基于VRML的三维空间对象建模和拓扑检查
王军委,张 凤
【摘 要】VRML是一种交互性的虚拟现实建模语言，常用来构建现实三维场景模型，借助Internet技术和网页制作技术，在浏览器界面实现用户和实体模型之间的动态交互。利用关系数据库按照空间矢量数据结构模型存储空间对象的点、线、面、体等数据。借助于欧拉公式，通过Javascript脚本语言编写代码，实现对三维空间对象的拓扑关系分析，如对房屋的三维实体模型的构建和在网页界面对简单的三维空间对象的拓扑检查、拓扑冗余数据删除等功能。 【期刊名称】黑龙江工程学院学报（自然科学版） 【年(卷),期】2018(032)005 【总页数】5
【关键词】VRML；三维建模；拓扑检查
【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_journal-heilongjiang-institute-technology_thesis/0201270750363.html
三维空间对象的复杂性使得研究者们在使用数字形式表达现实世界中的三维现象时遇到诸多困难，不仅仅是简单的从二维拓展到三维，目前许多涉及三维GIS方面的工作进展缓慢[1]。众所周知，VRML可以实现动画功能的交互性、沉浸感、想象性，借助于网页制作技术，利用嵌入浏览器中的VRML控件就可以在网页界面上展现出三维实体模型，使人具有如同置身于真实的客观世界中一样。由于早期互联网发展受HTML的限制，网页界面内容单一且只能显示二维静态界面的内容，不仅视觉效果单一，而且交互性能也差强人意，更无法实现网页界面三维实景的显示，即使后来随着 Javascript脚本语言的出现使网页
界面能显示更丰富的内容，实现许多动态特效，但仍然只能限制在显示二维平面场景的视觉效果中，还是无法实现网页界面的三维模型动态显示与交互的功能。由于技术的限制，使得早期VRML的发展没有得到壮大，更没有被广泛使用。直到VRML2.0的产生，将VRML、HTML、Javascript 3种技术巧妙地结合在一起形成WEB3D技术，才彻底改变网页界面上的单调、交互性差、无法显示三维场景的缺点，并极大地增强了用户浏览网页时的三维视觉体验效果，而WEB3D可视化技术增强了网页中三维实体模型的立体感和真实性[2]。本文以基于VRML的三维房屋建模与三维空间对象拓扑检查与编辑的功能实现为例来展开介绍。
1 三维空间对象数据的存储与建模
1.1 空间数据存储
GIS的空间分析功能包括构建空间地理信息数据库和空间拓扑关系分析，空间拓扑分析对空间地理信息数据进行空间关系查询具有十分重要的影响[3]。空间数据中常见的空间关系有：度量关系、顺序关系、拓扑关系[4]。度量关系是空间对象之间的欧氏距离，比如两点间的距离，点到直线的距离；顺序关系是各个空间对象之间相对位置的关系，例如空间对象1在另一个空间对象2的正南方向或正东方向；拓扑关系是空间对象之间在拓扑变化下相对关系不发生变化 [5]，当前，在拓扑关系的表述上取得了很多研究成果[6], 拓扑关系模型有Egenhofer等人提出的4交模型[7]与9交模型[8] , Li等人基于空间代数方法提出的空间代数模型[9]等。拓扑关系是空间关系中最重要的部分，并根据此关系对空间对象间的关系进行定性或定量分析和处理[10]，尤其在构建三维空间对象实体模型、分析三维空间对象关系以及进行三维空间对象间的拓扑查询等
方面具有至关重要的作用。空间对象间常见的拓扑关系有相交、相切、包含、邻接等。空间数据库与一般数据库管理系统相比，空间数据库既存储有空间数据又有属性数据，因为空间数据量大，数据间关系复杂，因而空间数据组织存储是一个复杂繁琐的过程。
空间数据具有空间特征、非结构化特征、空间关系特征和分类编码特征的特点。空间特征是指每个空间对象都有空间坐标以表示它在空间坐标系中的位置；非结构化特征是指空间数据存储要求数据记录是变长的且允许记录之间的嵌套。空间关系特征是每个空间实体对象的存储记录中包含有该对象与其他对象间的拓扑关系，如存储面数据的表中包含构成某一面的点和线的记录和该面体的记录；分类编码是指每一个空间对象都有一个分类编码，方便空间数据的管理和记录。邵振峰[11]提出的拓扑链、外拓扑和内拓扑的概念设计出双向搜索算法构造出复杂房屋的三维拓扑数据模型;为了将空间数据高效地存储起来，按照一定的拓扑学理论对三维空间实体进行分类和建库，空间数据库的建立直接影响着GIS系统设计、开发和应用[12]，本文借鉴李青元[13]的结点-边-环-曲面片-体5组拓扑关系，在关系数据库中建有4个数据表，分别命名为：结点、边-点、面-边、体-面，按照空间矢量结构模型的存储格式把房屋的点、线、面、体的数据分别存储在4个数据表中，然后通过Javascript脚本语言读取和查询这些空间数据，进而实现对空间数据拓扑分析和编辑功能。本文设计的空间数据库中点、线、面、体的数据组织存储记录如下：
1)结点中存储点的空间数据和属性数据，其中包括每个点的名称、X，Y，Z坐标、包含该点的线等数据记录；
2)边-点存储了线的空间数据和属性数据，其中包括每条线的名称、起始节点、
基于VRML的三维空间对象建模和拓扑检查
