三维数字地球网络可视化与分析平台

基于SGOG 瓦块的数字地球真三维可视化技术与应用王金鑫，李耀辉，郑亚圣，邹煚，杨晶（郑州大学水利与环境学院，郑州450001）摘要：以Google Earth 为代表的第一代数字地球平台，利用球面剖分瓦片，构建了2.5维静态的数字地球表面，实现了地表空间数据的集成、建模和应用，但没有涉及地表上下的空间。

本文阐述了球体大圆弧QTM 八叉树剖分的规则、瓦块体系的几何特征及其编码原理，设计并实现了瓦块编码到空间直角坐标之间的互换算法，并利用C++和OSG 等主流语言，构建了真三维数字地球可视化平台的雏形框架；实现了球面和球体的任意剖分、地表上下空间实体的可视化建模及简单三维空间分析。

初步展示了球体瓦块的新一代数字平台在天地一体化空间大数据集成、管理、建模与应用中的优势及前景。

研究表明，球体大圆弧QTM 八叉树网格，具有简单、规整、几何特征明晰、适宜作为全球离散空间的坐标基准，利于空间实体建模与可视化等特点，可作为构建新一代数字地球平台的数据模型基础。

关键词：数字地球；全球离散网格；全球空间网格；球体大圆弧QTM 八叉树网格；可视化DOI:10.3724/SP.J.1047.2015.004381引言可视化是包含计算机图形、图像、视觉和虚拟现实等多个技术领域的一门重要交叉学科[1]。

地理信息可视化，经历了从二维、局部、静态到多维、全球、动态的发展过程，其内在驱动引擎就是底层的空间数据模型。

传统地学三维可视化领域的空间数据模型归根结底只有2种：面元模型和体素模型[2-3]，且均为局部的、小范围的欧氏模型。

面元模型加纹理往往可以达到较好的地形和建筑可视化效果，在3DGIS 领域应用广泛；而体素模型常用来表达地质体垂向的多个界面，并方便水平与垂直剖面的制作，在3DGMS （三维地学模拟信息系统）中应用广泛[2-3]。

面模型不能很好表达洞穴、拱桥和悬崖等复杂的地理实体，难以实现地形体数据表达和实时编辑，基本上不可能实现地理空间过程的模拟[4]。

“三维数字地球”在地理课堂情境教学中的应用作者：张根华窦静来源：《地理教育》2020年第09期摘要：“三维数字地球”是国产的专业虚拟地球类软件，具有集成数据及影像丰富、数据及影像分析处理能力强、支持数据下载及倾斜投影、真实呈现各种地理信息等优势。

将“三维数字地球”应用到课堂情境教学中，有利于学生开阔视野、从宏观上正确地认识地理环境、了解区域环境的差异与人类活动、理解人地关系及可持续发展的重要性。

文章主要讨论了“三维数字地球”在地理课堂情境教学中的优势和主要应用功能，并举例进行剖析，以此丰富地理课堂教学的技术手段和应用情境，更好地服务于地理课堂教学。

关键词：三维数字地球;地理课堂;情境教学随着信息技术水平的不断提高，越来越多的虚拟技术融入课堂教学中，并且与课堂教学的融合不断深入。

“三维数字地球”具有强大的数据技术优势、多样化的操作应用功能，发挥虚拟技术优势构建课堂教学“虚拟”情境，能够帮助学生更好地建立空间概念、认识“真实”的地球与地理环境、掌握区域环境与人类活动的关系、从宏观上理解人地关系等。

一、“三维数字地球”的数据和技术优势三维数字地球作为地球虚拟技术类应用软件，融合了众多数字地球类应用的数据优势和技术优势，具有地图数据丰富、分析处理技术功能强大等优势。

三维数字地球融合了大量地图在线数据，如谷歌地形、谷歌影像、天地图、地质图、海洋图、气象图、历史地图及各类专题地图，为教师寻找教学专题地图节省了大量时间。

三维数字地球提供的大量在线地图数据，已经基本能够满足教学的需要。

同时，三维数字地球作为开放性虚拟地球演示软件还可以加载本地数据，进行数据的演示、分析和处理，为针对性地进行课堂情境教学提供了操作平台（图1）。

三维数字地球在技术上具有强大的数据分析处理优势，利用三维数字地球不仅可以进行在线地图数据的演示，还可以进行在线数据影像下载、测量及在线分析、数据转化、地图标绘编辑、人工模型和场景建立、倾斜摄影等操作。

