开发三维GIS（PC端）：地形分析、数据可视化的功能
一、地形分析功能
（一）地形数据获取与预处理
1. 多种数据源支持
– 开发三维GIS（PC端）时，地形分析功能首先要能够获取多种来源的地形数据。这包括传统的等高线地形图数据，例如从测绘部门获取的纸质地形图数字化后的等高线数据。这些数据可以通过矢量数字化的方式输入到系统中，成为地形分析的基础。
– 还可以支持卫星遥感影像数据，像来自于高分系列卫星的影像。系统能够对这些影像进行解译，提取出地形的高程信息。此外，机载激光雷达（LiDAR）数据也是重要的数据源，它可以精确地获取地表的三维坐标信息，为构建高精度的地形模型提供数据支持。
2. 数据预处理
– 一旦获取到地形数据，就需要进行预处理。对于等高线数据，要进行拓扑检查和修复，确保等高线之间的连接关系正确，以避免在生成地形模型时出现错误。
– 针对遥感影像数据，需要进行辐射校正和几何校正。辐射校正可以消除由于传感器本身、大气等因素造成的影像辐射误差，几何校正则能将影像纠正到正确的地理位置上。对于LiDAR数据，要进行滤波处理，去除植被、建筑物等非地面点，从而得到准确的地面点云数据。
（二）地形建模
1. 数字高程模型（DEM）构建
– 基于预处理后的地形数据，可以构建数字高程模型。DEM是地形分析的核心数据结构，它以离散的高程点表示地形表面。在三维GIS中，可以采用规则格网（如方格网）或不规则三角网（TIN）来构建DEM。
– 规则格网DEM构建简单，计算效率高，适用于大面积地形的表示。而TIN则能够更好地适应复杂地形，如山地、峡谷等地形的精细表示，它通过将离散的地形点连接成三角形网络来逼近地形表面。
2. 地形纹理映射
– 为了使地形模型更加逼真，需要进行地形纹理映射。可以将卫星遥感影像或者实地拍摄的地形照片作为纹理贴附到地形模型上。纹理映射能够增强地形的视觉效果，让用户更直观地感受地形的地貌特征，如土地利用类型、植被覆盖情况等。
（三）地形分析操作
1. 坡度和坡向分析
– 坡度和坡向是地形分析的基本要素。坡度表示地形表面的倾斜程度，它对于土壤侵蚀、土地利用规划等有着重要意义。在三维GIS中，可以通过对DEM数据进行数值计算来获取每个地形单元的坡度值。坡向则指示地形坡面的朝向，对于太阳能利用、植被生长方向等研究有帮助。
2. 地形剖面分析
– 地形剖面分析能够直观地展示地形在某一方向上的起伏变化。用户可以在三维地形模型上指定一条剖面线，系统会根据DEM数据计算出该剖面线上各点的高程，并以二维图形的形式展示出来。这对于道路选线、水利工程规划等需要了解地形纵向变化的项目非常有用。
3. 可视性分析
– 可视性分析用于确定在地形表面上某一点或多个点之间的可视范围。例如，在军事领域可以用来确定瞭望塔的最佳位置，在通信领域可以用来分析基站的信号覆盖范围。通过计算视线是否被地形遮挡，系统能够生成可视区域和不可视区域的分布地图。
二、数据可视化功能
（一）数据类型支持与展示
1. 矢量数据可视化
– 三维GIS（PC端）的数据可视化功能要能够处理多种矢量数据类型，如点、线、面要素。对于点要素，例如城市中的兴趣点（POI），可以以不同的图标（如圆形、方形等）在三维场景中表示，并且可以根据点的属性（如POI的类型、等级等）设置不同的颜色和大小。
– 线要素，像道路、河流等，可以根据其属性（如道路等级、河流流量等）设置不同的线宽、颜色和线型。面要素，例如行政区划、土地利用类型等，可以用不同的填充颜色和边界样式来表示，从而清晰地展示不同区域的特征。
2. 栅格数据可视化
– 对于栅格数据，如遥感影像、DEM等，系统可以将其以不同的方式进行可视化。遥感影像可以以真彩色或假彩色的方式显示，让用户直观地观察地表的地物分布情况。DEM数据除了以三维地形模型展示外，还可以通过颜色映射的方式将高程值转换为不同的颜色，如高程较低的区域用蓝色表示，高程较高的区域用棕色表示，从而直观地显示地形的起伏变化。
（二）三维场景构建与交互
1. 场景构建
– 数据可视化功能需要构建丰富的三维场景。除了地形模型和各种地理数据的展示外，还可以添加天空盒、太阳光照等效果。天空盒可以模拟真实的天空环境，如蓝天白云或者星空夜景，增强场景的真实感。太阳光照效果能够根据时间和地理位置的不同，模拟出不同的光照条件，如早晨、中午、傍晚的光照角度和强度，使地形和地理要素在不同光照下呈现出不同的视觉效果。
2. 交互功能
– 三维场景中的交互功能是非常重要的。用户可以进行缩放操作，从宏观的全球视角缩放到微观的局部区域，详细查看地理要素的细节。旋转操作可以让用户从不同的角度观察三维场景，例如从俯视、侧视等角度查看地形和数据分布。平移操作则方便用户在三维场景中浏览不同的区域。此外，还可以实现对地理要素的选择操作，当用户点击某个要素时，系统能够显示该要素的详细属性信息。
（三）数据融合与多维度展示
1. 数据融合
– 在三维GIS（PC端）中，可以将不同来源、不同类型的数据进行融合。例如，将地形数据与人口密度数据融合，通过在三维地形模型上以颜色深浅或者高度变化等方式来表示人口密度的分布情况。或者将气象数据（如温度、降水等）与地形和地理区域数据融合，展示气象要素在不同地形和区域上的分布特征。
2. 多维度展示
– 数据可视化功能还能够实现多维度展示。除了空间维度（x、y、z坐标）外，还可以增加时间维度。例如，展示城市的发展变化，可以将不同历史时期的地形、土地利用等数据在三维场景中按照时间顺序进行播放，让用户直观地了解城市的演变过程。还可以增加属性维度，如根据地理要素的多个属性值进行分类和分层展示，使用户能够从多个角度分析地理数据。
