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近年来,地理信息系统、计算机图形学及虚拟现实技术的日益成熟推动了城市数字化建设由“数字城市”向“智慧城市”的转变,这也使得了人们对如何更加有效地在计算机世界中描述空间地理实体展开了深入的研究。然而,现实世界中地理实体的几何形态多样,相互之间的逻辑关系错综复杂。传统的三维模型构建方法一般仅适用于形体简单的规则地理实体,很难准确描述与表达形态结构复杂多变的不规则地理实体及其内在逻辑关系。本文在分析空间地理实体组成要素的基础上,通过基本要素来表达三维空间,将边界表示(Boundary Representation(BR))模型与TIN有机结合起来,提出了BR-TIN模型,并阐述了基于BR-TIN模型的地理实体空间数据模型及其构建方法,探讨了基于BR-TIN模型的空间拓扑关系分析方法及三维可视化方法,并将此模型运用到单体建筑物建模中,本文的研究内容如下: (1)BR-TIN模型的提出。在分析三维实体建模技术的国内外研究现状和发展水平的基础上,对边界表示法和三角网格剖分技术分别进行了详细的分析和研究,将BR与TIN进行有机集成,提出了BR-TIN模型。 (2)基于BR-TIN模型的地理实体空间数据模型的提出及其构建方法。提出了基于BR-TIN模型的地理实体空间数据模型,运用面向对象技术将复杂空间实体按照BR-TIN模型的要求进行抽象、分解和组织,把各类元素的几何特征、属性信息等相关信息进行封装,建立元素之间的语义关系,并设计了相应的数据结构和数据存储方式。 (3)空间拓扑关系分析及三维可视化方法。针对BR-TIN模型的建模特点,从集合多算子函数的角度出发,建立了基于BR-TIN模型的空间拓扑关系分析方法的数学描述,并探讨利用OpenGL对地理实体空间数据模型进行三维可视化的思路与方法。 (4)建筑物空间数据模型的构建。基于上述的研究成果,将基于BR-TIN模型的地理实体空间数据模型应用到单体建筑物空间数据模型构建中,探讨基于BR-TIN模型的建筑物建模方法步骤,并用例证进行阐述。 本文通过构建基于BR-TIN模型的地理实体空间数据模型,优化了BR-TIN模型的数据结构,解决了几何形态复杂的不规则地理实体的几何形体和逻辑关系的模型化表达与可视化问题。该模型的建立为在网络环境下地理实体空间数据模型的构建和空间拓扑关系分析提供了一种新思路和方法。