三维GIS平台选型报告三维GIS平台作为三维地籍信息系统底层支撑平台，对整个三维地籍项目的建设起着关键性的作用，所以对GIS平台认真进行选型工作非常必要。

一、三维GIS平台选型基本情况1、三维GIS选型分支三维GIS选型主要分为两个分支，第一个分支为国外成熟的GIS平台软件、skyline、GoogleEarth、World Wind、Arcglobe；第二个分支为国内一些较为著名的三维GIS软件：GeoGlobe、CityMaker 、EV-Globe、Uniscopess。

提供“数据-软件-网络-应用”四位一体的三维地理信息服务完整解决方案，具有以下优势。

实现海量三维模型数据的浏览和管理，在全球、城市、街区、室内进行连续、实时和平滑浏览，实现真实感与美感的和谐统一；面向服务的架构，用户可自定义扩展服务，跨网络、跨平台无缝聚合第三方服务；面向网络应用环境，支持数据分布式部署和服务分布式部署，以构建企业级分布式体系结构3D GIS应用。

二、项目的目标和计划按照总体规划、分步实施的思路，从三维地籍信息系统建设需求出发，我们的地籍建设要走“二三维地籍混合管理”的构架，这就决定了我们的三维GIS平台软件要能很好的跟原二维系统平台进行集成同时满足最大化的兼容，同时还要解决原二维系统所无法解决的地籍需求。

1、项目的基本实现目标（1）三维空间数据生产入库模块。

（2）实现二维浏览与二维宗地浏览的无缝衔接。

（3）设计制作三维形式的业务图表。

三、三维GIS平台选型总结（1）三维GIS平台的选型应考虑资源复用，我们的空信平台及其它三维项目均以Skyline为三维平台，平台在内部有良好的使用经验，本项目也可以使用由空信部Skyline发布的三维数据服务，可以尽可能的节省项目开支及加强已有资源的复用。

（2）三维GIS平台作为三维地籍信息系统的底层支撑软件，软件的选型对整个三维地籍系统建设起关键作用，平台软件必须能承载海量数据的处理和浏览效率。

国内外主流的三维GIS软件我国GIS经过三十多年的发展，理论和技术日趋成熟，在传统二维GIS已不能满足应用需求的情况下，三维GIS应运而生，并成为GIS的重要发展方向之一。

上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，首先是美国推出Google Earth、Skyline、World Wind、Virtual Earth、ArcGIS Explorer 等，我国也紧随推出了EV-Globe、GeoGlobe VRMap IMAGIS等软件与国外软件竞争本土市场。

三维GIS得到了各行业用户的认同，在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。

目前，我国国产三维GIS 软件已占据了国内市场的半壁江山。

本文唱谈了十九个国内外主流的三维GIS软件，并对其基本特点、发展历程、应用等方面做了总结概述。

由于作者水平有限，不足之处恳请读者批评指正。

国外三维GIS软件：一重唱•美国谷歌公司：Google Earth--用户最多的三维地球软件介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。

Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括DigitalGlobe 公司的QuickBird，IKOONOS 及法国SPOTS特点：Google Earth凭借其强大的技术实力和经验，以其操作简单、用户体验超群的优势吸引了全球近十分之一的人口使用。

发展历程：Google于2004年10月收购了Keyhole公司，随之次年6月推出Google Earth系列软件。

产品形式：Google Earth客户端软件提供三个版本：个人免费版、Plus版、Pro版以及企业级解决方案，用于在企业内部部署Google Earth应用。

一、skyline的优势有那些?国内是否有同类产品?Skyline TerraSuite软件是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其它的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的融合数据、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展现给用户3D地理空间影像。

TerraSuite是独立于硬件之外、多平台、多功能一套软件系统。

1、TerraExplorer Pro软件平台及特点TerraExplorer Pro支持以客户自己的影像数据构建数字化世界。

它实现对TerraBuilder 创建的地理配准三维模型的编辑和注记，用户可将地形地貌经验内容充实到模型中，以增加本地地貌特征内容。

在3D地球模型上叠加本地地貌信息，创建交互式应用系统，以区域的独特视角展现区域地貌特征、视域、地物间关系等。

TerraExplorer Pro系列所有产品采用完全相同的技术，TerraExplorer Viewer提供的三维视窗操作功能，TerraExplorer Pro GIS Edition增加了编辑、分析和控制工具，TerraDeveloper 增加了用户界面客户化定制、以及访问TerraExplorer Run time Pro的功能。

