三維地圖

地圖作為記錄地理信息的一種圖形語言形式，不僅為人們的出行提供了便利，同時也豐富了計算機圖形學、三維仿真技術、虛擬現實技術以及網絡通信技術的飛速發展，傳統的二維電子地圖被注入了新的活力，承載在互聯網上的三維電子地圖正成為電子地圖發展的一個重要方向。網絡三維電子地圖不僅通過直觀的地理實景模擬表現方式，為用户提供地圖查詢、出行導航等地圖檢索功能，同時集成生活資訊、電子政務、電子商務、虛擬社區、出行導航等一系列服務，為政府機關、企事業單位、商家企業提供宣傳互動的快速通道，並以全新的人性化界面表現，為人們的日常生活、網上辦事和網絡娛樂等活動提供便捷的解決方案，從而生動真實地實現了網上數字城市，讓人們真正感受到自己生活在一個信息化的城市裏。可以説，網絡三維電子地圖成為了互聯網業務發展的新的亮點。但是，任何事情都有兩面性。網絡三維電子地圖在給人們帶來方便的同時，也給國家安全、社會穩定和人們隱私等帶來威脅。需要制定相應法律等措施來維護。

地圖是根據一定的數學法則，將自然地理的自然現象和社會現象通過概括和取捨用符號縮繪在平面上的圖形。電子地圖則是以地圖數據庫為基礎，在適當尺寸的屏幕上按照一定比例顯示的地圖。而三維電子地圖就是以三維電子地圖數據庫為基礎，按照一定比例對現實世界或其中一部分的一個或多個方面的三維、抽象的描述(或綜合)，其形象性、功能性遠強於二維電子地圖。結合發展迅速的網絡通信技術和豐富的計算機網絡資源，三維電子地圖和通信網絡技術相結合，就形成了簡單易用的網絡三維電子地圖。網絡三維電子地圖通常運用網絡拓撲技術、數據庫管理系統對物體實體的座標進行數學建模，並且基於GIS系統處理、WEB技術、計算機圖形學、三維仿真技術和虛擬現實技術所實現。

實景三維地圖是利用衞星或激光技術直接掃描建築物的高度和寬度，最終形成三維地圖數據文件。實景三維地圖是基於實物拍攝、數據抽象採集技術實現的。雖然從照相機出現的那一刻起，就出現了實景三維地圖，但是真正的發展是20世紀以來，隨着飛艇、飛機和衞星等高空飛行工具的出現，獲得了一個全新的視角並可以進行全方位的拍攝，實景三維地圖才得到真正的發展。其直觀性、信息量和精確性遠非傳統二維電子地圖可比。

不過，這種地圖獲取的成本很高，基本上侷限於軍事或局部，普通人羣基本上看不到真正的實景三維地圖。直到最近幾年，搜索引擎大腕Google把衞星遙感地圖資源和三維電子地圖技術以及互聯網集合起來，推出Google Earth和Google Maps，將人們帶進了一個全新的廣闊空間，從而帶給人栩栩如生、身臨其境的體驗。另外，國內一些公司也藉助於Web GIS技術，利用飛艇、飛機和汽車等交通工具，從不同的角度進行拍攝，把整個地區都拍一遍，通過數據庫和地圖上每個具體地點聯繫起來，獲得這個地區的實景地圖。但是，這種方式還是受交通工具的限制，只有交通工具可以到達的地方才可以進行數據採集，故實景三維地圖給出的信息還是有限的。例如，城市實景地圖主要採用汽車為交通工具，所以很多政府機關、科研院所、社區小院無法拍到。但是實景三維地圖吸引人之處不僅僅在於地圖本身，呈現方式和軟件功能也同樣重要。所以，作為本土實景三維地圖，更適合國民口味，同樣也得到快速發展。

虛擬三維地圖是通過人工拍攝獲取建築物的外形，而後將各個孤立的單視角3D模型無縫集成，經過虛擬美化處理以後，形成三維地圖數據文件。

三維地圖(5張)

虛擬三維地圖是以現實地理信息為基礎，基於WEB GIS和虛擬現實技術所實現。可以通過任何方式(諸如採用人工拍照方式採集)獲得實際三維的地理信息，通常沒有實景三維地圖對拍攝要求高。將獲得的地理信息進行加工拼接，通過建模的方式加以整理，最後以虛擬現實的方式呈現。

