一個(gè)完善的GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案包含系統(tǒng)界定，系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)編號(hào)保持和系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)及其調(diào)節(jié)安裝等幾層面的內(nèi)容，而在其中最重要的、也是不可或缺的階段是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案。由于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案的成功與失敗立即關(guān)聯(lián)到全部系統(tǒng)的取得成功是否，并且立即危害后邊階段的設(shè)計(jì)方案情況。假如數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案不善，系統(tǒng)編號(hào)保持全過(guò)程中的目標(biāo)啟用、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及其系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)中的空間分析等馬上會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)啟用不正確和結(jié)果剖析有誤等狀況，在某種意義上也就失去系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案實(shí)際意義。伴隨著近些年三維數(shù)據(jù)技術(shù)性的持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，又促使三維GIS數(shù)據(jù)總體設(shè)計(jì)變成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案中最重要的階段。文中將從下列好多個(gè)層面對(duì)三維GIS數(shù)據(jù)模型開展論述。
（一）三維GIS數(shù)據(jù)模型基本要素
因?yàn)槎SGIS數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)構(gòu)造基礎(chǔ)理論和技術(shù)性的完善，圖形學(xué)基礎(chǔ)理論、數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)理論技術(shù)性以及它有關(guān)電子信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，再加運(yùn)用要求的明顯促進(jìn)，三維GIS的全力科學(xué)研究和加快發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)變成將會(huì)。由于自然地理室內(nèi)空間在實(shí)質(zhì)上就是說(shuō)三維的，過(guò)去的幾十年里，二維繪圖和GIS的快速發(fā)展趨勢(shì)和廣泛運(yùn)用，促使不一樣行業(yè)的大家大多數(shù)接納了將三維全球中的室內(nèi)空間實(shí)體線轉(zhuǎn)換為二維投影的概念數(shù)據(jù)模型。但伴隨著運(yùn)用的深層次和實(shí)踐活動(dòng)的必須又逐漸普遍存在二維GIS簡(jiǎn)單化全球和室內(nèi)空間的缺點(diǎn)，因此相關(guān)工作人員又迫不得已再次思索自然地理室內(nèi)空間的三維本質(zhì)屬性與在三維空間概念下的一系列自然地理解決方式。從三維GIS的視角考慮考慮到，三維自然地理室內(nèi)空間需有以下有別于二維空間的本質(zhì)特征：（1）幾何圖形座標(biāo)提升了第三維信息內(nèi)容（Z座標(biāo)信息內(nèi)容或H座標(biāo)信息內(nèi)容），即垂向座標(biāo)信息內(nèi)容。
（2）垂向座標(biāo)的提升造成 了繁雜的室內(nèi)空間拓?fù)潢P(guān)系。在其中突顯的一點(diǎn)是不論是零維、一維、二維還是三維，在垂往上都具備繁雜的拓?fù)潢P(guān)系；如果說(shuō)二維拓?fù)潢P(guān)系在平面圖上是呈圓環(huán)狀散發(fā)屈伸得話，那麼三維拓?fù)潢P(guān)系就是說(shuō)在三維室內(nèi)空間中的無(wú)限拓寬。
（3）三維自然地理室內(nèi)空間中的自然地理目標(biāo)具備豐富多彩的內(nèi)部信息內(nèi)容（如特性遍布，結(jié)構(gòu)形式、關(guān)系特點(diǎn)等）。
