Luận văn thạc sĩ VNU UET mô hình hóa bản đồ ba chiều và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC VŨ MƠ HÌNH HĨA BẢN ĐỒ BA CHIỀU VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -iLỜI CẢM ƠN Trước tiên xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đặng Văn Đức, Viện Công nghệ thông tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, người định hướng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, người tận tình truyền đạt kiến thức, quan tâm, động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu Trường Nhân cho phép gửi lời cảm ơn tới nhóm bạn học lớp K15T3, lớp chuyên ngành Hệ thống thông tin, bạn đồng nghiệp thường xuyên quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp tài liệu hữu ích suốt thời gian học tập Trường đặc biệt trình thực luận văn tốt nghiệp vừa qua Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Vũ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -iiLỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Mơ hình hóa đồ ba chiều ứng dụng” cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, tham khảo nguồn tài liệu rõ trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Các nội dung cơng bố kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Vũ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -iiiMỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN .ii DANH SÁCH BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRÊN KHÔNG GIAN BA CHIỀU (3D GIS) 1.1 Giới thiệu 1.2 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Các chức GIS 1.2.3 Ứng dụng GIS 10 1.2.4 Các phần mềm GIS thông dụng 10 1.3 Hệ thống thông tin địa lý không gian ba chiều (3D GIS) 15 1.3.1 Khái niệm 15 1.3.2 Các chức 3D GIS 16 1.3.3 Các phần mềm 3D GIS 17 1.3.4 Ứng dụng 3D GIS 21 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN BẢN ĐỒ BA CHIỀU 22 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Các phương pháp biểu diễn 3D GIS 22 2.2.1 Mơ hình lưới (Grid) 22 2.2.2 Mơ hình Shape (Shape Model) 23 2.2.3 Mô hình mặt (Facet Model) 24 2.2.4 Mơ hình biểu diễn biên (Boundary Representation (B-rep)) 25 2.2.5 Mơ hình mảng chiều (3D Array) 27 2.2.6 Mơ hình Octree 28 2.2.7 Mơ hình CSG (Constructive Solid Geometry) 29 2.2.8 Mơ hình 3D TIN (Tetrahedral network, TEN) 30 2.3 Các thuật toán hỗ trợ mơ hình hóa đồ ba chiều 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -iv2.3.1 Thuật toán biến đổi khoảng cách (Distance Transformation) 32 2.3.2 Thuật toán khảm Voronoi (Voronoi Tessellations) 35 2.3.3 Thuật toán Triangulations (Triangulations (TINs)) 38 2.3.4 Thuật toán biến đổi khoảng cách ba chiều (3D Distance Transformation) 41 2.3.5 Thuật toán khảm Voronoi chiều (3D Voronoi Tessellation) 44 2.3.6 Thuật toán sinh mạng khối tứ diện (TEN Generation) 45 2.4 Mạng tam giác không (TIN) 46 2.4.1 Cấu trúc liệu TIN 47 2.4.2 Phương pháp xây dựng TIN 48 CHƢƠNG 3: BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH BA CHIỀU VÀ CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 54 3.1 Giới thiệu 54 3.2 Bản đồ địa hình ba chiều 54 3.2.1 Cơ sở khoa học đồ địa hình ba chiều 54 3.2.2 chiều Nguyên tắc chung xây dựng hiển thị nội dung đồ địa hình ba 66 3.2.3 Các phương pháp thành lập đồ địa hình ba chiều 70 3.3 Cài đặt thử nghiệm 71 3.3.1 Phân tích yêu cầu thử nghiệm 71 3.3.2 Lựa chọn mơ hình cài đặt 73 3.3.3 Lựa chọn công nghệ 74 3.3.4 Đánh giá 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -vDANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thơng