TerraExplorer Pro 系列产品包含丰富的工具集和扩展组件。

所有利用TerraExplorer API开发的工具都可以在TerraExplorer Pro、TerraExplorer Run Time Pro环境中运行，有专门许可的情况下可以在TerraExplorer Viewer中运行。

TerraExplorer Pro包含TerraExplorer Viewer中所有的实时3D地形可视化功能，同时包括编辑和注记由TereaBuilder产品创建的地形模型的工具。

TerraExplorer Pro提供3D编辑器，用于创建、输入、处理和编辑3D模型中的现有和新建对象。

空间数据三维可视化及三维分析空间数据的三维可视化及分析是指将空间数据（如地理、地球物理、气象、遥感等数据）转化为具有三维结构的图形，以便进行更深入的分析和理解。

本文将介绍三维可视化和分析的相关原理、技术和应用。

一、三维可视化的原理和技术三维可视化是指将空间数据通过计算机技术和图形学的方法转化为具有三维结构和深度感的图像。

其原理和技术主要包括以下几个方面：1.数据获取和预处理：空间数据的获取包括地理测量、遥感影像获取等，预处理则包括数据校正、投影转换、无效数据处理等。

这些步骤是获取高质量、准确的空间数据的基础。

2.空间数据模型：空间数据常使用的模型包括栅格模型和矢量模型，栅格模型是将地理空间数据划分为规则的栅格单元，矢量模型则是通过点、线、面等图元来表示地理空间对象。

栅格模型适用于连续数据，如遥感影像，矢量模型适用于离散、不规则数据，如地理要素。

3.三维数据呈现：三维数据的呈现主要通过图形渲染技术来实现，包括三维图元的建模和投影、光照和阴影效果的处理等。

同时，还可以应用贴图技术和纹理映射等技术实现真实感渲染，提升可视化效果。

4.交互和导航：通过交互技术和用户界面实现对三维模型的控制和导航。

用户可以通过鼠标、触控屏等方式对模型进行缩放、旋转、平移等操作，以获得更好的观察角度和空间感。

5.动态三维可视化：除了静态的三维图像，还可以通过时间维度来展示动态场景的演变过程，如气象变化、城市发展等。

通过动态可视化，可以更好地理解和分析空间数据的变化规律和趋势。

二、三维空间数据分析的应用三维空间数据分析是在三维可视化基础上，进一步对空间数据进行量化、模拟、预测等分析和推理。

以下是几个常见的应用案例：1.地震监测与预测：通过地震监测仪器获取的地震数据可以进行三维可视化，以便更好地理解地震带、地震发生的空间分布、震源深度等，进而对发生地震的原因和机制进行分析和预测。

2.3D城市规划与建模：借助三维可视化和分析技术，可以对城市的地形、建筑物、道路等进行建模和分析，为城市规划和土地利用提供支持。

SXEarth三维数字地球v2.2用户手册北京晟兴科技有限公司2016年1月8日目录1SXEarth介绍 (1)2SXEarth下载安装 (3)2.1 下载SXEarth (3)2.2 SXEarth微信公众号 (3)2.3 SXEarth安装 (3)3SXEarth基本操作 (5)3.1 光照环境设置 (5)3.2 二三维一体化联动 (7)3.3 二三维鼠标键盘操作 (7)3.4 二三维触控操作 (8)4SXEarth数据导入 (9)4.1 导入图像数据 (9)4.2 图像颜色调整 (11)4.3 导入高程数据 (14)4.4 编辑高程属性 (16)4.5 导入矢量数据 (18)4.6 导入三维模型 (20)5SXEarth矢量编辑，态势标绘 (23)5.1 绘制和编辑矢量 (23)5.2 态势标绘的使用 (25)5.3 纹理填充矢量 (26)5.4 修改矢量样式 (28)5.5 导出矢量 (30)6SXEarth实用工具 (31)6.1 测量工具 (31)6.2 添加视点位置 (32)6.3 设置三维模型动画 (33)I6.4 打开在线GIS数据服务 (34)6.5 打包输出金字塔库 (36)7运行环境 (38)7.1 操作系统 (38)7.2 硬件环境 (38)II1 SXEarth介绍SXEarth是北京晟兴科技有限公司研发的免费三维数字地球可扩展平台，主要用于地理数据快速可视化与模拟仿真行业可视化应用。

