摘要

　　地理信息系统（GIS）起源于北美，是现代地理学与空间信息科学相结合的产物。经过数十年的发展，GIS已经从只有少数专业人士才懂的应用系统，成为日益走向大众的专业软件。

　　三维GIS是GIS的重要发展趋势

　　GIS的优势在于能够直观直接地展示复杂的地理信息，同时具有强大的空间分析功能。随着社会的发展，人们对地理信息的关注程度越来越高，因此对地理信息的获取和使用也有了更高的要求。

　　近年来，随着E都市、都市圈、城市猎人等三维仿真电子地图的涌现，三维地图逐渐走进大众的视野。Google Earth的横空出世，更是令三维GIS备受关注。三维GIS不仅突破了空间信息在二维平面中单调展示的束缚，为信息判读和空间分析提供了更好的途径，也可为各行业提供更直观的辅助决策支持。因此，空间信息的社会化应用服务迫切需要三维GIS的支持，三维GIS已日益成为GIS发展的重要方向之一。

　　三维GIS与二维GIS

　　三维GIS与二维GIS一样，需要具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等。相比于二维GIS，三维GIS具有以下优势。

　　空间信息的展示更为直观。从人们懂得通过空间信息来认识和改造世界开始，空间信息主要是以图形化的形式存在的。然而，用二维的图形界面展示空间信息是非常抽象的，只有专业的人士才懂得使用。相比二维GIS，三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。毫无疑问，三维GIS在可视化方面有着得天独厚的优势。虽然三维GIS的动态交互可视化功能对计算机图形技术和计算机硬件也提出了特殊的要求，但是一些先进的图形卡、工作站以及带触摸功能的投影设备的陆续问世，不仅完全可以满足三维GIS对可视化的要求，还可以带来意想不到的展示和体验效果。

　　多维度空间分析功能更加强大。空间信息的分析过程，往往是复杂、动态和抽象的，在数量繁多、关系复杂的空间信息面前，二维GIS的空间分析功能常具有一定的局限性，如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能，二维GIS是无法实现的。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维GIS自然也能包容二维GIS的空间分析功能。三维GIS强大的多维度空间分析功能，不仅是GIS空间分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分体现了GIS的特点和优越性。

　　当然，三维GIS并不能完全取代二维GIS，三维GIS仍面临一些问题和技术瓶颈。

　　昂贵的数据投入。对于GIS来说，数据为王是最恰当不过的。再好的系统，缺乏实时、全面的空间数据时只能是个摆设。显然，数据的获取对GIS来说至关重要。与二维空间数据相比，三维空间数据的获取成本更为昂贵，尤其是大面积的三维场景建模。长期以来，三维空间数据获取的效率低下和高成本都成为阻碍三维GIS技术发展的重要因素。

　　海量数据处理的技术瓶颈。海量信息管理，空间分析，以及空间数据组织是GIS的核心和关键问题，是对现实世界的抽象和表达。随着遥感影像、DEM以及大量的三维模型等空间数据的集成应用，数据量急剧增加，处理海量数据便成为三维GIS所必须面对的技术难题。目前，几乎所有的三维GIS平台都在致力于突破这一技术瓶颈。

　　除了在数据获取和处理方面的技术瓶颈，三维GIS还要跨越一些技术难点，如海量存储、网络传输、数据发布、数据共享等，究其根源在于三维GIS缺乏三维空间分析的理论支撑。

　　突破技术瓶颈是GIS走向三维时代的关键

　　每一项新兴的技术，都是在曲折中前进的，三维GIS技术也是如此。虽然三维GIS还面临一些问题，但这些问题正逐步被解决。

　　近年来三维数据获取技术有了重大进步，特别是航空与近景摄影测量、机载与地面激光扫描、地面移动测量与GPS等传感器的精度与速度都有了明显的提高。技术的提高使得获取数据的成本也大大降低，为三维GIS技术的普及提供了重要的基础条件。

　　计算机软硬件的飞速发展，使得海量地理信息为大众服务不再可望而不可及。目前主流的三维GIS平台通过采用图像绘制加速技术，多层次模型以及动态加载技术，实现了对大范围、多尺度的多源海量三维数据的快速浏览和处理，使得人们在普通PC机上就能轻松实现对海量三维模型和影像的各项漫游操作。

　　尽管我们无法知道GIS从二维到三维的跨越何时能够完成，然而三维空间分析处理技术正在逐日拉近GIS与普通大众之间的距离。如何突破技术瓶颈是GIS走向三维时代的关键。

　　GIS的三维时代已经来临

　　鉴于三维GIS的诸多优点，三维GIS目前已经在城市规划、军事仿真、通信基站选址、综合应急等许多行业和领域得到了广泛应用。同时，越来越多的GIS厂商都看到了三维GIS市场的发展潜力。除了国外的三维GIS平台Skyline、开放源代码的World Wind以及Google公司的Google Earth以外，国内也涌现了一批优秀的三维GIS平台，如北京国遥新天地信息技术有限公司开发的EV-Globe、适普软件有限公司的IMAGIS，灵图软件技术有限公司的VRMap、武汉地大信息科技发展有限公司的InfoEarth TelluroMap等。总体说来，各大三维GIS厂商在技术上各有所长。

　　Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。Skyline在专业的空间分析尚有不足，如缺少淹没分析。由于Skyline是外国三维平台，最新版本都无汉化版本，本地化的速度也比较慢。

　　EV-Globe的地图服务器不但兼容了二维GIS绝大部分的功能，如点选查询、框选查询、圆选查询等基本功能，而且可以提供一般三维GIS平台不具备的缓冲区分析、最优路径分析等强大功能，同时，还提供距离测量、线段剖面、折线剖面、区域淹没、通视分析等三维GIS特色的空间分析功能。此外，用户还可以在EV-Globe中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。EV-Globe在空间分析上的优势，可以说是集二维GIS与三维GIS之长，受到国内市场的青睐。

　　IMAGIS具有真实表面纹理的三维空间场景的快速重建与虚拟建模的完美无缝结合、基于真实三维场景的各种空间分析和属性管理功能、与数据量无关的海量影像数据显示管理功能等。它所具有的ODBC数据库接口和开放式的数据库结构能使其真正实现海量数据管理、分析、显示和漫游等功能，并可实现与ArcInfo、MapInfo的无缝链接。

　　VRMap采用J2EE体系架构，可快速、灵活构建基于Web的三维业务应用系统；同时VRMap提供城市级别的基于网络的海量精细场景，可以快速建立三维应用。

　　InfoEarth TelluroMap基于主流技术平台。NET开发，产品开放性好、架构灵活、三维功能和GIS功能强大、支持TB级海量空间和三维模型数据发布和应用。

　　虽然三维GIS是未来GIS的重要发展趋势之一，但是三维GIS在一定程度上更是对二维GIS的扩展与增强，因为只有同时提供多维空间信息才能满足GIS日益强烈的社会化需求。技术的进步和用户需求的拉动在GIS从二维向三维的发展中起到了决定性的作用。毫无疑问，GIS的三维时代，已经悄然来临。