số tính tốn từ DEM ứng dụng chúng 65 Bảng 3.2: Bảng mẫu thuộc tính đối tượng đường giao thơng 70 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -viDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình cơng nghệ hệ thống GIS Hình 1.2: Các thành phần hệ thống GIS Hình 1.3: Giao diện phần mềm AutoCAD 2010 11 Hình 1.4: Giao diện phần mềm MapInfo Professional 10.0 12 Hình 1.5: Giao diện phần mềm MicroStation 8.0 13 Hình 1.6: Giao diện phần mềm mơ hình hóa 3D ArcScene ArcGIS 14 Hình 1.7: 3D Analyst (một chức mở rộng) [8] 18 Hình 1.8: Thành phần VirtualGIS (trong phần Add-on module) [8] 19 Hình 1.9: Thành phần Terrain bên tron hệ thống GeoMedia [8] 20 Hình 1.10: Thành phần Topographer bên hệ thống PAMAP GIS [8] 21 Hình 2.1: Hai loại biểu diễn đối tượng không gian [8] 22 Hình 2.2: Biểu diễn bề mặt phương pháp lưới (Grid) [8] 23 Hình 2.3: Biểu diễn bề mặt sử dụng mơ hình shape [8] 24 Hình 2.4: Mơ hình TIN [8] 24 Hình 2.5: Ví dụ điểm địa hình (thu thập đo đạc mặt đất) 25 Hình 2.6: Ví dụ biểu diễn mặt TIN bề mặt địa hình điểm hình 2.5 25 Hình 2.7: Biểu diễn B-rep polygon phẳng [8] 26 Hình 2.8: Các loại biểu diễn mặt [8] 27 Hình 2.9: Ví dụ biểu diễn mảng 3D biểu diễn đối tượng đặc [8] 27 Hình 2.10: Ví dụ biểu diễn Octree đối tượng [8] 29 Hình 2.11: Các đối tượng đơn giản từ khối nguyên tử đơn giản CSG [8] 30 Hình 2.12: Ví dụ mơ hình 3D TIN (TEN) [8] 31 Hình 2.13: Ví dụ lỗ khoang lịng đất (boreholes) giả định 31 Hình 2.14: Ví dụ biểu diễn TIN 3D lỗ khoang lòng đất (boreholes) 31 Hình 2.15: Các loại biểu diễn khối [8] 32 Hình 2.16: Một vài điểm nhân (hoặc điểm mục tiêu) [8] 33 Hình 2.17: Ảnh DT điểm Hình 2.16 [8] 33 Hình 2.18: Các mặt nạ phép toán DT [8] 34 Hình 2.19: Ví dụ đa giác Voronoi biểu diễn số điểm liệu [8] 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -viiHình 2.20: Q trình tính tốn DT tạo ảnh Voronoi q trình “qt” xi [8] 36 Hình 2.21: Tính tốn song song DT khảm Voronoi [8] 37 Hình 2.22: Các điểm hạt nhân 38 Hình 2.23: Các đa giác Voronoi tạo điểm hinh 2.22 38 Hình 2.24: Các điểm hạt nhân raster hóa tập liệu đo vẽ ảnh 38 Hình 2.25: Các đa giác Voronoi tạo từ điểm hạt nhân (hình 2.24) 38 Hình 2.26: Sáu tam giác khơng bị che phủ điểm tạo kỹ thuật sinh tam giác Delaunay [8] 39 Hình 2.27: Hai khả hình thành tam giác [8] 40 Hình 2.28: Mặt nạ (2 x 2) để dị tìm cấu trúc hình học mơ hình TIN [8] 40 Hình 2.29: Dị tìm cấu trúc hình học tam giác [8] 41 Hình 2.30: Mặt nạ 3-4-5 3D DT [8] 42 Hình 2.31: Các phần ảnh (chia theo trục Z theo mức độ)đối với 3D DT khảm Voronoi ba chiều [8] 43 Hình 2.32: Ví dụ ảnh chuyển đổi khoảng cách 3D (3D distance transformation image) điểm [8] 44 Hình 2.33: Ví dụ phép khảm Voronoi chiều điểm [8] 45 Hình 2.34: Sáu TEN không chồng đè [8] 45 Hình 2.35: Cấu trúc liệu TEN (đối với TEN đưa hình 2.34) 46 Hình 2.36: Ví dụ hiển thị TEN 46 Hình 2.37: Điểm liệu [5] 47 Hình 2.38: Mơ hình TIN [5] 47 Hình 2.39: TIN với góc nhìn [5] 48 Hình 2.40: Đường bình độ [5] 48 Hình 2.41: Bản đồ cột điện thoại thành phố [5] 48 Hình 2.42: Sơ đồ Voronoi hai vị trí [5] 49 Hình 2.43: Sơ đồ Voronoi ba vị trí [5] 49 Hình 2.44: Sơ đồ Voronoi với 20 vị trí [5] 50 Hình 2.45: Sơ đồ Voronoi cấu trúc TIN [5] 50 Hình 2.46: Một bước thuật toán greedy insertion [5] 52 Hình 2.47: Tập điểm vào [5] Error! Bookmark not defined LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -viiiHình 2.48: Tam giác bao [5] .Error! Bookmark not defined Hình 