SXEarth2.0主要支持以下功能。

（后续开发计划：植被、体积云，模拟飞行等插件模块。

）1)支持二三维一体化；2)支持全球动态海洋；3)支持常规矢量图形绘制及编辑，如点、折线、曲线、双曲线、双折线、弧线、弓形、矩形、圆形、椭圆等；4)支持军事态势标绘及编辑，如直箭头、钳击、攻击、驱散、分队战斗、进攻，集结地等，态势标绘支持ESRI ShapeFile格式文件输出；5)支持路径动画编辑，二三维联动；6)支持影像数据导入，支持的格式有：GeoTiff、ECW、Erdas IMG、JPEG2000、BIL/BIP/BSQ、PNG、BMP、GIF、JPEG/JPG，RAW等；7)支持高程数据导入，支持的格式有：GeoTiff、SRTM HGT、USGS DEM、DTED、Erdas IMG，JPEG2000等；8)支持矢量数据导入，支持的格式有ESRI Shapefile shp，Geojson等：9)支持三维模型数据导入，支持的格式有：FLT、3DS、OBJ、OSG、IVE、OSGB等；10)支持外部三维模型鼠标点击添加与位置姿态属性编辑；11)模型支持静态LOD和动态分页LOD设置，支持海量城市模型优化显示；12)支持影像调色，如色相对比度、RGB、HSL、CMYK、伽马值、GLSL语句等调色功能；13)支持矢量属性编辑，如文字标签、图标、线宽、线色、面填充颜色、面填充纹理、面立体拉起、显示LOD等；14)支持动态相机视点鼠标点击添加及其属性编辑；115)支持距离、面积，角度量测；16)支持环境编辑，如年月日时分秒设置、时间加速减速、星光、太阳、月亮光照设置等17)支持多种在线地图数据导入，如诺基亚地图、高德地图、OpenStreetMap、ReadyMap等；18)支持影像和高程打包输出为TMS金字塔库；19)支持跨平台：支持Windows、Linux、Mac OS、Android、IOS五大操作系统；232 SXEarth 下载安装2.1 下载SXEarth1) 进入SXEarth 官方下载页：/h-col-106.html2) 点击SXEarth 三维数字地球下载栏的下载，a) 32位操作系统用户，选择下载32位安装程序；b) 64位操作系统用户，推荐选择下载64位安装程序。

三维数字地球模型有什么用？一、提供地理信息的可视化展示三维数字地球模型是一种以数字化的方式呈现地球表面信息的工具。

通过高精度的地球数据，可以构建逼真的地球表面模型，使得地理信息可视化展示。

借助这种模型，人们可以通过电脑屏幕上的虚拟地球，立体感受到各个地理要素的分布、形态以及空间关系。

这样，人们可以更直观地认识地球的地理特征、地貌变化、气候分布等。

二、促进地理数据分析与决策制定三维数字地球模型的另一个重要作用是促进地理数据的分析与决策制定。

通过对地球模型进行人工编辑和虚拟操作，可以实现对地球表面各类地理数据的叠加和整合，进而进行数据的可视化呈现和分析。

这为各类地理问题的研究提供了全新的思路和工具，便于科学家、决策者、规划者等对地理现象进行定量化研究、模拟实验和预测分析。

同时，三维数字地球模型也具备较强的动态性，可以进行实时数据的更新和展示，为决策制定提供快速、准确的参考。

三、推动地球科学研究与教育三维数字地球模型在地球科学研究与教育中也发挥着重要作用。

一方面，它为科学家提供了一个可视化的研究平台，通过对大量的地球观测数据进行可视化呈现和分析，有助于深入研究地球内部结构、地质构造、地壳运动等地球科学领域的重要问题。

