數字地球( Digital Earth )是將過去分散於各部門、各地區來源的不同類型、不同解析度之局部調查和觀測技術(如：遙感探測、全球定位系統)與成果，藉由分散的地理資料庫及網際網路來加以數字化整合在一起，並透過地理資訊系統( GIS )及虛擬實境技術( Virtual Reality )來分析及展示2D、3D、4D資訊，再利用模擬技術( Simulation )來推演地球環境系統的模式，其中需要電腦繪圖、巨量儲存、高解析衛星影像、寬頻網路、平台互操作( Interoperability )、詮釋資料( Metadata )等相關技術環節。過去三維地理資訊系統( 3D GIS )之建置多傾向於利用向量(Vector)或網格結構來處理資料，但是向量式3D GIS除了有結構及計算複雜的缺點外，僅停留在學術研究的階段，並無商用軟體發行，因此推廣不易 。目前3D GIS多結合虛擬實境( Virtual Reality )技術來發展，並採用VRML來建立三維物件，此種方法以地形展示為主，配合少數三維空間分析功能，以2.5維的方式呈現3維的空間概念。
本研究以W3C ( World Wide Web Consortium )組織所提出之GeoVRML四元樹結構為基礎，以JAVA實作出ROAM ( Real-time Optimal Adaptive Meshes )演算法改進其四元樹結構顯示之誤差，並提出獨特之虛擬地形分層方式，最後以NGDC提供之地球資料ETOPO5的5-Minute Data和台灣40米DTM，衛星影像則為200米、100米、50米、25米作為範例，建構出一個具有LOD顯示的虛擬地球。

Digital Earth is a kind of GIS application which use lots of computer techniques, including “Computer Graphic”, “High quality Satellite Image”, “Multi-resolution”, ” Metadata”, ”Level of detail”, etc. In the past, geographers always tend to use triangle or grid structure to build 3D GIS. Now 3D GIS tend to use VRML to display virtual terrain data. Nevertheless, this display method is short of three-dimension analysis. It just uses 2.5 dimension to simulate 3 dimension space structure.
This thesis is base on the theory of GeoVRML Quad-tree structure and use JAVA to implement ROAM algorithm. And this method can improve Quad-tree structure morphing error and raise virtual terrain display speed. This thesis use ETOPO5 5-minute DTM data to build Earth model (provide by NGDC) and Taiwan 40M DTM data, 200M, 100M, 50M, 25M satellite image to build Taiwan 3D GIS model. Meanwhile, this thesis addresses an unique three level structure to display 3D GIS model. One is Satellite Image layer, one is virtual terrain layer, and last one is 3D feature object.

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構及流程 3
第二章 相關研究 6
2.1 數字地球(Digital Earth) 6
2.1.1數字地球的起源 6
2.1.2 數字地球的基本觀念與特色 7
2.1.3 數字地球的應用 9
2.2多重解析度模型( Level of Detail Modeling )技術 9
2.2.1 靜態多重解析度模型 11
2.2.2 動態多重解析度模型 11
2.3即時最佳化可適性網格(ROAM)演算法 12
2.3.1 ROAM演算法 12
2.3.2鑽石型結構--ROAM演算法的改進 16
2.3.3分割時產生的網格裂縫問題 19
2.4相關文獻探討 20
第三章 具有地理概念的虛擬實境模組語言（GeoVRML）…………….24
3.1 GeoVRML的起源 .24
3.2 GeoVRML的基本觀念與特色 ….25
3.3 GeoVRML的節點介紹 26
第四章 網路虛擬地理系統衍生之問題與研究…………………………..35
4.1 地形顯示最佳化問題 35
4.1.1虛擬地形的資料分層 35
4.1.2多重解析度(LOD)的地形顯示 38
4.1.3視角範圍裁切(View Frustum Culling)及其他簡化方式 40
4.2 巨量地形資料的傳送 41
4.2.1 VRML資料切割模式 42
4.2.2地形資料壓縮建構模式 46
4.2.3地表上特徵物、Polygon及貼圖簡化模式 47
4.3 利用EAI增加數字地球的互動性 49
4.3.1 甚麼是EAI 49
4.3.2 虛擬地形互動性問題探討 51
4.3.3 虛擬地球結合EAI及JavaApplet的應用 55
第五章 使用GeoVRML開發虛擬地理資訊系統之整合研究 61
5.1 數字地球資訊系統使用者介面設定與使用 61
5.1.1 瀏覽器設定以及VRML plug-in的設置 62
5.1.2 使用者端JAVA Application介面介紹 62
5.2 數字地球資訊系統地形分層 70
5.2.1 衛星影像圖層模式 70
5.2.2 巨量地形模型建構模式 73
5.2.3 地表特徵物及建築連結模式 75
5.3 以ROAM演算法減少數字地球顯示時的誤差………………..79
5.3.1 利用ROAM改善誤差的方法…………………………...79
5.3.2 DTM和衛星影像的資料來源說明.……………………...83
5.3.3 系統實作效率之比較…………………………………….87

第六章 結論與未來發展建議 90
6.1 結論 90
6.2 未來發展建議 92
參考文獻……………………………………………………………………..94
附錄A 系統架構與實作圖 99

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