2.49: Tạo tam giác để đưa vào TIN [5] 52 Hình 2.50: Kiểm tra điều kiện Delauney [5] 53 Hình 2.51: Mơ hình TIN với tập liệu vào hình 2.47 [5] 53 Hình 3.1: Các nội dung mơ hình đồ địa hình ba chiều [1] 55 Hình 3.2: Cấp độ chi tiết LoD đối tượng nhà, khối nhà [1] 59 Hình 3.3: Mơ hình đồ ba chiều khu vực hồ Hoàn Kiếm 72 Hình 3.4: Góc nhìn khác mơ hình đồ chiều khu vực hồ Hồn Kiếm 72 Hình 3.5: Mơ hình cài đặt 73 Hình 3.6: Ứng dụng Silverligt trình diễn media 75 Hình 3.7: Phép chiếu đối tượng 3D hình theo góc nhìn cụ thể [32] 78 Hình 3.8: Mơ hình hóa đối tượng không gian chiều [32] 79 Hình 3.9: Quy tắc bàn tay phải [32] 79 Hình 3.10: Hệ trục tọa độ thuận tay phải, hướng ba ngón tay chiều dương ba trục tọa độ XYZ [32] 80 Hình 3.11: Ví dụ khối lập phương đơn giản tạo từ WPF 3D [32] 81 Hình 3.12: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 khu vực Hồ Hồn Kiếm 82 Hình 3.13: Bản đồ địa tỷ lệ 1:2000 khu vực Hồ Hồn Kiếm 83 Hình 3.14: Mơ hình ba chiều cơng trình văn hóa, tịa nhà 84 Hình 3.15: Các tịa nhà khơng mơ hình hóa chi tiết 85 Hình 3.16: Giao diện Microsoft Visual Studio 2008 86 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -ixBẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2D : Hai chiều 3D : Ba chiều CAD : Thiết kế trợ giúp máy tính (Computer Aided Design) CSDL : Cơ sở liệu DBMS : Hệ quản trị sở liệu (Database Management Systems) DEM : Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) DTM : Mơ hình số địa hình (Digital Terrain Model) DSM : Mơ hình số bề mặt (Digital Surface Model) GIS : Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GPS : Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) GRID : Mơ hình lưới mơ hình số độ cao LiDAR : Công nghệ đo Laser (Light Detection And Ranging) LoD : Cấp độ chi tiết (Level of Detail) MultiLoD : Đa cấp độ chi tiết (Multiple Level of Detail) TIN : Mạng tam giác không (Triangulated Irregular Network) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -75Silverlight đem đến cho người đam mê giới đa phương tiện thỏa mãn thật Silverlight dạng plug-in dựa công nghệ Microsoft Net, độc lập với đa tảng đa trình duyệt, cho phép phát triển ứng dụng đa phương tiện đặc biệt ứng dụng web Silverlight cung cấp mơ hình lập trình lập trình mềm dẻo đồng nhất, hỗ trợ Ajax, Python, Ruby ngơn ngữ lập trình Net Visual basic, C# Khả đa phương tiện silverlight thể mức độ truyền tải âm hình ảnh chất lượng cao cách nhanh chóng hiệu tất trình duyệt Internet Explorer, Firefox, Safari Hình 3.6: Ứng dụng Silverligt trình diễn media Silverlight kết hợp nhiều công nghệ vào tảng phát triển, cho phép bạn lựa chọn nhiều cơng cụ ngơn ngữ lập trình thích hợp để giải toán bạn Silverlight cung cấp tính sau:  Sự kết hợp WPF XAML: Silverlight gói nhỏ cơng nghệ Windows Presentation Foundation (WPF) Nó mở rộng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -76nhiều Element trình duyệt để tạo giao diện người dùng PWF cho phép bạn tạo đồ họa chiều, hình ảnh động, đa phương tiện nhiều tính phong phú khác máy khách XAML (Extensible Application Markup Language) cung cấp cú pháp đánh dấu đặc trưng cho việc tạo Element  Mở rộng cho ngôn ngữ kịch bản: Silverlight cung cấp việc mở rộng cho ngôn ngữ kịch (Javascript) số trình duyệt phổ biến để thể việc trình bày giao diện thao tác người dùng cách phong phú  Sự tích hợp với ứng dụng có: Silverlight tích hợp liền mạch với ngơn ngữ javascript mã Ajax ASP.Net để bổ sung chức bạn xây dựng Bạn tạo