二三维一体化在Skyline与SuperMap6R中的实现对比.doc

二三维一体化在skyline与supermap6r中的实现对比2011年6月第9卷第3期地理空间信息,ll,il_,illli)ili),jun.,2011vo1.9.no.3二三维一体化在skyline与supermap6r中的实现对比陈鹏,林鸿,张鹏程,吴素芝,宋杨(广卅i市城市规划勘测没计研究院城市地理信息中心,广东广州560060)摘要:gis技术的不断进步促进了二三维一体化技术的发展.针对该技术对比了两类软件平台:skyline和supermap6r,分析了两类平台各自的技术特点以及二三维一体化实现技术,实现了三维数据网络发布,并得出结论.关键词:gis;二三维一体化;真空问;三维可视化中图分类号:p20,文献标志码:b文章编号:l4623(ij030fl(5一(14二维gis技术历经了一个比较长的发展过程,从最早的桌面式gis经过组件式gis,webgis发展到目前的服务式gis,其技术体系已经发展得非常成熟,二维gis具有强大的二维空间查询分析统计功能,灵活多样的应用形式,但是对于日益兴起的三维g1s应用,二维gis已略显疲态.随着技术发展和用户需求的相互促进,三维gis技术已成为当前gis技术发展的潮流,大有山雨欲来风满楼之势,三维gis技术的快速发展正引领着新一代gis技术和应用的巨大变革.虽然当前三维gis发展迅速,但由于现有常见三维gis平台的定位不同,存在着许多的应用缺陷.首先,在数据上,三维gis存在与二维gis数据不兼容的状态,通常三维gis系统为应对不少基于二维gis空间统计分析应用,不得不另外再建立一套二维gis系统配套使用,这就造成一种应用上的割裂;其次,大部分三维gis产品主要是由非gis专业厂商建立,对于gis方面的功能比较缺失,导致一些在二维gis比较普通的应用在三维环境下无法进行.正是由于存在上述数据,应用方面的矛盾,二三维一体化技术开始兴起.1二三维一体化技术要点及应用现状1.1_二三维体化技术要点1)地理空间数据一体化:二三维一体化技术就是要将二维和三维信息统一到球面这个真实的地理环境中去,将所有的数据都转换为真实的地理空间坐标进行发布.在这种空间中,二维和三维信息都可以直观地进行展示.2)数据存储和管理一体化:数据存储一体化问题必须采用合适的空间数据库技术来高效地,一体化地收稿日期:l,ilj1(1iii贞目采溉:.-r存储和管理二,三维空间数据,并且达到二维数据无须通过预处理,可以直接在三维产品中使用.二维的线,面数据,可以通过指定高度,快速动态建模成三维的立体对象.同时,还可以在二维窗口中显示三维数据(三维数据退化二维,模型以快照的方式显示),真正实现了二,三维数据一体化,彻底解决了以往一个系统,两套数据的问题.3)查询和分析一体化:在二三维一体化技术体系下,二维的大部分查询(包括属性查询,空间查询),分析功能都可以在三维系统中使用,同时新的三维产品还会提供通视分析,淹没分析,三维量算等一些真三维空间的分析功能.1.2应用现状目前,二三维一体技术的应用方式如下:在三维gis基础软件功能还不够完善的情况下,一般采用了二维gis基础软件和三维gis基础软件相结合的方式进行应用系统开发.一方面二维gis提供管理能力,另一方面三维可视化软件具有良好的可视化效果,把二者结合进行应用系统开发,这在一定程度上实现了二三维系统的整合这种二三维一体化应用方式也存在问题,拥有优秀可视化效果的三维软件的厂商往往缺乏强大,成熟的二维gis软件,而主流的二维gis平台厂商的三维软件又不如人意.所以,应用在开发上不得不整合分别来自不同厂商的二维gis软件和三维软件,但又由于二者在数据模型,数据结构和系统架构上都不一致,以至于应用系统的二维和三维部分貌合神离,甚至同样的数据要在2种软件中分别存储一份,不仅增加了数据冗余,而且增加了数据更新维护的代价.?66?2实现二三维一体化技术的两大平台目前,在二三维一体化技术的应用上,不同的平台有着各自的特点,本研究采用了目前业界认可度较高,应用较为广泛的两大平台一skyline平台与supermap平台进行二三维一体化技术实现效果的作为性对比,并分析各自平台在二三维一体化技术应用上的优缺点,对生产单位实现二三维一体化技术的解决方案提供有价值的借鉴.2.1skyrline平台下的二三维一体化技术skyline软件是利用航空影像,卫星数据,数字高程模型和其他的2d或3d信息源,包括gis数据集层等创建的一个交互式环境.