（二）三維GIS研究現(xiàn)狀
做為一門興盛的交叉學(xué)科，伴隨著室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的逐步完善，很多技術(shù)化GIS軟件的室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)作用也日益完善。但絕大部分的技術(shù)化GIS軟件也只有是在二維平面圖上仿真模擬并解決現(xiàn)實(shí)世界上所碰到的狀況和難題，一旦涉及三維難題，通常覺(jué)得心有余而力不足。而GIS解決的室內(nèi)空間數(shù)據(jù)從實(shí)質(zhì)上而言是呈三維持續(xù)遍布的，相關(guān)地質(zhì)學(xué)、氣候、水文學(xué)、開采、地表水、災(zāi)難、環(huán)境污染等層面的天氣現(xiàn)象是三維的，當(dāng)這種行業(yè)的生物學(xué)家嘗試以二維系統(tǒng)來(lái)敘述他們時(shí)，也不可以將其精準(zhǔn)體現(xiàn)、剖析或顯示信息。三維GIS的技術(shù)性與二維GIS類似，但在數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)和頁(yè)面設(shè)計(jì)等層面要繁雜得多。現(xiàn)階段科學(xué)研究和開發(fā)設(shè)計(jì)三維GIS的構(gòu)思關(guān)鍵有二種：（1）因?yàn)槿SGIS最先要將自然地理數(shù)據(jù)變成由此可見(jiàn)的地理信息，因而大家一方面從三維數(shù)據(jù)可視化行業(yè)向三維GIS系統(tǒng)拓展，這一點(diǎn)同初期的二維GIS來(lái)自電子計(jì)算機(jī)繪圖管理方法一樣,是以數(shù)據(jù)可視化視角考慮的。
（2）另一方面，GIS必須儲(chǔ)存和管理方法很多的空間數(shù)據(jù)和特性信息內(nèi)容，因而另一部分人從數(shù)據(jù)庫(kù)的視角考慮向三維GIS發(fā)展趨勢(shì)，從商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)向非標(biāo)主要用途拓展，將三維空間數(shù)據(jù)的管理方法融進(jìn)RDBMS中，或是以最底層開發(fā)設(shè)計(jì)全新升級(jí)的朝向室內(nèi)空間的OODBMS，如GODO，GeoO2，GEO++，SmallWorldGIS等。一個(gè)新的發(fā)展前景是將三維數(shù)據(jù)可視化與三維室內(nèi)空間目標(biāo)管理方法融合起來(lái),產(chǎn)生集成化系統(tǒng)。
（三）三維GIS數(shù)據(jù)構(gòu)造
三維數(shù)據(jù)構(gòu)造同二維一樣，也存有柵格和矢量素材二種方式。柵格構(gòu)造應(yīng)用室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)索引系統(tǒng)，它包含將自然地理實(shí)體線的三維室內(nèi)空間分為細(xì)微的模塊，稱作體元或體原素（二維柵格數(shù)據(jù)構(gòu)造稱作象元或清晰度）。儲(chǔ)存這類數(shù)據(jù)的非常簡(jiǎn)單方式是選用三維行程安排編號(hào)，它是二維行程安排編號(hào)在三維下的擴(kuò)大，這類編碼方法將會(huì)必須很多的儲(chǔ)存空間，并且存有縮小高效率較低、信息內(nèi)容破損的狀況。更加繁雜的技術(shù)性是八叉樹，它是二維數(shù)據(jù)四叉樹的拓寬。三維矢量素材數(shù)據(jù)構(gòu)造的表達(dá)方式有多種多樣，在其中應(yīng)用最廣泛的是具備拓?fù)潢P(guān)系的三維界限表示法和八叉樹表示法。1.八叉樹三維數(shù)據(jù)構(gòu)造用八叉樹來(lái)表達(dá)三維型體，既能夠 當(dāng)做是四叉樹方式在三維室內(nèi)空間中的拓展，也可說(shuō)成是用三維體素列陣表達(dá)型體方式的一種改善。八叉樹的邏輯結(jié)構(gòu)以下：假定要表達(dá)的型體V能夠 放到一個(gè)充足大的正方體C內(nèi)，C的凌長(zhǎng)為2n。那麼針對(duì)型體VC，它的八叉樹可以用下列的遞歸方法來(lái)界定：八叉樹的每一連接點(diǎn)與C的一個(gè)子正方體相匹配，樹桿與C自身相對(duì)性應(yīng)，假如V=C，那麼V的八叉樹僅有樹桿；如果V并不等于C，則C等分成八個(gè)子正方體，每一子正方體與樹桿的一個(gè)子連接點(diǎn)相對(duì)性應(yīng)。要是某一子正方體并不是徹底空白頁(yè)或徹底為V所占據(jù)，就需要被八等分，進(jìn)而相匹配的連接點(diǎn)就擁有八個(gè)子連接點(diǎn)。那樣的遞歸分辨、切分一直要開展到連接點(diǎn)所相匹配的正方體或者徹底空白頁(yè)，或者徹底被V占有，或者其尺寸已成事先界定的體素尺寸，而且對(duì)它與V之交作一定的“舍入”，使體素或覺(jué)得是空白頁(yè)的，或覺(jué)得是V所占據(jù)的。這般轉(zhuǎn)化成的八叉樹上的連接點(diǎn)可分成三類：