tài nguyên máy chủ có ASP.NET sử dụng khả Ajax ASP.NET để tương tác với tài nguyên máy chủ mà khơng làm gián đoạn người dùng  Sử dụng mơ hình ngơn ngữ lập trình tảng Net Framework công cụ để kết hợp: Bạn tạo ứng dụng tảng Silverlight sử dụng ngôn ngữ động InronPython ngôn ngữ C# Visual Basic Bạn sử dụng cơng cụ phát triển Visual Studio để tạo ứng dụng tảng Silverlight  Hỗ trợ mạng: Silverlight bao gồm hỗ trợ cho HTTP qua TCP Bạn kết nối tới dịch vụ WCF, SOAP, ASP.NET AJAX nhận định dạng theo cấu trúc XML, JSON hay liệu RSS  Hỗ trợ ngôn ngữ tích hợp truy vấn (LINQ): Điều cho phép bạn truy cập liệu cách sử dụng cú pháp trực quan tự nhiên mạnh mẽ, gõ đối tượng có ngơn ngữ Net Framework - Windows Presentation Foundation (WPF) Được phát triển Microsoft, Windows Presentation Foundation (hay WPF) hệ thống đồ họa (graphical subsystem) để biểu diễn (rendering) giao diện người dùng ứng dụng Windows WPF, trước biết đến với tên “Avalon”, ban đầu đưa phần NET Framework 3.0 Đúng tin cậy (relying on) vào hệ thống GDI cũ hơn, WPF sử dụng DirectX WPF cố gắng cung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -77cấp mơ hình lập trình quán để xây dựng ứng dụng cung cấp phân chia rõ ràng giao lớp diện người sử dụng lớp business logic Theo đung nghĩa từ này, gần giống với mơ hình đối tượng hướng XML, mơ hình cài đặt XUL SVG [34] WPF sử dụng XAML, ngôn ngữ bắt nguồn từ XML, để định nghĩa kết nối loạt phần tử giao diện UI Các ứng dụng WPF triển khai chương trình desktop độc lập, sử dụng đối tượng nhúng (embedded object) website Nó hướng tới hợp số phần tử giao diện người dùng chung, biểu diễn 2D/3D, tài liệu có khả thích ứng cố định, cách trình bày in (typography), đồ họa véc tơ, hoạt ảnh thực (runtime animation), đa phương tiện tạo trước Các phần từ sau kết nối với thao tác dựa kiện khác nhau, tương tác người sử dụng ràng buộc liệu (data bindings) Các thư viện WPF runtime đưa vào tất phiên hệ điều hành Windows từ Windows Vista Windows Server 2008 Người sử dụng Windows XP SP2/SP3 Windows Server 2003 tùy chọn cài đặt thư viện cần thiết Đến WPF đưa phiên chính: WPF 3.0 (11/2006), WPF 3.5 (11/2007), WPF 3.5sp1 (8/2008), and WPF (4/2010) Microsoft Silverlight sử dụng WPF để cung cấp control nhúng web (embedded web controls) cạnh tranh với Adobe Flash, tập trung nhiều vào mơ hình đối tượng UI tập trung vào hoạt cảnh (animation) Biểu diễn 3D runtime khơng hỗ trợ Silverlight, có ứng dụng WPF nhúng - XAML XAML viết tắt cụm từ: Extensible Application Markup Language ngôn ngữ dạng khai báo Bạn tạo phần tử đồ họa (UI) với khai báo thông qua thẻ XAML Sau bạn dùng file mã lệnh tách biệt (code-behind) để trả kiện điều khiển đối tượng mà bạn định nghĩa XAML Nó ngôn ngữ mô tả dựa XML trực quan để xây dựng giao diện từ bước phác thảo sản xuất sản phẩm, đặc biệt hữu ích cho đối tượng có kinh nghiệm thiết kế website kỹ thuật LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -78Ngày nay, XAML sử dụng để tạo giao diện người sử dụng (UI) WPF, Silverlight, luồng công việc khai báo (declare workflows) WF giấy điện tử (electronic paper) chuẩn XPS Tất lớp WPF có dẫn phi tham số (parameterless constructors) tạo cách sử dụng dư thừa thuộc tính Điều làm để làm cho hồn tồn phù hợp với ngôn ngữ XML giống XAML - WPF 3D o Cơ đồ họa ba chiều: Ý tưởng việc tạo đồ họa chiều xây dựng mơ hình ba chiều đối tượng Bởi hình máy tính hai chiều, chúng định nghĩa camera để chụp ảnh đối tượng Ảnh là hình chiếu đối tượng