它能够允许用户快速地融合数据,更新数据库,并且有效地支持大型数据库和实时信息流通讯技术,此系统还能够快速和实时地向用户展现3d地理空间影像.2.1.1skyline平台应用特点1)支持gis数据.这里指的对于gis数据的支持主要表现在对于gis系统下常用的shape数据格式的支持,相较其他的三维信息平台而言,skyline平台对于shape数据的支持非常全面,shape数据可轻松导入到skyline平台,通过流的方式加载,可以支持较大的shape文件以及任何符合0gc规范的gis数据图层.对于gis数据的有效支持是保证skyline平台下-/2.维一体化应用的基础.2)具有强大的三维空间信息展示能力.skyline平台利用其独有的mpt三维数据库文件支持海量地形地貌高细节展示,同时还可加载大量三维模型数据,广州数字详规项目利用skyline平台可展示中心城区接近300km.的城区精细模型.3)可订制的应用开发.在系统二次开发应用方面,skyline向开发者提供较为完善的二次开发组件,这些组件可方便嵌入到其他订制开发的系统或与其他组件协同使用开发.skyline平台的这些特点使得skyline平台在二三维一体化应用上具备较大的技术优势2.1.2skyline平台的二三维一体化应用技术路线1)二三维数据分开展示方式.二三维数据分开展示方式违背了二三维显示一体化的原则,但是这种方式可以弥补skyline平台操作二维gis数据的不足,在skyline平台,二维数据的查询分析与制图输出等功能基本无法使用,在这种情况下,采用强大的二维gis底层控件配合skyline平台进行-5-.维一体化的应用是一种比较可行的方式.具体实现方式如下:系统平台采用2套控件,其中arcgisengine(arcengine)负责底层二维gis数据相关操作以及显示,skylineterraexplore控件负责三维数据的操作与显示.底层二维gis数据只需保留一套,同时为arcengine和skyline服务,其中arcengine实现二维gis数据查询,统计,分析操作,skyline控件实现三维数据显示,三维空间分析等操作,二维数据的查询服务可应用于三维数据,二者通过地理坐标进行关联操作.这种二三维一体化系统构建方式虽然在显示上采取了二,三维分别显示的方式,但是底层的二维数据还是一体的,2种不同的控件充分发挥各自平台下的优势,将二维g1s功能和三维可视化功能进行充分发挥,可满足不同应用的需求.我们院采用这种建设路线建立了炭步三维地理信息平台和广州规划三维数字平台系统(见图1).图l二三鼬数据分开展示方式2)二三维数据一体化展示方式.二三维数据一体化展示方式实现了二三维一体化中最重要的显示一体化,这种方式将二维数据和三维数据统一在一个三维窗口里进行展示,用户可以图层控制的方式方便的控制二维数据和三维数据的显示(见图2)._-一.-?_r一一_-n?n一,l一_-一寮攫鞫_蓬墼图jb一_e!h一t=!一裹i臣日圈图2二二=臻数体化腱不万式在skyline平台中,skyline对于二维gis数据格式的支持比较全面,可以方便地导入shp数据和dxf矢量数据,通过流方式导入矢量数据可以极大提高系统可视化效率.但是skyline平台对于二维数据的查询,分析,统计等常规功能支持不够,这些功能必须通过i=奠鳕化戎m与lll1c中的实现对比67深度开发才可能实现.具体实现方式如下:确定二维数据主要为shp格式,shp数据导入到平台之后,所有的功能开发可针对shp数据来进行,对于信息查询,属性编辑以及信息统计操作,我们可以通过普通的数据库查询,编辑方式来实现,而对于二维gis数据空间分析,以目前技术水平来看还存在瓶颈.2.2supermap平台下的二三维一体化技术supermapgis6r的推出代表着supermap平台最关键与最新的技术创新,这里的r指的就是realspace,也就是真空间技术.realspace的技术创新主要体现在对三维数据的管理和表达,同时还体现在对二维数据的管理与表达,realspace技术真正面向地理空间二三维一体化,二三维数据存储管理一体化,二三维查询分析一体化,二三维显示一体化以及_2-2_.维产品封装一体化,可灵活订制开发,获得超乎寻常的软件自由度.2.2.1supermap6r平台技术特点1)统一的内核技术(统一的数据模型).统一内核技术(如图3所示)对于二三维一体化开发应用有着主要的意义,基于统一的内核,无论对于二维数据还是三维数据而言,不需要具体进行区别对待,可统一作为空间数据来看待,这样,方便了数据的管理与存储.,一!-j.2)多源数据集成.