（1）灰連接點(diǎn)，相匹配的正方體一部分的為V所占據(jù)。
（2）白連接點(diǎn)，相匹配的正方體中五V的內(nèi)容。
（3）黑連接點(diǎn)，相匹配的正方體徹底被V所占有。
后兩大類又稱之為葉節(jié)點(diǎn)。因?yàn)榘瞬鏄涞臉?gòu)造與四叉樹是十分類似的，因此八叉樹的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)方法能夠 徹底延用四叉樹的相關(guān)方式。依據(jù)不一樣的儲(chǔ)存方法，八叉樹還可以各自稱之為基本的、線型的、一對(duì)八的八叉樹等。
（1）基本的八叉樹：八叉樹的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是用一個(gè)有九個(gè)字段名的紀(jì)錄來(lái)表達(dá)在其中樹中的每一節(jié)點(diǎn)，在其中一個(gè)字段名用于敘述該節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，其他的八個(gè)字段儲(chǔ)放偏向其八個(gè)子節(jié)點(diǎn)的表針。這也是最一般的表達(dá)樹型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法。基本八叉樹缺點(diǎn)較多，較大 的難題是表針占有了很多的儲(chǔ)存空間。因而，這類方法盡管十分當(dāng)然，非常容易把握，但在儲(chǔ)存空間的利用率層面不很理想化。
（2）線型八叉樹：線型八叉樹重視考慮到如何提高空間利用率，用某一預(yù)先確定的順序遍歷八叉樹，將八叉樹轉(zhuǎn)化成一貫線型表，表的每一原素與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)性應(yīng)。線型八叉樹不但節(jié)約儲(chǔ)存空間，對(duì)一些與運(yùn)算也較為便捷，可是因此努力的付出代價(jià)是缺失了一定的協(xié)調(diào)能力。
（3）一對(duì)八式的八叉樹：一個(gè)非葉節(jié)點(diǎn)有八個(gè)子節(jié)點(diǎn)，以便明確考慮，將他們各自標(biāo)識(shí)為0，1，2，3，4，5，6，7。從上邊的詳細(xì)介紹能夠 見(jiàn)到，假如一個(gè)紀(jì)錄與一個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)性應(yīng)，那麼在這個(gè)紀(jì)錄中敘述的是這一節(jié)點(diǎn)的八個(gè)子節(jié)點(diǎn)的特征值。而表針得出的則是該八個(gè)子節(jié)點(diǎn)所相匹配紀(jì)錄的存放點(diǎn)，并且還暗含的假定了這種子節(jié)點(diǎn)紀(jì)錄儲(chǔ)放的順序。換句話說(shuō)，即便某一紀(jì)錄是多余的，那麼相對(duì)的儲(chǔ)存部位也務(wù)必空余在那里，以確保不容易不正確地存儲(chǔ)到其他平輩節(jié)點(diǎn)的紀(jì)錄中。那樣自然也有一定的奢侈浪費(fèi)，除非是它是徹底的八叉樹，即全部的葉節(jié)點(diǎn)均在同一層級(jí)出現(xiàn)，而在該層級(jí)之中的全部層中的節(jié)點(diǎn)均為非節(jié)點(diǎn)。以便擺脫這類缺點(diǎn)，一是提升測(cè)算量，即在存儲(chǔ)相對(duì)節(jié)點(diǎn)以前，最先查驗(yàn)它的父節(jié)點(diǎn)紀(jì)錄，看一下以前幾個(gè)葉節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而能夠 了解應(yīng)當(dāng)怎樣存儲(chǔ)所需節(jié)點(diǎn)紀(jì)錄，這類方式的儲(chǔ)存要求毫無(wú)疑問(wèn)是最少的，但要提升測(cè)算量；另一個(gè)是在紀(jì)錄中提升一定的信息內(nèi)容，使測(cè)算工作中適度降低或是更為便捷。比如，在原紀(jì)錄中提升三個(gè)字節(jié)數(shù)，一分成八，每一子節(jié)點(diǎn)相匹配三位，意味著它的子節(jié)點(diǎn)在表針偏向地區(qū)中的偏位。因而，要尋找它的子節(jié)點(diǎn)的紀(jì)錄部位，要是固定不動(dòng)的把表針偏向的部位再加偏移乘上紀(jì)錄所占的字節(jié)數(shù)，就是說(shuō)所需的記錄位置。