mặt phẳng hai chiều Hình chiếu tạo dạng ảnh bimap nhờ engine tạo ảnh chiều (3D rendering engine) Engine xác định màu sắc cho điểm ảnh cách tính tốn lượng ánh sáng (amount of light) mà chiếu (reflected) nguồn sáng tới bề mặt chiếu (projection surface) đối tượng không gian ba chiều [32] Tất bề mặt đối tượng có vật liệu (material) màu quét (brush) Vật liệu định nghĩa số lượng ánh sáng chiếu góc cụ thể màu quét (brush) định nghĩa màu sắc Một màu quét (brush) màu đơn giản màu trải (gradient) chí ảnh (được gọi ảnh dán - texture) Hình 3.7: Phép chiếu đối tượng 3D hình theo góc nhìn cụ thể [32] o Thế giới tam giác: Trong giới đồ họa ba chiều, tất đối tượng mô tả tập tam giác Nhưng lại LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -79tam giác? Bởi tam giác đối tượng hình học (geometry) phù hợp để mô tả mặt phẳng hai chiều Engine tạo ảnh ba chiều tính tốn màu sắc tam giác phụ thuộc vào vật liệu góc nguồn sáng cảnh Nếu xây dựng giới hình chữ nhật, điểm khơng cần phẳng Để tính tốn tạo bề mặt phức tạp nhiều nhiều Bề mặt đối tượng ba chiều gọi Mesh Mesh định nghĩa số số điểm chiều Các điểm gọi đỉnh Các đỉnh nối với mẫu xốy chơn ốc (winding pattern) để định nghĩa tam giác Mỗi tam giác có mặt trước mặt sau Chỉ mặt trước tạo (rendered) Mặt trước định nghĩa thứ tự xốy chơn ốc cùa điểm (winding order of the points) WPF sử dụng mẫu xốy chơn ốc ngược chiều kim đồng hồ Chúng ta nhớ điều theo quy tắc nhớ đơn giản gọi “quy tắc bàn tay phải” Điều có nghĩa bạn khép kín bàn tay phải để ngón tay chĩa lên hiệu, ngón tay di chuyển ngược chiều kim đông hồ ngón tay lên Các ngón tay thứ tự xốy chơn ốc, ngón tay cho biết mặt tam giác Hình 3.8: Mơ hình hóa đối tượng khơng gian chiều [32] Hình 3.9: Quy tắc bàn tay phải [32] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -80o Hệ tọa độ thuận tay phải: WPF sử dụng hệ thọa độ thuận tay phải Điều có nghĩa bạn nắm ngón tay bàn tay phải hình dưới, ngón tay hình chiều dương trục tọa độ XYZ Hình 3.10: Hệ trục tọa độ thuận tay phải, hướng ba ngón tay chiều dương ba trục tọa độ XYZ [32] o Các phần tử cảnh ba chiều (3D scene):  Khung nhìn chiều (Viewport3D): Khung nhìn điều khiển (control) mà xây dựng cổng (gate) giới hai chiều ba chiều  Camera: Mỗi cảnh ba chiều có xác camera Camera định nghĩa vị trị hướng nhìn (LookDirection) hướng nhìn lên (UpDirection) người quan sát (viewer) WPF hỗ trợ camera chiếu vng góc (orthographical cameras) camera quan sát từ xa (perspective cameras)  Các mơ hình chiều (3D Models): Một mơ hình ba chiều định nghĩa đối tượng cảnh Nó có đối tượng hình học (Geometry) Mesh vật liệu (Material) vật liệu khuyếch tán (diffuse), vật liệu phản chiếu (specular) vật liệu emmisive Vật liệu tự có quét màu (brush)  Ánh sáng (Lights): Khơng có ánh sáng bạn khơng thấy Vì cần đặt nguồn sáng cảnh để chiếu sáng mơ hình WPF hỗ trợ nguồn sáng khác nhau, như: Nguồn sáng bao quanh (AmbientLight); Nguồn sáng có định hướng (DirectionalLight); Điểm sáng (PointLight); Đốm sáng (SpotLight) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -81o Ví dụ: Ví dụ cách tạo mesh khối lập phương đơn giản với đỉnh bọc 12 tam giác để tạo nên hình dáng khối lập phương Hình 3.11: Ví dụ khối lập phương đơn giản tạo từ WPF 3D [32] b Công nghệ số hóa, biên tập đồ Nguồn liệu thử nghiệm đồ địa hình khu vực Hồ Hồn Kiếm, TP Hà Nội tỷ lệ 1:2000 Bộ Tài nguyên Môi trường thành lập LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -82Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 