3D GIS是什么

A geographic information system (GIS) is a system that creates, manages, analyzes, and maps all types of data. GIS connects data to a map, integrating location data (where things are) with all types of descriptive information (what things are like there). This provides a foundation for mapping and analysis that is used in science and almost every industry. GIS helps users understand patterns, relationships, and geographic context. The benefits include improved communication and efficiency as well as better management and decision making. （直译）地理信息系统 (GIS) 是创建、管理、分析和绘制所有类型数据的系统。 GIS 将数据连接到地图，将位置数据（事物在哪里）与所有类型的描述性信息（事物在哪里）集成。这为科学和几乎每个行业中使用的绘图和分析奠定了基础。 GIS 帮助用户理解模式、关系和地理背景。好处包括改善沟通和效率以及更好的管理和决策。 —Esri

GIS包括地理信息（Geographic，如地球表面的特征和位置）和信息系统的技术（information system, 计算机软件/硬件/数据库），用于收集、存储、处理、分析和可视化地理空间数据。3D技术相较于二维，增加了一个维度，为我们提供了更加真实或新颖的方式来理解世界的空间信息。

从数学的角度来看，从3D到2D是通过投影来实现降维的过程。投影的本质是在低维空间找到高维数据的最优近似解。例如，将三维地球投影到二维地图上时，不同的投影方法可以保持面积、距离或角度不变，但无法同时满足这三个条件。而从2D到3D则是通过升维来实现数学表达的统一。例如，通过增加一个维度，以4*4矩阵来表达三维空间的变换（如平移、旋转、缩放）。

2D的优势也正是3D的劣势所在：

• 易于传播：成本低，可利用纸质地图等丰富的传播媒介，便于分享和交流。
• 特征突出：通过降维保存重要特征，减少冗余信息，使得信息更易于理解和使用，例如二维导航可以提供实时信息和准确的决策支持。
• 生理局限：人类大脑对于高维空间的理解能力有限，较难感知和处理超过三维以上的空间信息，例如前庭系统导致VR下的不舒适。

毕竟我们所处的物理空间是三维的，因此3D的优势在于能够真实地表达地理信息，实现对空间的完整呈现。随着技术的不断发展，3D的劣势也在不断地得到改善。个人认为，3D GIS存在主要价值的三个方面是：

• Modelling the world
• Realistic and immersive experience
• Spatial Analysis

如上图所示，整个建模过程中都离不开计算机图形学和视觉等技术与GIS的结合。在不同场景下，数据格式（如Voxel、Mesh、Point Cloud）和规范（如CityJson、BIM）等内容推动着GIS生态的完善，例如通过开源、OGC以及ISO 191XX系列等地理信息标准。毫无疑问，GIS的核心就是数据建模。

GIS数据的可视化技术与图形学密切相关，通过逼真的渲染技术展现复杂的地理空间数据。借助物理模型模拟天气环境（如河流等），利用XR技术提供更沉浸式的体验，三维空间下高效的人机交互设计来最大化挖掘GIS数据的价值。

最后，3D GIS可以提供更准确的空间分析，例如日照分析，可视域分析和天际线分析。通过可视化的结果展示，能够为决策提供更全面的分析支持。

在不同领域中，3D GIS的这些价值也有着广泛的现实应用，并持续深入。

在大众消费领域，Google利用Earth和Maps实现了“通过地理整理全世界的信息”的愿景。通过街景和视觉技术，他们注释了整个地球，实现了“让物理世界可被搜索”的目标。近些年，他们还陆续提出了Big Query和Immersive View等空间分析和可视化的优化方案。阅读更多

在企业服务领域，SuperMap（我的前公司）也提供了全面的3D GIS技术解决方案。产品体系涵盖了从三维数据的优化与管理，到海量数据的多端展现和空间分析。这些解决方案在政务、交通、城市等多个行业都得到了广泛的应用。

在开源生态中，Cesium提供了全球三维数据资产，并积极地将其3D GIS能力与各个生态系统（如UE/Unity等）对接。在研究领域，metaverse正在构建物理世界和虚拟世界之间的桥梁，推动了真实世界数据建模的数字化和虚拟化进程。智慧城市利用3D技术提高对城市的理解，实现了大规模城市重建，并应用于自动驾驶的实时3D传感技术、建筑物和室外环境的3D表示，以及新气候和能源模拟的智慧城市创新和实验。

本文是个人对3D GIS的理解：2D和3D的区别，以及3D GIS的主要价值和不同领域的应用场景。3D GIS的诸多方面可以让这个世界变得更好。

只是，这个世界会好吗？

我不是很确定。