基于“3S”技术的三维仿真应用研究（仝亮,彭彦铭,胡燚）

［摘 要］ “3S”技术是通过数据接口严格紧密地将RS、GIS、GPS功能有机集合起来，使其成为一个更具有应用价值的大系统，它们各自发挥着自己特定的作用和功能，整个系统在一个有序、协调的有机整体中运行。将“3S”技术引入三维仿真系统，通过提供空间数据管理、查询、分析等功能，为三维仿真应用提供数据支撑和决策服务。本文着重阐述了将“3S”技术与三维仿真技术相结合，在水利水电领域中应用的基本思路和发展前景。

［关键词］ GPS RS GIS 三维仿真 应用

1 引言

三维仿真是计算机可视化技术和系统建模技术相结合后形成的一种新型仿真技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术等多个信息技术分支，通过图形和图像方式对仿真计算过程和结果进行处理，实现实时和交互地观看虚拟场景中的仿真对象的虚拟现实技术。

“3S”技术是指将GPS（全球定位系统）、RS（遥感技术）和GIS（地理信息系统）三种技术通过数据接口严格紧密地集合起来，通过GPS实时提供目标空间位置、RS及时提供地球表面目标信息的各种变化、GIS对多源数据进行综合处理和集成管理。

2 应用研究目标

采用GPS、RS、GIS技术，建立基于“3S”技术的三维仿真系统，通过数字高程模型、数字卫星影像、数字栅格、数字专题地图等表现形式，兼容并蓄各种来源的信息，按地理空间坐标进行数据管理、查询和检索，经过地学分析、空间分析、相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决策，提供多层次和多功能的信息服务，为三维仿真系统提供空间数据服务和辅助决策支持。

3 基于“3S”的三维仿真解决方案

“3S”技术的整体结合，可以对空间信息进行适时采集、处理和动态更新，为三维仿真平台提供实时有效的空间数据。通过“3S”与仿真系统搭建数据接口，为仿真应用和三维场景数据之间提供数据服务。三维控制模块提供了操作三维场景的各种基本功能，使用户可以通过操作界面访问场景信息和控制场景浏览。其中包括通过各种触发机制，返回工程标志信息；查询场景空间信息；提供三维场景的交互式控制；提供场景的飞行浏览；提供工程的检索等功能。三维仿真平台还为仿真应用提供支持，包括目标的快速定位，通过引入GPS定位技术，可以将场景中的目标与现实目标关联，快速准确的定位目标；实时或定时的将RS图像输入仿真平台，可以不断更新场景信息，并为各种分析功能提供及时的影像资料；三维场景中各对象的数据控制和GIS分析功能等。其系统示意见图1所示。

4 系统结构

基于“3S”的三维仿真系统可采用三层结构模式，主要由基础数据层、仿真服务层和应用服务层组成，系统结构如图2所示。

1）基础数据层

三维仿真系统需要多种数据提供支持，包括遥感图像数据、卫星测量控制数据、DEM高程数据、专题分析数据、三维模型数据、属性数据等。通过不同设备采集后，输入仿真系统空间数据库，对数据进行统一存贮与管理。其中GIS数据是以RS和GPS信息以及其它地理信息为基础，根据三维仿真应用的需要，经过分析、处理，生成相应成果数据供系统调用并模拟显示；通过对RS数据进行定时的更新，可以用于系统场景以及相关专题应用的变化分析；GPS数据作为主要的定位、测量数据，可以提高场景仿真的准确度，并在GIS中对RS图片进行配准。

2）仿真服务层

仿真服务层是三维仿真系统的控制中枢，提供了场景可视化、实时控制、“3S”服务、计算分析、信息管理等仿真运行与控制服务。“3S”作为仿真服务的一个组成部分，集GIS、GPS、RS与一体，构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息组织模块，为三维仿真系统中所需的空间信息适时提供采集、处理、更新、分析及辅助决策等服务。

3）应用服务层

应用服务层是是三维仿真系统的表现层，根据实际应用需要，可以在三维仿真应用系统中提供场景空间漫游、三维GIS分析、空间与属性信息查询与管理、实体远程监控、定位导航模拟等应用服务。

5 系统特点

基于“3S”技术的三维仿真系统应用具以下特点:

(1）数据整合：系统将空间数据、模型数据以及属性数据进行整合，统一存贮并管理。提高了数据的耦合性，加强了相关数据的联系，为仿真系统的数据调用和显示提供更统一的组织手段。

(2）服务整合：三维仿真是目的，“3S”服务是手段。进行三维仿真应用必然需要通过GIS、GPS和RS等技术手段来实现三维仿真的目的，将“3S”服务整合到三维仿真平台中，可以提高“3S”与仿真模拟的关联性，提供更多“3S”服务，提高仿真效果。

(3）应用整合：将三维仿真系统与“3S”应用进行整合，为研究三维GIS提供了一个新的实现方法。将遥感、全球定位以及地理信息系统嵌入三维仿真系统，可以通过三维形式，直观表示地理信息的分析模拟结果，为辅助决策提供形象表达。

6 结语

计算机仿真技术可以看作是一种特殊的实验手段，它以现实系统为原型，以相应的人工环境为依据，在不破坏、不影响原系统和方案宏观决策方向的前提下具备了安全、快速进行多方案选择的优点。“3S” 技术已经广泛应用在水利行业中诸多领域中，基于“3S”技术进行的三维仿真系统开发，通过提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段，可以广泛应用于水资源调查、水环境评估、防洪防汛、水土保持、河口演变、水利工程设计、水库移民等方面的工作。将“3S”技术与三维仿真技术相结合，通过RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位信息、GIS进行相应的空间分析，为三维仿真应用提供了新的技术支撑。

来源：《黄河规划设计》2007年第4期