dạng DGN, có lớp địa hình bao gồm đường bình độ đường bình độ Tác giả sử dụng công cụ hệ thống phần mềm ArcView để chuyển đổi liệu đường bình độ (đã gán giá trị độ cao) sang mơ hình số độ cao dạng lưới 100mx100m đưa vào lưu trữ CSDL Dữ liệu phục vụ cho việc xâu dựng lớp mơ hình số độ cao Hình 3.12: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 khu vực Hồ Hồn Kiếm Các lớp thơng tin: giao thơng, thủy hệ, dân cư, địa danh, … tác giả lấy từ đồ địa tỷ lệ 1:2000 Với lớp thông tin này, tác giả sử dụng hệ thống ArcToolBox phần mềm ArcGIS, chuyển lớp từ liệu nguồn DGN sang dạng shape file, sau chuyển vào lưu trữ CSDL Với lớp đối tượng bề mặt, để hiển thị đối tượng cách xác, tác giả sử dụng đồ địa Quận Hồn Kiếm tỷ lệ 1:2000 khu vực Hồ Hồn Kiếm, đồ địa bao gồm hình dáng (polygon) lơ đất xác vị trí đối tượng bề mặt Sử dụng ArcGIS để chuyển đổi biên tập lại foot-print đối tượng bề mặt này, sau chuyển lưu trữ CSDL LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -83- Hình 3.13: Bản đồ địa tỷ lệ 1:2000 khu vực Hồ Hồn Kiếm c Cơng nghệ chuyển đổi liệu vào sở liệu Sử dụng công cụ ArcToolBox phần mềm ArcGIS để chuyển lớp liệu: giao thông, thủy hệ, dân cư, địa danh, … từ đồ địa hình vào sở liệu Sử dụng thư viện ArcGIS Engine ESRI để phát triển công cụ chuyển đổi liệu tùy biến vào sở liệu d Công nghệ xây dựng mô hình 3D tịa nhà Sử dụng phần mềm 3D Studio Max để xây dựng mơ hình 3D tịa nhà Các tòa nhà bề mặt DEM chia làm loại: - Các đối tượng cần mơ hình hóa chi tiết: ví dụ Tháp Rùa, Đền Ngọc Sơn, Bưu điện Hà Nội, Tượng đài Lý Thái Tổ, … - Các đối tượng khơng cần mơ hình hóa chi tiết: tòa nhà nhỏ, tòa nhà chưa chi tiết hóa giai đoạn thử nghiệm Với đối tượng tịa nhà cần mơ hình hóa chi tiết lại chia làm cấp độ chi tiết khác theo mức độ phóng to (thu nhỏ) khác xem đồ Tác giả phối hợp với nhóm 3D Hà Nội để thực hạng mục công việc Đầu tiên sử dụng phần mềm 3D Studio Max xây dựng mơ hình chi tiết cho tịa nhà, sau thực địa chụp ảnh mặt tịa nhà, sử dụng cơng cụ dán textture xác vào vị trí mơ hình Kết tập mơ hình 3D tịa nhà cần xây dựng mơ hình 3D LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -84- Hình 3.14: Mơ hình ba chiều cơng trình văn hóa, tịa nhà Với đối tượng tịa nhà khơng cần mơ hình hóa chi tiết, tác giả nhập độ cao giả định tịa nhà vào CSDL, sau hệ thống dựa giá trị độ cao tự động sinh thao tác với đồ: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -85- Hình 3.15: Các tịa nhà khơng mơ hình hóa chi tiết e Công nghệ hệ quản trị CSDL Sử dụng hệ quản trị sở liệu SQL Server 2008 Microsoft f Cơng nghệ lập trình Cơng cụ lập trình sử dụng cài đặt thử nghiệm dịch vụ LBS đề tài Microsoft Visual Studio 2008 Đây công cụ phát triển ứng dụng chuyên nghiệp Microsoft nhiều nhà phát triển phần mềm lựa chọn sử dụng Microsoft Visual Studio 2008 triển khai ứng dụng môi trường Net (.Net framework) Một số ưu điểm Microsoft Visual Studio 2008:  Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như: VB.Net, C#, C++, ASP.Net  Có khả phát triển nhiều loại ứng dụng khác nhau: ứng dụng giao diện cửa sổ (Windows Forms Application), ứng dụng kiểu giao diện text (Console Application), phát triển thư viện, ứng dụng web  Ngoài ứng dụng chạy hệ điều hành Windows cho dịng máy tính, Microsoft Visual Studio 2008 hỗ trợ phát triển ứng dụng cho thiết bị thông minh (Smart Device)  Hỗ trợ nhiều kiểu lập trình khác hướng đối tượng, hướng kiện, hướng thành