虛擬三維地圖軟件呈現佔虛擬三維地圖整體的比重較大，故不同公司使用不同的呈現技術，給使用者的感受差別也非常大。例如，E都市使用的是地理信息系統(GIS)平面地圖，通過人工採集方式拍照、建模和上網，經過專業訓練的工作人員拍攝到樓宇3個面以上的照片，並儘可能獲得樓宇的真實名稱。之後，將採集回的數據、表格和照片還原到一個模型的環境，再利用開發的後台管理軟件將各個孤立的單視角3D模型無縫集成在一起後，移植到虛擬三維地圖，使用者就可以通過瀏覽器進行交互式的訪問。鑑於虛擬三維地圖的界面友好和數據量小，Google也開發了類似的Google Street View來呈現虛擬三維地圖，結合實景三維地圖豐富三維地圖信息。

1、準確實測:衞星影象圖作為採集數據的一個藍本，確保了建築物的位置準確性，和3D美工製作鋪設樓房的正確性。由於衞星圖並非即時的圖片，製作以實測為準。

2、高清建模:都市圈採用當今國際流行多邊形建模技術，在保證還原樓房真實形狀的同時也能保證製作的速度。在製作樓房的時候，根據採集照片對樓房的每一部 分進行推敲，結合衞星圖片製作建築，製作好建築後，嚴格按照衞星圖片上建築的位置對製作好的建築進行擺放，減少建築與建築之間、建築與地表之間的位置誤差。

3、精細貼圖:都市圈對每一棟建築進行細緻的貼圖，建築外牆、窗體、裝飾物的材質來自採集的照片或者精選的素材庫，儘量還原建築的真實外觀。

4、真實渲染:都市圈採用渲染效果非常接近於真實的光線跟蹤渲染器，使都市圈的三維地圖有着良好的層次感和豐富的色彩，在增強立體層次的時候不會讓客户覺 得很刺眼，大大提高了產品的友好度，同時根據光線跟蹤渲染器的特點對模型、貼圖進行優化，使渲染的速度進一步的提升同時不降低產品的效果。

5、美化環境:都市圈按照衞星圖片來進行環境的佈局，對照衞星圖片佈置綠化、草地、樹木，同時在保證在真實的情況下對環境做美化處理，增強產品的可看性。

模擬功能內涵更加豐富

地圖作為現實世界的模型 , 從其出現就具備了對現實世界的模擬功能 。 與二維地圖相比 , 三維地圖中對現實世界的抽象所佔比重減少了 , 更多的是對現實世界的較直觀的描述 , 模擬的效果更加逼真 。 在二維地圖中 , 受識圖能力和專業背景的影響 , 不同的人對由等高線模擬的地形形成的心像地圖會不同 , 其效果也會因人而異 , 而三維地圖生成的是直觀的與現實世界逼真的地形 ,效果更好 ^[1]  。

三維地圖的模擬功能主要有以下幾個特性 :

（1） 立體性 。 三維地圖是一種給讀者立體感的地圖 , 各種地理要素及專題信息在圖上表示時都要有一定的深度感 , 並且當一個要素被其他要素遮擋時 , 在圖形上要作消隱處理 。 這是與傳統的二維地圖的本質區別 ^[1]  。

（2）方位性 。 三維地圖是一種在特定視角下展現的地圖 , 因而它不能展示真實世界的全貌 。 如果要了解真實世界的全貌 ,必須利用計算機高速處理能力 , 連續生成不同角度的三維地圖 。這樣讀者才可以動態地 、全方位地觀察真實世界 ^[1]  。

（3） 直觀性 。 三維地圖的實質就是模擬人的視覺 , 利用計算機技術得到一種 “眼睛看到的真實地圖 ” , 可以一目瞭然獲取地理信息 ^[1]  。

（4）真實性 。 利用空間手段製作的立體地圖 , 往往是採用了高精度的衞星影像數據作為地理信息背景 , 通過數字城市中的虛擬現實仿真手段 , 真實表現地表信息 , 給讀者提供最直接 、最具真實感和最豐富的信息 。

在三維地圖中 , 除了對現實世界的直接描述外 , 通過算法的使用 , 其在模擬未來規劃和可能發生的現象和事件上具有二維地圖不可比擬的優勢 , 對地圖的模擬功能進行了拓展 。 人們可以通過三維地圖看到某待建小區建成後的場景或者某堤壩潰堤後造成的災害場景 , 這種對未發生的場景的預測模擬功能 , 也是二維地圖無法實現的 ^[1]  。