另一方面，三维数字地球模型的直观性和可交互性，为地理教育提供了全新的教学模式和工具。

通过对地球模型的旋转、缩放、剖析等操作，学生可以更加深入地了解地球的结构、地理要素的相互关系，提高对地理概念的理解和记忆。

四、支持城市规划和建筑设计三维数字地球模型在城市规划和建筑设计中的应用也越来越广泛。

借助数字地球模型，规划者和设计师可以更加直观地了解城市的空间布局、地形地貌等地理要素，为城市规划和建筑设计提供科学依据。

通过对地球模型的模拟和分析，可以评估不同规划方案的可行性和影响，为决策者提供科学的参考依据。

此外，数字地球模型还可以用于建筑设计的可视化分析和展示，有助于设计师更好地把握建筑与环境的关系，提高设计的有效性和美观度。

数字地球建设中的三维空间数据可视化“数字地球”是指利用数字化技术将地球表面、大气、海洋等自然环境信息与社会经济信息等“二次空间”数据进行整合，构建一个数字化的地球模型，以方便人们进行各种应用和决策。

如今，在数字地球中，三维空间数据可视化技术越来越成为一种重要的应用技术。

一、三维空间数据可视化技术简介三维空间数据可视化技术是指通过计算机技术将地球表面的物理信息转化为三维模型，并将其以图像形式进行展示，以便人们进行观察、理解和分析。

它基于地球科学、计算机图形学、遥感技术等多学科交叉，可以将地球表面的地貌、植被、气候、海洋等自然环境信息，以及社会经济信息等各种空间数据可视化。

它不仅可以通过逼真的三维视角展示地球表面自然环境的特征，还可以进行各种空间分析，让人们更加精细地了解地球表面自然环境的各种变化。

这种技术在城市规划、资源开发、自然灾害等领域中有着广泛的应用，成为数字地球建设的重要组成部分。

二、数字地球中的三维空间数据可视化应用数字地球中的三维空间数据可视化应用非常广泛，以下是其中几个典型的应用场景。

1.城市规划数字地球中的三维空间数据可视化技术在城市规划中有着重要的应用。

它可以将城市的基础设施、交通网络、人文景观等各种空间信息可视化，让规划师们在设计城市规划时更加精细地理解城市的特征，优化城市的内部结构和空间布局，提升城市的可持续发展水平。

2.资源开发数字地球中的三维空间数据可视化技术可以帮助资源开发者更好地理解和开发资源。

比如，在矿产资源勘探中，可利用该技术将地下矿藏的分布情况以三维模型的形式呈现，索取地下资源的难度大大降低。

同时，在水资源调配中，利用数字地球技术可以直观地呈现水文、水资源分布等信息，便于分析和制定水分配方案。

3.自然灾害数字地球中的三维空间数据可视化技术在自然灾害预测、预警等方面有着重要的作用。

通过对自然灾害发生的区域进行三维建模，可以深入理解自然灾害发生的机理，并开发出更好的预测和预警系统，提高自然灾害的应对和救援能力。

FreeEarth三维数字地球开发平台尖端技术可销售源码跨平台金牌服务西安恒歌数码科技有限公司目录一、平台概述 (1)1、平台介绍 (1)2、平台特性、优势及理念 (2)2.1、源代码可销售 (2)2.2、效果好 (2)2.3、功能齐全 (3)2.4、高性能 (4)2.5、跨平台 (4)2.6、二次开发 (5)2.7、金牌服务 (5)3、平台定位 (6)3.1、基础开发平台 (6)3.2、支持多行业应用 (6)3.2、优质服务 (12)三、平台功能................................................................................................. 错误！未定义书签。

1、平台结构：....................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1、数据层 (12)1.2、数据加载驱动层 (12)1.3、三维渲染支持层 (12)1.4、操作系统相关层 (13)1.5、高级三维渲染引擎 (13)1.6、业务扩展中间层 (13)1.7、FreeEarth三维数字地球开发平台 (13)1.8、FreeExplorer桌面应用 (13)2、平台功能介绍 (14)2.1、数字地球可视化 (14)2.2、海量多元数据集成和配置 (15)2.3、地形矢量分析 (17)2.4、场景特效 (18)2.5、挂件工具 (20)2.6、空间星系仿真 (21)2.7、地球光照仿真 (22)2.8、海洋效果仿真 (23)2.9、用户数据动态加载 (26)2.10、场景元素 (26)2.11、场景快照 (26)2.12、场景存取 (27)3、平台运行环境 (27)一、平台概述本节主要介绍FreeEarth三维数字地球开发平台及其优势、发展理念和平台业务发展定位。