1.3 实体建模对地学领域研究的意义

信息社会的到来使得人们对信息的要求在广泛性、精确性、实时性以及综合性上都越来越高，而地理信息系统，尤其是三维地理信息系统的研究与发展对满足这种要求提供了可能。随着计算机软硬件技术、图形学、空间测量、空间数据存储等技术的日益成熟，三维地理信息系统已开始由理论研究走向实际应用。然而，由于三维空间建模与分析的复杂性，使得这些应用还仅仅局限在地质、矿山、城市景观分析等一些特殊的领域，并且提供的功能也非常有限。尤其是在地质领域，尚有一系列问题亟待解决，例如：如何根据现有的钻孔数据，自动生成三维地质体的表面模型；针对特定的地质体，如何利用现有的模型（或者是模型集成的方式）对其实现高效、完整的三维表达；集成模型的数据结构如何组织；如何在三维环境下对模型进行可视化渲染，以及如何对大规模场景进行实时漫游等。这些问题也是制约三维地理信息系统发展的根本原因的一个方面。这些问题的解决，无疑将对三维地理信息系统的发展产生较大的推动作用。

第一，提炼和研究地学领域内地质体构模的通用框架模型，有利于提升地学领域建模的整体技术装备和研发水平。

模型化、定量化和数字化目前已成为矿产资源管理的发展方向。我国是一个矿产资源丰富的国家，然而矿产资源开发利用过程中的信息化、数字化水平同美国、加拿大、澳大利亚、瑞典等发达国家相比仍相对落后。信息化过程中的绝大多数技术装备，包括硬件和软件都还依赖发达国家。

目前制约我国地学领域信息化发展的主要原因之一是对复杂空间实体建模、模型动态交互与控制研究不够，无法对行业技术进步和产业升级起到积极地带动作用。为了更快更有效地解决这些问题，加速地学领域研究向模型化、定量化和数字化转化的步伐，迫切需要提炼和研究空间实体建模的通用框架模型，模型动态交互与控制技术，为地学领域实体建模提供理论基础，为矿产资源管理中的设计与生产提供技术支撑，对行业技术进步和产业升级起到积极地带动作用，全面提升我国矿产资源管理中的信息化水平，增强国际竞争力。

第二，探讨空间数据模型的集成应用方案，构建空间模型性能的评价体系，能够为三维地理信息系统的设计准则和性能评价提供理论依据。

在三维地理信息系统中，由于空间维数的扩展使得同一类实体在几何和拓扑上产生较大差异，采用单一的数据模型很难对各种类型的空间实体进行有效的描述，而且三维地理信息系统的应用领域非常广泛，不同的应用目的对空间目标所要进行的操作和分析千差万别，如城市和矿山，前者可能进行景观分析，后者则要进行巷道网络分析。在处理三维地理空间的复杂对象时，有些模型如CSG、BR（边界表示）便于描述规则目标；而另一些模型，如不规则三角网和四面体格网，则对于不规则目标的描述较为有利。矢量模型对图形输出有利，对空间分析却不利；而栅格模型对空间分析效率高，对图形输出效率却很低。为解决上述问题，采用空间数据模型集成方式，构建空间数据模型的集成应用框架体系，充分发挥每一类模型的性能，实现对三维地理空间对象高效、完整的表达；同时，建立空间模型的性能评价体系，这对于三维地理信息系统走向实用，将具有非常现实的意义。

第三，研究三维环境下基于视觉原理的可视化技术，将有助于实现真正意义上的三维地学对象的立体建模、立体交互操作、立体漫游仿真，这将从根本上解决模型交互中的空间定位与信息融合，解决大规模地形实时漫游过程中，由于不同细节层次模型之间过渡而引起的图像跳变以及图像绘制帧率不高等技术难题，对三维地理信息系统的发展和应用起到积极的促进作用。