2.三維數(shù)據(jù)的顯示信息
三維顯示信息一般 選用截面圖、等距平面圖、雙層平面圖和立體式塊狀圖等多種多樣表達(dá)形式，大部分三維光電技術(shù)限于CRT顯示屏和繪圖紙的二維表達(dá)形式，大家能夠 觀查到地理現(xiàn)象的三維樣子，但不可以將他們做為離開的實(shí)體線開展剖析，如立體式不可以被精確測(cè)量、拉申、更改樣子或組成。依靠三維光電技術(shù)，根據(jù)離開的標(biāo)高點(diǎn)產(chǎn)生等高線圖、截面圖、雙層平面圖和透視圖，能夠 把這種最開始全是人工服務(wù)進(jìn)行的工作中，用各種各樣計(jì)算機(jī)語(yǔ)言快速高效率地進(jìn)行。
（四）三維GIS室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)作用
現(xiàn)階段，三維室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)所科學(xué)研究的內(nèi)容及其保持的作用關(guān)鍵包含：
（1）數(shù)據(jù)編號(hào)。指收集三維數(shù)據(jù)和對(duì)其開展實(shí)效性查驗(yàn)的專用工具，實(shí)效性查驗(yàn)將伴隨著數(shù)據(jù)的自然屬性，表達(dá)方式和精密度水準(zhǔn)的不一樣而不一樣。
（2）數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)和重新構(gòu)建。包含對(duì)三維數(shù)據(jù)的拓?fù)鋽⑹龊图捌鋸囊环N表示法到另一種表示法的變換（如從矢量素材的界限表達(dá)變換為柵格的八叉樹表達(dá)）。
（3)轉(zhuǎn)換。即能對(duì)全部物塊或某一類物塊，又能對(duì)某一物塊開展位移、轉(zhuǎn)動(dòng)、裁剪、占比放縮等轉(zhuǎn)換。此外可以將一個(gè)物塊轉(zhuǎn)化成好多個(gè)及其將好多個(gè)物塊組成一個(gè)。
（4）查尋。此作用取決于單獨(dú)物塊的本質(zhì)特性（如部位、樣子、構(gòu)成）和不一樣物塊間的關(guān)聯(lián)（如聯(lián)接、交點(diǎn)、樣子類似或組成類似）。
（5）或運(yùn)算。根據(jù)與、或、非及其異或運(yùn)算符對(duì)物塊開展組成與運(yùn)算。
（6）測(cè)算。測(cè)算物塊的容積、面積、管理中心、物塊中間的間距及夾角等。
（7）剖析。如測(cè)算某一類等高線的遍布發(fā)展趨勢(shì)或其他指標(biāo)值及其開展模型的較為。
（8）創(chuàng)建模型。針對(duì)給出的種類數(shù)據(jù)依照一定的建模方法對(duì)數(shù)據(jù)開展模型。
（9）視覺(jué)轉(zhuǎn)換。在客戶挑選的一切聚焦點(diǎn)，以客戶明確的角度、占比系數(shù)、標(biāo)記來(lái)表達(dá)全部的等高線或一些特定的物塊。
（10）系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)。包含數(shù)據(jù)的一鍵備份，安全系數(shù)對(duì)策及其網(wǎng)絡(luò)工作管理方法。由此可見(jiàn)，三維GIS的數(shù)據(jù)構(gòu)造以及數(shù)據(jù)庫(kù)基本原理技術(shù)性都比較健全，研究?jī)?nèi)容也比較確立。可是目前為止，現(xiàn)階段國(guó)際性中國(guó)都還沒(méi)一個(gè)完善詳細(xì)的三維GIS系統(tǒng)，與三維GIS有關(guān)的系統(tǒng)大多數(shù)集中化在三維數(shù)據(jù)可視化層面，如EVS，Vis5D，Voxel，醫(yī)藥學(xué)數(shù)據(jù)可視化及各種各樣CAD軟件等，也是一些三維系統(tǒng)一部分保持三維GIS的作用,較為知名的軟件有：LYNX，IVM（InteractiveVolumeModeling），GOCAD，I/EMS，SGM等。
結(jié)語(yǔ)
三維GIS數(shù)據(jù)模型的科學(xué)研究是GIS技術(shù)性飛速發(fā)展、廣泛運(yùn)用并走向成熟的一個(gè)關(guān)鍵步驟，也是GIS技術(shù)性走向輝煌多方位服務(wù)項(xiàng)目環(huán)節(jié)的至關(guān)重要樓梯。而三維數(shù)據(jù)構(gòu)造科學(xué)研究和三維GIS室內(nèi)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的作用科學(xué)研究也是在其中的頭等大事，絕不能心存僥幸！