phần, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -86 Phát triển ứng dụng đa luồng  Hỗ trợ viết mã: trợ giúp trực tuyến giúp lập trình viên nhan chóng hồn thiện đoạn mã mình, khơng phải nhớ nhiều cú pháp phức tạp câu lệnh  Các tính thiết kế trực quan, tự động sản sinh mã nguồn giúp người lập trình tạo sản phẩm cách hiệu thời gian ngắn Hình 3.16: Giao diện Microsoft Visual Studio 2008 3.3.4 Đánh giá Hệ thống thử nghiệm bước đầu mơ hình hóa số lớp thông tin đồ địa hình ba chiều: bao gồm mơ hình số độ cao DEM, lớp bề mặt địa hình (giao thơng, thủy hệ, …), lớp đối tượng tòa nhà bề mặt Hệ thống cung cấp chức cho phép thao tác với đồ chiều như: phóng to, thu nhỏ, thay đổi độ nghiêng, xoay đồ xem thông tin Qua việc sử dụng WPF lập trình Net để biểu diễn đồ Web, tác giả thấy công nghệ ứng dụng để biểu diễn đồ chiều Hiện tốc độ chạy hệ thống cịn chậm, thuật tốn xử lý việc load mơ hình sinh mơ hình, cần cải thiện thuật toán Trong tương lai cần cải tiến thuật toán hiển thị, thuật tốn sinh mơ hình chiều, load mơ hình 3D để tăng tốc độ hệ thống Ngoài cần bổ sung thêm chức xử lý liệu 3D GIS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -87KẾT LUẬN Ngày nay, hệ thống thông tin địa lý không gian chiều (3D GIS) quan tâm có bước phát triển mạnh Bản đồ ba chiều đồ địa hình chiều có nhiều ứng dụng tất các ngành, lĩnh vực kinh tế quốc dân Bởi việc nghiên cứu cách mơ hình hóa, hiển thị, phép xử lý đồ ba chiều đóng vai trị quan trọng Thực đề tài “Mơ hình hóa đồ ba chiều ứng dụng”, tác giả giới khái niệm tổng quan, phép toán, ứng dụng 3D GIS Nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa đồ chiều, thuật tốn hỗ trợ việc mơ hình hóa đồ chiều, từ đưa nhận xét lựa chọn phương pháp biểu diễn, thuật tốn cài đặt để mơ hình hóa đồ địa hình chiều Luận văn sâu nghiên cứu cấu trúc TIN thuật toán xây dựng TIN việc mơ hình hóa mơ hình số độ cao (DEM) – nhân tố quan trọng đồ địa hình ba chiều Đề tài nghiên cứu khái niệm bản, sở toán học phương pháp thành lập đồ địa hình chiều Trên sở đó, tìm hiểu cơng nghệ cài đặt, tìm tịi liệu xây dựng ứng dụng mơ hình hóa đồ địa hình chiều khu vực Hồ Hoàn Kiếm, TP Hà Nội, qua rút kinh nghiệm việc xây dựng ứng dụng mơ hình hóa đồ Web Hướng nghiên cứu đề tài, tập trung nghiên cứu, tìm hiểu cải thiện thuật tốn mơ hình hóa đồ chiều ngữ cảnh cụ thể, phương pháp xây dựng mô hình 3D City, kết hợp phương pháp thu thập liệu tiên tiến phục vụ xây dựng đồ địa hình ba chiều Sau thử nghiệm thành cơng việc mơ hình hóa đồ địa hình chiều khu vực nhỏ, tác giả nghiên cứu công nghệ khác để xây dựng ứng dụng đồ chiều Web, từ có nhận xét xác định công nghệ tối ưu Phát triển từ đồ địa hình chiều, kết hợp chức phục vụ du lịch như: tìm đường, nhúng thơng tin media (video, audio), lập tour, mơ hình hóa chi tiết khu du lịch, khu văn hóa, …từng bước xây dựng đồ du lịch chiều mang tính thực tiễn cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -88TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Thục Anh, Nguyễn Thơ Các, Vũ Văn Chất, Tăng Quốc Cương, Trần Tuấn Ngọc, Đặng Thị Liên, Vũ Thị Tuyết, Phạm Thị Luyến (2006), Nghiên cứu thử nghiệm thành lập đồ địa hình 3D, Kỷ yếu Các đề tài nghiên cứu Khoa học - Công nghệ giai đoạn 2002 – 2006, Bộ Tài nguyên Môi trường Hồ Đình Duẩn, Lê Trung Chơn, Đặng Quốc Trung (2008), Cơ sở toán học GIS 3D ứng dụng, Hội trắc địa Bản đồ TP Hồ Chí Minh Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thơng tin địa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật Đặng Văn Đức (2001), Một số vấn đề GIS 3D, Đề tài cấp sở, Viện Công nghệ thông tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Lê Quốc Hưng, Đặng Văn Đức, Nguyễn Tiến Phương, Đặng Quốc Hữu (2002), Biểu diễn đồ chiều ứng dụng, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 40 (Số đặc biệt kỷ niệm 40 năm thành lập Tạp chí Khoa học Cơng nghệ (19622002)), tr 105-114 Lương Chính Kế , Thành lập DEM/DTM DSM cơng nghệ LiDAR, Viện Đo ảnh Bản đồ, ĐH Bách Khoa Vacsava Báo cáo kết thực dự án xây dựng mơ hình số độ cao cơng nghệ LiDAR khu vực thành phố Cần Thơ, Trung tâm Viễn thám Quốc gia, Bộ Tài nguyên Môi trường Tiếng Anh A Abdul-Rahman, M Pilouk (2008), Spatial Data Modelling for 3D GIS, Springer Berlin Heidelberg NewYork Alias Abdul Rahman, Sisi Zlatanova, Morakot Pilouk , The 3D GIS Software Development: global efforts from researchers and vendors 10 YANG Bisheng, LI Qingquan, LI Deren (1999), Building Modelling For 3D City Model, Geo-spatial Information Science, Vol.2, No.l, pp 109-114 11 Thomas H Kolbe, Representing and Exchanging 3D City Models with CityGML, Chapter 12 ZHU Qing, HU Mingyuan, ZHANG Yeting, DU Zhiqiang (2009), Research and Practice in Three-Dimensional City Modeling, Geo-spatial Information Science, Volume 12, Issue 1, pp 18-24 13 Siyka Zlatanova, Alias Abdul Rahman, Morakot Pilouk, Trends in 3D GIS development 14 LUIS M FUENTES, Javier Finat, Juan J.Fernández, Jesús I San José , Using Laser Scanning for 3D Urban Modelling LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -8915 Chen Tet-Khuan, Alias Abdul-Rahman, Sisi Zlatanova, 3D Spatial Operations in Geo DBMS Environment for 3D GIS 16 Ajmal S Mian, M Bennamoun, R A Owens, A Novel Algorithm for Automatic 3D Model-based Free-form Object Recognition 17 Shu-KaiYang, Chin-ChenChang, Ding-ZhouDuan, Ming-FenLin, A novel progressive modelling algorithm for 3D models 18 Tien-Yin Chou, Lan-Kun Chung, Wen-Yuan Ku, Wei-Yuan Lo, An Implementation of 3D GIS on web 19 Dave Pegg, Design Issues with 3D Maps and the Need for 3D Cartographic Design Principles 20 Volker Steinhage, Jens Behley, Steffen Meisel, Armin B Cremers, Automated Updating and Maintenace of 3D City Models Website 21 http://msdn.microsoft.com 22 http://www.gisdevelopment.net 23 http://www.opengeospatial.org 24 http://www.opengis.com 25 http://www.silverlight.net 26 http://silverlightvn.org 27 http://en.wikipedia.org 28 http://vi.wikipedia.org/wiki/AutoCAD 29 http://vi.wikipedia.org/wiki/MapInfo_Professional 30 http://vi.wikipedia.org/wiki/ArcGIS 31 http://vi.wikipedia.org/wiki/MicroStation 32 http://www.wpftutorial.net/IntroductionTo3D.html 33 http://vi.wikipedia.org/wiki/Hệ_thống_Thông_tin_Địa_lý 34 http://en.wikipedia.org/wiki/Windows_Presentation_Foundation LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... mơ hình hóa đồ ba chiều, thuật tốn hỗ trợ mơ hình hóa, đồ địa hình ba chiều  Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu phương pháp mơ hình hóa đồ ba chiều, đồ địa hình ba chiều thử nghiệm mơ hình hóa đồ. .. cứu phương pháp mô hình hóa đồ ba chiều, phép tốn thuật tốn khơng gian ba chiều Qua rút nhận xét ứng dụng vào việc thử nghiệm xây dựng hệ thống biểu diễn mơ hình hóa đồ địa hình ba chiều web khu... khơng gian ba chiều, thuật tốn hỗ trợ việc mơ hình hóa khơng gian ba chiều, … từ ứng dụng vào việc mơ hình hóa đồ địa hình ba chiều khu vực cụ thể, xây dựng cài đặt thử nghiệm ứng dụng web Vì