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随着空间信息技术应用的不断进步创新以及“数字城市”对地理信息系统理论方法的迫切需要,城市空间模型的理论和应用尤为关键。近几十年来,城市三维建模技术的出现为数字/智慧城市提供了数据基础,城市三维建模不同于传统数据,它已经从二维数据转换成三维甚至更高维的数据模式,不仅能够使地图场景有真实感和立体感,还利于进行空间分析和空间决策。在城市三维建模过程中,建筑物作为城市建设的主体,其建模质量将影响整个三维模型的效果,因此如何对城市建筑物数据进行有效的集成管理,如何快速实时更新三维模型,如何实现空间对象的精细分析和动态处理,已成为地理信息领域的研究重点。因此,本文针对国内外城市三维建模的研究状况,对城市建筑物三维模型的构建进行研究,提出SCSG-OSM数据模型对城市数据进行合理表达。该数据模型结构简单,数据量少,不仅可以精确表示地空间对象的拓扑关系,还快速加载了纹理图像,达到快速精确建模的效果,具有较大的研究价值。本文提出的SCSG-OSM数据模型研究及在城市三维建模的应用主要工作有以下几个方面:首先,本文针对目前国内外城市三维建模的研究现状,对城市三维建模空间模型进行了深入研究,并回顾了一种简单空间模型(Simplified Spatial Model,SSM),重点分析了三维空间对象的定义与表达,阐述本文使用数据集描述的三维空间模型对城市三维建模的重要性,从而论述构建数据组织合理的城市三维空间模型的必要性。其次,本文提出了基于点、线、面和体对象的空间模型(Object-based Spatial Model,OSM)。首先基于面向对象的思想将对象总结为点、线、面、体四大类对象,并使用数据集的方式进行定义,形成由9个基本定义构成的OSM。OSM适合表示建筑物模型内部的元素,在表示整体建筑物实体方面比较薄弱,因此本文采用扩展的基于维数扩展的九交模型(DE-9IM)判断普通体元的空间关系,得到SCSG模型表示建筑物形体。最终形成SCSG-OSM数据模型共同表示建筑物模型。然后,根据SCSG-OSM数据模型构建了总体数据组织框架,对数据进行总体组织和管理。设计基于纹理和SCSG-OSM的空间数据库。数据库将纹理看作是墙面和顶面的属性数据,并利用基于文件和面向对象的关系数据库的联合管理方式来管理三维模型。最后,针对本文提出的方法,使用城市数据进行三维建模实验,分析了三维数据可视化过程,并在VRML中对城市数据进行可视化操作,得到了具有真实感的城市三维模型。同时,通过实验结果与传统方法的对比对本论文的研究方法做总结与分析,论证本文方法的有效性。