贵州2.5D-GIS技术_三维可视化制作

你知道BIM和GIS有哪些区别与联系吗？ 

BIM与GIS 过去分属两类不同学门领域，因此如何串联相关技术达成两种模型共享一项平台的技术， 持续拓展与应用才是我们应该关注的!今天我们就聊一聊BIM和GIS的区别与联系有哪些?

一、4D模拟

BIM中的4D模拟应用于施工过程中的冲突检查和提供项目管理的沟通效率;GIS技术除了应用于冲突检测外，以GIS为基础的4D模拟，还可以应用于地理空间环境的物流业务整合。

二、规划功能

BIM主要应用于室内规划，空间几何信息存储在建筑模型当中。室内空间数据信息可用于空间分析和能源消耗分析;GIS系统主要应用于室外规划，如工地选址，物流服务，紧急疏散设计等，很少用于室内规划。也应用于建筑规划对城市布局的影响和评估。

三、空间关系

BIM在建筑构件之间的空间关系不是以连结关系的形式存储。几何信息作为建筑构件的属性之一，不同构件几何属性定义不同;GIS系统用来收集、存储、分析、管理和呈现与位置有关的数据，但对于建筑信息职能描述其外观，对于建筑中的属性信息是没有办法描述的。

四、拓扑结构

BIM中拓扑结构工具不成熟，既不能分析空间关系，也不能应对不同的数据集合;GIS中拓扑结构工具十分成熟，可用来存储和模拟不同行业的空间关系数据。

五、分析功能

BIM提供便捷的分析功能，例如实体造型、交叉分析、长度测量、面积和体积计算以及数量统计;GIS提供基于向量和栅格的空间分析，可进行覆盖/相交/合并分析、最短路径分析、网络分析、表面积计算和属性分析等。

六、三维模型

BIM主要用于自动化管理的需要，三维模型的几何与功能属性相关联，建筑构件包含丰富的属性信息。而三维构件的空间关系以分层结构方式保存;GIS是建立有利于空间分析数字原地表模型，属性主要包括地表区域的坡度、长、宽、高、可见性、剪切和填充体积、表面积、地表的3D可视化和其全景视图，此外存储一些与功能关联的基本属性。

七、坐标体系

BIM采用直角坐标系。数据信息转换时需要世界地理系统或者其他投影系统支持;GIS可以使用任何坐标系统或投影。同时也将数据转换为几个不同的测绘单位通用数据，这是GIS超过BIM的一个很大优势。

八、本质区别

BIM中新设施在建设时可以与设计的形状、大小、空间关系、属性信息相比较;GIS是城市有关的地形和鲜有建筑分布描述。侧重数据库管理系统(DBMS)功能，在通用的平台上查询、显示空间和属性信息。

2.2GIS三维空间数据模型

2.2.1空间数据模型分类

三维数据结构同二维一样也存在栅格和矢量两种形式。栅格结构使用空间索引系统，将地理实体的三维空间分成细小单元（体元）。三维矢量数据结构表示方法有很多，将实体抽象为点、线、面、体，由面构成体。其中运用最为普遍的是具有拓扑关系得三维边界表示法和八叉树表示法。根据三维空间模型对地学空间目标的集合特性的描述是以表面描述方式还是以空间剖分方式，可以分为体元模型和面元模型。

（1）体元模型

常用的体模型是将三维空间对象视为体单元的集合。体单元是简单的三维基本单元，如立方体、球、圆柱体等。将三维空间对象视为这些基本对象经过一些基本操作(如交、并、差等)后的组合体。体模型数据结构包括三维栅格结构、八叉树结构、结构实体几何模型和四面体格网模型[23]。对于建筑物，本文不关注其中的拓扑结构，仅对其整体和外部形状感兴趣，综合考虑到建筑物的形状特点、3D建模的精度要求，如果用Octree建模则难以保证精度，用TEN建模则会增加许多无意义的数据，因此CSG是进行建筑物建模的一个较好选择，本文重点讲述结构实体几何模型（CSG）。结构实体几何模型（CSG）类似于机械制造方法，最早由Voelcker和Requicha提出，是将简单的几何形体（如球、圆柱、圆锥等体素）通过正则运算（交、并、差）来构造复杂的3D目标。一个复杂目标可以描述为一棵CSG树，这棵树的终端结点为基本体素（如立方体、圆柱、圆锥），而中间结点(枝节点)为正则集合运算的结点。

CSG树以根节点作为查询和操作的基本单元，它对应一个三维空间目标。一个复杂的空间形体，可以由一些比较简单，规则的空间形体经过布尔运算而得到。

CSG模型的优点是：方法简单，适合对复杂目标采用分治算法；具有唯一性和明确性；没有冗余信息，必要时可以在目标和体素上附加有关属性。其缺点是：一个3D空间目标的CSG是不唯一的，且不描述点、边、环、面的拓扑关系。

（2）面元模型

面模型数据结构主要包括规则格网模型Grid、不规则三角网TIN和边界表示模型B-Rep。

规则格网模型Grid用一组大小相同的网格描述地形表面。它能充分表现高程的细节变化，拓扑关系简单，算法容易实现，空间操作及存储方便。但占用的存储空间较大，不规则的地面特征与规则的数据表示之间可能不协调，在地形平坦的地方存在大量的数据冗余。

不规则三角网（TIN）是由分散的地形点按照一定的规则构成的一系列不相交的三角形，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置。TIN实现三维地形的显示过程就是确定哪三个点构成一个最佳三角形，并使每个离散点都成为三角形的顶点。TIN的优点是存储效率高，数据结构简单，与不规则的地面特征和谐一致，可以表示细微特征或叠加任意形状的区域边界。当表面粗糙或变化剧烈时，TIN能包含大量的数据点，而当表面相对单一时，在同样大小的区域，TIN只需少量的数据点。TIN比Grid复杂，它不仅要存储每个点的属性数据，还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系，难以与矢量和栅格数据结构进行联合分析。

边界表示模型（B-Rep）是以物体边界为基础来描述几何形状，一般采用矢量法表达三维目标，与二维GIS所采用的矢量结构在原理上一致。每个物体均由有限个面构成，每个面由有限条边围成，而每条边由构成边的顶点表示。在边界表示法中，空间实体的几何信息和拓扑信息是分开存储的，其数据结构可以用体表、面表、弧表、边表、顶点表等五个层次来描述，因此在进行坐标变换时，仅需改变空间点的坐标，空间实体间的拓扑关系可以保持不变。B-Rep模型强调3D空间目标的外部细节，通过3D目标属性表、面-体关系表、边-点-面关系表和点坐标表来详细记录构成3D空间目标的所有几何信息和拓扑信息。其优点为：几何信息与拓扑信息分开存储，完整清晰；便于基于面、边的空间查询与计算；易于与2D图形、3D线框模型、有限元网格剖分及3D曲面造型接口。其缺点是：数据量大，数据关系复杂；对3D空间目标的整体描述能力差，不能反映目标的构造过程；不能记录目标组成元素的原始特征。