多源数据集成其实还是意味着数据系统的大统一.supermapgis的多源空间数据无缝集成(sims,seamlessintegrationofmultisourcespa-tialdata)技术,无需转换就可以直接访问多种格式的数据.除supermap本身的数据格式以外,还支持直接访问dwg,dxf和dgn等矢量数据格式,以及bmp,jpeg,tif,raw等栅格数据格式.该技术具有多格式数据直接访问,格式无关数据集成,位置无关数据集成和多源数据复合管理等特点.3)完善的空间分析功能.完善的空间分析功能意味着实际用户可以在三维环境下对于二维,三维空间信息数据进行空间分析,这就完全摆脱了三维可视化信息系统花瓶的骂名,这为二三维一体化技术的实用化打下坚实的技术基础.2.2.2supermap6r平台的技术路线1)二维gis数据导入.由于supermap6r技术本身由gis技术发展而来,那么对于传统二维gis数据支持没有任何障碍,在数据整理过程中,这类数据仅仅导入即可,需要注意的是,为满足supermap的真三维环境,目前数据地理坐标系仅支持wgs一84坐标.2)三维数据导入.对于地形地貌,仅导入对应的dem文件和对应的影像文件即可.而对于三维模型数据则需要通过一定的处理步骤.其步骤如下:安装supermap的3dmax9插件(该插件目前仅支持3dmax9);打开3dmax模型;换算模型原始坐标为wgs.84坐标;将模型坐标归0;打开supermap插件进行导出,导出时需要设置模型wgs.84坐标参数;在supermapdesktop中调入导出的三维模型数据.导入模型之后,数据基础工作已经完成.理论上,如果需要一些桌面软件没有提供的功能,只需进行二次开发就能够完成实际目标了.图4为超图平台导入数据后的一体化效果.蔓.-6譬j,二二撕i-e效臻x了姥这里的可视化效果特指三维可视化效果,从图5截图视觉感观上,2个平台的表现能力整体相当.3.2允许效率比较两平台在三维可视化运行效率上差别较大,skyline在大场景的三维模型展示上表现非常流畅,在进行测试的过程中,skyline平台地形地貌数据(mpt)数据量达到500g,模型数据量接近160g,在测试计算机?68?地理莹州信鱼tj巷第3期上运行基本流畅,稳定(大于15祯/s),而超图平台在三维可视化运行效率上相对比较低下.超图测试数据地形地貌数据2g左右,模型数据500m左右,而在场景渲染过程中只有不到7祯/s渲染速度,远落后于skyline.究其原因是因为skyline在三维场景优化上采用了比较先进的lod技术,地形地貌数据采用金字塔分级技术,显示效率基本可以达到与数据量无关,模型显示上采用了4级lod分级显示,同时通过视场灵活调度模型的显示和剔除.3_3开发难度比较两平台在二次开发上均比较灵活,两者都是采用的组件式开发技术,均可采用c+,.net等流行的开发技术进行二次开发.skyline平台通常采用.net平台进行二次开发,也可以采用c+进行开发,但其接口封装程度较高,开放程度较低,其基本功能开发比较容易,而高级功能开发工作量比较大,特别是与二维数据相关的操作功能开发如二维数据的查询,编辑,二维gis空间分析,统计等功能完全需要从底层开发,难度比较高.supermap平台通常也采用.net平台进行开发,除.net平台外,supermap还可跨平台采用java技术,supermap平台底层控件开放程度相对更高,开发方式异常灵活,如涉及到二维gis相关功能开发直接采用其提供的接口即可完成相应功能,这得益于supermap平台的真空间理念以及比较优秀的底层架构设计.因而开发难度上supermap优于skyline.在价格上supermap相对skyline平台会便宜很多.4结语通过对两个平台的深入对比研究,得出下列结论,二者在二三维一体化显示层面上都已经可以满足实际的应用需要,但是在数据管理的一体化上supermap平台优于skyline平台.在可视化效果上,老牌的skyline平台性能较高,而在技术理念上supermap更接近真正意义上的二三维一体化,其未来发展潜力巨大.同时,这两个平台对于三维场景环境下的二维数据空间分析都显不足,supermap宣称的二维空间分析技术在此次试验过程中难以重现,相信其产品未来版本的升级会解决这类问题.总体而言,sk)rline较为优秀的大场景三维可视化效率令人印象深刻,在更多的实际项目应用中应该更具备实用价值,而刚刚推出的supermap6r技术虽然在可视化效率不尽如人意,但其完整的架构体系为二三维一体化技术打下了良好的基础,相信随着三维可视化技术的提高,这一缺点会