信息載負功能更高

地圖作為空間信息的載體 , 具有信息的載負功能 , 載負的信息可以分為直接信息和間接信息兩種 。 二維地圖中 , 直接信息是通過地圖上的幾何圖形符號進行表達的 , 而在三維地圖中 , 是通過對現實世界建模來表達信息的 , 這種方式不但反映了地物的位置座標等信息 , 還包含了地物的形狀 、大小等屬性信息 , 信息的載負量增加了 。 同時 , 由於三維模型佔用較多的系統資源 ,在計算機性能還沒有大幅提高之前 , 仍要考慮信息的載負量與系統資源間的平衡 ^[1]  。

間接信息是指地圖中需要經過分析解譯才能獲取的信息 。通過比較可以發現 , 三維地圖因其對現實世界描述較二維地圖更加詳細 , 因而在大比例尺條件下 , 間接信息的載負量更多 , 如某城區圖中 , 可通過路寬比較獲取各條道路的通行能力的差別 ,而不僅僅是城市中主要街道與次要街道的區別 。 另外 , 由於聲音 、視頻等技術的使用 , 三維地圖可以載負更多的屬性信息 , 如某醫院的歷史 、規模 、周圍環境 、接待就診人數等信息 ^[1]  。

傳輸功能出現了新特點

傳輸方式變化

自 1969 年捷克地圖學家 A . K o l a c n y提出地圖傳輸論的觀點以來, 地圖傳輸系統理論取得了令人矚目的發展 , 而對三維地圖的傳輸理論的研究卻較少 。 傳統的地圖傳輸論的觀點認為 , 地圖的用途就是在地圖製作者和使用者間傳遞信息 , 在傳遞空間信息時 , 需要經過製圖時對現實世界進行抽象 , 用符號表達 , 讀圖時再進行解譯還原這樣過程 , 而三維地圖中以模型的方式表達地物 , 對部分信息的傳輸 , 如居民點 、河流以及橋樑等 , 因為它們是對現實世界的真實再現 , 不需要經過符號的抽象和解譯這一過程 , 這是三維地圖不同於二維地圖的一大特點 ^[1]  。

符號體系不同

符號體系是地圖傳輸論的基礎, 符號設計的優劣直接影響信息傳輸的效能。 三維地圖符號更形象、直觀, 也更容易理解,而傳統地圖用户需要一定的讀圖知識和技巧。 即使用户不具備專業知識, 通過三維地圖也能獲得所需的信息。 它可以滿足人們快速、準確認識和表現現實世界的需要, 因此, 三維地圖符號的設計和製作是三維地圖製作的重點和關鍵所在 ^[1]  。

三維地圖描述現實世界的方式和顯示的環境不同於二維平面地圖, 因此在符號設計上也有很大差別。 三維地圖符號的視覺參量由狀態、動態變化和交互操作 3部分組成。 其中, 狀態參量包含形狀、尺寸、色彩、亮度、紋理和空間造型等, 在設計時可參考平面地圖的視覺變量。 在一些電子地圖中, 也有采用動態變化的手段, 因而也可以參考來設計三維符號。 交互操作是三維地圖符號設計中所特有的。 在三維地圖中, 用户可以實現旋轉、空中飛行、視點變化調整等操作。 通過屏幕、交互設備等, 用户從聽覺、視覺、觸覺等多渠道獲取交互操作產生的效果。 三維模型符號數據量的大小對交互操作時消耗的系統資源影響很大, 因而對符號的狀態參量進行設計時也要考慮對交互操作時速度的影響。 平衡有限的資源和更逼真的效果需要更大資源的矛盾, 以最快的速度, 最好的效果傳輸地理信息, 是三維地圖符號設計的最終目的 ^[1]  。

空間認知功能更加符合人認知的特點

地圖的空間認知功能是地圖的基本功能, 這是由地圖的基本特性決定的。 用三維地圖描述現實世界時, 除了採用符號和模型的方式描述地理要素外, 對於道路、河流等線狀要素和湖泊, 綠地等面狀要素可以採用紋理貼圖的方式來描述, 另外還通過音頻、視頻、動畫、對現實世界的描述真實感更強。 在獲取視覺刺激的同時, 由於聲音、觸覺等手段的採用, 可以使用户從聽覺和觸覺等渠道進行補充, 從心裏學角度出發, 有利於用户獲取空間信息 , 空間認知的能力更加強大。 二維地圖其本質是建立在符號系統基礎之上的表達方式, 因此始終區別於在真三維空間中的認知方式, 而三維地圖是模擬在三維空間表現三維的現實世界, 打破了人類在地理信息表達和處理方面的限制, 人類將以本能的認知方式來表達和處理空間信息, 因而三維地圖的空間認知功能更符合人類認知現實世界的特點 ^[1]  。

