【新领域】3D数据：探索新的视野

       地理空间数据是三维的。然而，它通常是被以2D，3D甚至4D来呈现。在过去的10年里，用来收集3D数据的仪器和软件发生了显著的改变。从空中和地面进行激光扫描是最大的发展，配合数码相机和软件的同时发展，通过其与前者进行了立体匹配，使得图像与激光扫描相互匹配，产生了激光扫描和图像相结合的移动测绘系统。此外，3D数据的收集数据库更新，通常覆盖区域小，大大增强了GNSS的使用，从而可以在平板电脑上准确、快速地收集数据。今天，3D动态信息可以被形象地表现在大型计算机屏幕上，但是用户也希望在平板电脑和手机上看到同样的信息，这可是不容易的。

       在建筑业中引入建筑信息模型(BIM)，将会是个可持续发展的专业应用程序。3D可视化引导导航进入一个新领域，其重点是在厘米级上的精确导航。更专业的应用程序体现在测量公共设施的库存和管理上。今天，使用3D数据的场景并不局限于大型应用程序。越来越多的令人感兴趣的是“数字地球”和“全球自然和人为的信息显示功能”。在这种情况下，可视化通常在动态和可伸缩性的问题上变得重要起来;让我们继续探索和共同展望3D数据在使用和收集方面的趋势和方向。

数据采集

       地理空间数据的收集已经有几个世纪的历史，最初只体现在两个维度。但自从18世纪以来，主要以法国和印度为主，主要以高程数据收集等各种方式。海拔已经显示为等高线，通过各种形式类似织纹状的曲线呈现出一个近似精准的地形模型。这些2D地图的数据已经由传统的调查和收集方法，如平板仪测图、视距测量，变成了现在的航空摄影测量。随着电脑的出现，数字高程模型(DEM)的概念被引入。这使得计算土方工程成为可能而且初步可以达到可视化。到了二十世纪60年代，DEM已经成为一种普遍的和优秀的可视化展现手段。高程数据的主要来源是航空摄影测量，轮廓最初是手工绘制、或手动点高度测量，但在二十世纪80年代立体匹配软件的开发使得这个过程可以自动完成。最初，DEM会产生错误和漏洞，但如今他们更可靠，不过仍然需要手工编辑。影像来自空中摄像机和卫星传感器。几个可用的全球DEM如表1所示：

       在过去的十年里，激光扫描已成为从空中和地面收集3D数据的替代技术。图像拍摄与激光数据可以从空中生成逼真的图像，地面的移动测绘系统利用激光扫描把图像拼合起来。激光数据和DEM从影像中可以分别收集到或是共同生成。

       完全自动化的新一代立体航拍得到的非常密集的3D点云和数字表面模型(DSM)正在迅速取得进展。最有效的方法是使用半全局立体匹配(SGM)算法。有许多软件包可以处理精确的点云用来3D分析，以及在飞机、直升机、无人机、卫星图像或是地面移动测绘设备中影像来填充DMS(表2)。

       在移动测绘系统中的一项新发展是TIMMS(天宝室内移动测绘系统)。这是一个人力小推车，旨在没有GPS信号的室内进行精确建模。它包括三个核心元素：激光雷达，可用于室内移动模式下工作的摄像头系统，以及电脑和电子产品来完成数据采集和数据处理工作流程生产最后的2D / 3D地图和模型。这些模型是地理定位的，也就是说，每个区域的实际位置是已知的。在2012年4月版的《Geospatial World》中更详细地解释了移动测绘系统和机载激光雷达。

3D数据的表示

       最早的三维实体模型可以追溯到18世纪，是位于卢塞恩冰川遗址公园中的世界上最早的大规模是山体浮雕，由Franz Ludwig Pfyffer von Wyher创建于约1762年到1786年之间。这些模型是昂贵的，只用于特殊目的，但本质上都是为了显示，而不是提供准确的尺寸。原始数据是可以由用户处理的工具。在今天这些正在改善，但过了很长时间，处理可能仍有其局限性，与激光扫描数据比较出现偏差。3D数据的表示是受制于可用媒体的：原来的媒介是纸，直到十九世纪70年代，电子计算机的出现使得3D显示的数据有了巨大突破，最大的突破是DTM的概念或DEM，诞生于1956年马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院。DEM现在的进展已经表现为由最初开发的地形，从油画般的表面到地球和其他行星的表面。不仅规模范围在扩大，而且细节也在逐渐清晰。3D可视化目前广泛用于显示广泛的设备。这些范围从3D街道视图，比如可以从谷歌和必应，查看手机、平板电脑或大型电脑屏幕通过大规模的科学模型，如使用的日本超级计算机中心环境建模。

  为了模拟一个准确的现实世界，所使用的地理数据的准确性是非常重要的。此外，它应该基于最新可用的图像。城市和地形三维模型模拟的基础在大量的应用程序和工业上。

       今天可用的三维城市模型。比如法国的ComputaMaps，最近推出了DxM数字高程产品线，涵盖全球275多个大城市。DEM作为基本层的映射以服务于一个广泛的应用，如城市规划、环境监测、国防和安全。LandSIM3D允许创建3D虚拟模型，整个城市和景观结合地理空间数据与3D或CAD对象显示实时三维地理环境。这有助于在相关规划、网站和地区的管理和发展等方面提供决策支持。