8 y45 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">二维 GIS 采用 ESRI 公司的 ArcObjects 组件 ,该组件是</div><div class="t m0 x2d h8 y46 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">一种集成的面向对象的地理数据模型的软件组件库 ,提供了</div><div class="t m0 x2d h8 y47 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">Arc GIS 中全部功能 ,可以实现电子地图管理、查询、分析、制</div><div class="t m0 x2d h8 y48 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">图等功能。采用三维实时驱动函数库 Vega ,在 VC</div><div class="t m0 x3b h9 y49 ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">+ +</div><div class="t m0 x3c h8 y48 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">下设计</div><div class="t m0 x2d h8 y4a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">并实现三维场景仿真。Vega 是一种用于实时仿真于虚拟现</div><div class="t m0 x2d h8 y4b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">实应用的高性能软件 ,由被称作 LynX 的图形化用户接口</div><div class="t m0 x2d h8 y4c ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">Vega 库组成 ,可以方便使用者以最快的速度开发新的虚拟</div><div class="t m0 x2d h8 y4d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">现实应用 ,缩短了开发时间</div><div class="t m0 x3d h9 y4e ff2 fs7 fc0 sc0 ls0 ws0">[3 ]</div><div class="t m0 x3e h8 y4d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">。</div><div class="t m0 x2d ha y4f ff5 fs8 fc0 sc0 ls0 ws0">4 　互响应具体功能设计与实现</div><div class="t m0 x2e h8 y50 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">二维 GIS 与三维场景的交互主要在二维、三维交互查询</div><div class="t m0 x2d h8 y51 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">与漫游和以二维触动三维灌区场景中重点地物的仿真两个</div><div class="t m0 x2d h8 y52 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">方面。其中交互查询与漫游的功能有 :视域同步、交互查询</div><div class="t m0 x2d h8 y53 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">和交互漫游 ;地物仿真的功能有 :渠系设计与交互仿真、闸门</div><div class="t m0 x2d h8 y54 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">控制场景交互仿真和洪水淹没交互分析与显示。</div><div class="t m0 x2e h3 y55 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">1</div><div class="t m0 x3f h3 y56 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x40 h8 y55 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">二维、三维交互查询与漫游。</div><div class="t m0 x2e h8 y57 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">视域同步。实现二维地图与三维场景的同步移动 ,即二</div><div class="t m0 x2d h8 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">维</div><div class="t m0 x33 h3 y59 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x41 h8 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">三维</div><div class="t m0 x42 h3 y59 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x43 h8 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">改变观察者位置后 ,相应的三维</div><div class="t m0 x44 h3 y59 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x45 h8 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">二维</div><div class="t m0 x32 h3 y59 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 x46 h8 y58 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">也转到对应</div><div class="t m0 x2d h8 y5a ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">的位置。并可在二维地图上自定义视点位置 ,三维场景将转</div><div class="t m0 x2d h8 y5b ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">到该视点位置之上。</div><div class="t m0 x2e h8 y5c ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">交互查询。实现通过鼠标或键盘等方式选择三维场景</div><div class="t m0 x2d h8 y5d ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">中的地理实体后 ,该实体的属性信息将以表格的形式显示在</div><div class="t m0 x2d h8 y5e ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">三维场景中。在查询的同时 ,灌区二维电子地图将定位到相</div><div class="t m0 x47 hc y5f ff2 fs8 fc0 sc0 ls0 ws0">81</div><div class="t m0 x48 h8 y60 ff4 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">测绘信息与工程 　Journal of Geomatics J un. 2007 ; 32</div><div class="t m0 x49 h3 y61 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">(</div><div class="t m0 x4a h3 y60 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">3</div><div class="t m0 xa h3 y61 ff2 fs1 fc0 sc0 ls0 ws0">)</div><div class="t m0 xb hd y62 ff7 fs0 fc1 sc0 ls0 ws0">© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net</div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.648846,0.000000,0.000000,1.648846,0.000000,0.000000]}'></div></div> </body> </html>