作為互聯網的新業務，其出現和生存肯定是和贏利分不開的。相關公司把它作為一個平台，來與電子政務、電子商務、網絡娛樂、地圖導航、城市黃頁、商業廣告、電子諮詢等整合，通過平台上的業務獲取贏利。

電子政務：結合國家電子政務中數字城市規劃，政府及運營商合作開發運營網絡三維電子地圖，不僅可賺取一定政府專款，同時對網絡三維電子地圖也是一個宣傳。

使用費用：滿足使用者的最大需求，收取使用者使用費。

廣告宣傳：在地圖上增加廣告(包括企業、景點、商業區等)，並增加相應鏈接，使使用者可直接訪問鏈接點，從而向被宣傳者收取廣告費用。

即時通信：在地圖上增加QQ，Email，Blog，BBS等，分享相應企業收入。

企業合作：網絡三維電子地圖公司可與移動終端廠商或其它增值業務提供商合作，為他們開放API接口，提供電子地圖數據庫接口，從而賺取合作費用。

網絡三維電子地圖雖然帶來了互聯網的一大進步，但也帶來了一些安全和隱私問題。網絡三維電子地圖服務的內容是地圖，而地圖對國家而言在一定程度上是具有戰略意義的，也就是説，某種內容或者某種精度的地圖是要保密的，否則國家戰略秘密會無密可保。

首先，網絡三維電子地圖數據採集缺乏監管。2008年，所有網絡三維電子地圖使用的數據並未經過相關主管部門的審查，一些敏感地區並未經過處理加工，缺乏系統的規範和監督，存在被不法分子不正當利用的可能性。其次，網站對註冊會員沒有進行審查管理。一些網絡三維電子地圖網站允許註冊會員在實景照片上隨意添加説明文字。而隨意添加的不良信息可能對社會造成不良影響，甚至引起犯罪，嚴重時甚至威脅國家安全。

首先，應加強網絡三維電子地圖服務提供商企業的企業審核，只有符合要求的企業才可開發和提供網絡三維電子地圖業務。其次，應提高企業自律要求，企業必須具備一定的審核能力，並進行定期檢查，對不符合要求的予以一定懲罰。此外，應增強網絡三維電子地圖監查手段，使相應監管部門可以方便地發現是否有違反規定的現象。

2010年8月26日晚間，百度地圖有了新變化。在使用百度地圖服務時，除普通的電子地圖功能之外，新增加了三維地圖的按鈕。用户點擊這一按鈕之後，百度地圖提供的內容將轉換成“三維模式”。這一模式通過數字的方式，將平面的地圖信息立體化，其呈現效果稱為2.5D更為恰當。

以北京地圖為例，部分三環外的三維圖像數據缺失，而現有數據顯然更新不算非常及時。

信息顯示，百度三維地圖是與都市圈合作推出。都市圈由廣州億動運作，專業從事三維虛擬仿真地圖的服務。億動已經獲得國家測繪局頒發的乙級測繪資質。

2010年，都市圈自己網站上除北京、澳門等地區之外，在提供電子地圖、三維地圖等功能的同時，還在廣州、上海、武漢等城市的地圖服務中，提供了相應的衞星圖像。不過，衞星圖像的功能暫時並未被百度地圖引入。

來自國家測繪局的資料表明，百度對互聯網地圖資質的申請已獲公示，獲得牌照幾成定局。據悉，國家測繪局或對外頒發牌照。 ^[2] 

隨着宇宙的不斷膨脹，距離我們更遠的星系看起來更紅，因為它們的光波已經延伸到更長的波長。研究人員將星系按顏色分組，以獲得每個星系與我們星系之間距離的粗略指示。這樣，研究小組就可以在地圖上添加第三個維度。一張三維宇宙地圖可以提供宇宙歷史的記錄。通過追蹤星系如何隨時間擴散，宇宙學家可以間接地測量在其中起作用的力，包括暗物質的引力。暗物質，這種不可見的物質佔宇宙質量的80%，主導着星系和星系團的形成。 ^[3]  2020年7月，斯隆數字巡天計劃公佈了迄今最完整的宇宙三維地圖,也為暗能量的存在提供了更加堅實的證據。在天文學家看來，暗能量研究已經迎來了黃金時期。 ^[4] 

隨着移動測量技術以及傾斜攝影測量技術等新型測繪技術的不斷髮展，三維地圖正向着真三維、高精度的方向發展。隨着移動互聯網與物聯網智能感知技術的持續創新，三維高精度地圖也在不斷地融合5G通信、高精度定位、物聯網、人工智能等技術，集成車端、場端、路側、氣象、環境、路況等信息，通過多源、多維、多尺度的地圖賦能於智慧交通的各個領域。 ^[5]