以網際網路做為傳輸媒介的地理資訊系統（Geographic Information Systems）簡稱 ” Web GIS ”，目前正蓬勃的發展，傳統在架構運用上皆是以二維平面為主，但真實世界乃是以三維形態存在。為了解決此問題已有相當多人投入三維展示的相關研究，其方法是利用虛擬實境模組語言（Virtual Reality Modeling Language，簡稱VRML）以在網路上進行互動的視覺展現，配合二維GIS資料來做應用。近年來隨著具有地理概念之虛擬實境模組語言（GeoVRML）的出現，更肯定利用VRML（或GeoVRML）來建構網際三維地理資訊系統的方法是可行的。
在本論文研究中是以二維平面地理資訊系統做為基礎，具有在網際網路上進行三維空間運作之能力為目的。其研究內容有：制定一套快速將二維平面建物圖徵（polygon）轉換成三維建物流程的通則，而不會受限於某些特定的繪圖工具軟體。探討三維地形產生之兩種方式以及其中可能的問題。解決了如何自動化產生可控制高度的三維建物，避免二維平面建物圖徵需以試誤法完成轉三維建物之轉換，進而建議發展一個新的VRML節點其應具備之格式，並且探討多視景（multi-view）概念應用在Web GIS操作之好處。也探討如何利用網路虛擬實境所建構出來的三度空間場景，進行三度空間物件屬性資料的查詢以及初步的三度空間分析。
最後以國立中山大學校園為例，利用衛星影像圖及40米的DTM（Digital Terrain Model）高程數值資料，以二維平面視景（plan view）、三維模型視景（model view）、三維真實視景（real view）來建立網際三維地理資訊系統之架構。

Abstract

“Web GIS” is a Geographic Information Systems（GIS） operating on the Internet. Web GIS is very popular in the world now. This 2D web GIS can’t display real world spatial information in three dimension. Virtual Reality (VR) is a fancy technology, which can display real world objects in 3D and is able to walk or fly through in this virtual world. Virtual Reality Modeling Language（VRML）can be used to construct local terrain and structures in 3D on the internet. In order to use geographic coordinates in the VRML, GeoVRML was developed for GIS purposes. This research tries to integrate the tools of 2D web GIS, VRML and GeoVRML into a 3D web GIS.
Concept of multi-view is used for this 3D web GIS, which combines a plan view, a model view and real view in a web page. The function of the plan view is to display 2D map and query attributes. The model view and real view are used to display 3D objects and link with database. However, the real view provides more object details in content and texture. This study tried to transform 2D polygons of the manmade structures into VRML and GeoVRML format without using specific software tools. The transformed 3D buildings are independent objects, which can link with database. The ways of creating terrain in GeoVRML are also discussed. A new node in the GeoVRML is suggested. A simple 3D spatial analysis is also explored.
Finally, the campus of our university ( National Sun Yat-sen University ) was used as an example for 3D web GIS. The orthophoto of the IKONOS satellite image and 40m digital terrain model data were used. The interaction among plan view, model view and real view were also designed. A database was successfully linked with model view and real view. The calculation of 3D spatial distance between two points was demonstrated. This 3D web GIS is proved to be a 3D GIS with capabilities of 3D data display, query and 3D spatial analysis.

目 錄
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 3
1.3 章節概要 3
第二章 網際地理資訊系統 4
2.1 地理資訊系統 4
2.1.1 GIS之資料格式 4
2.1.2 GIS之特性與功能 5
2.1.3 GIS開發流程 6
2.2 網際地理資訊系統 7
2.2.1 WWW與GIS整合模式 7
2.2.2 界面型之Web GIS運作模式 8
2.3 網際網路上之三維地理資訊系統 9
2.3.1 系統發展需求 10
2.3.2 三維特徵物之描述方式 10
第三章 網路虛擬實境 12
3.1 虛擬實境 12
3.2 網際網路上的虛擬實境 13
3.2.1 虛擬實境模組語言（VRML） 14
3.2.2 歷史起源 15
3.2.3 基本觀念與特色 16
3.2.4 VRML虛擬場景之製作 19
3.2.5 VRML範例：藍立方體與紅球 23
3.3 具有地理概念的網路虛擬實境 25
3.3.1 GeoVRML發展概述 25
3.3.2 GeoVRML1.0 26
第四章 使用網路虛擬實境開發多視景地理資訊系統之整合研究 29
4.1 多視景地理資訊系統之概念 29
4.1.1視景之可視化和顯示 30
4.1.2多視景的展示方式 32
4.2 二維GIS建物圖徵轉換成VRML資料格式之通則建立 35
4.2.1空間資料分離模式 36
4.2.2 獨立建物建構模式 37
4.2.3 編修鍊結模式 38
4.3 數值地形模型產生虛擬實境三維地形之自動化 39
4.3.1 VRML地形產生的方式 39
4.3.2 DTM自動貼圖方式 40
4.4 自動產生三維建物之研究 42
4.4.1 VRML中立體物件之產生方式 42
4.4.2 不規則多邊形面轉換成可控制高度之立體物件 45
4.4.3 建議發展新的GeoVRML之Node 47
4.5 Web 3D GIS空間資料查詢與分析 51
4.5.1具有地理概念之網路虛擬實境屬性資料查詢 51
4.5.2具有地理概念之網路虛擬實境空間資料分析 53
4.6 多視景三維地理資訊系統實作試驗與討論 55
4.6.1 系統整體架構流程圖 55
4.6.2 完成之視景 56
4.6.3 系統實作討論 60
4.6.4 系統可能應用 63
第五章 結論與建議 64
5.1 結論 65
5.2 建議 65
附錄A 系統架構與實作 70
a.1 環境設定 70
a.1.1 Internet Information Server設定 70
a.1.2 Autodesk Mapguide Server 設定 72
a.2 平面視景建構 75
a.3 模組視景建構 80
a.4 真實視景建構 82
a.4.1 虛擬實境地形之製作 82
a.4.2 地形與建物的疊合以及屬性的鍊結及空間分析 84
a.5 利用分割視窗整合多視景 85
附錄B VRML Browsers and plug-ins 87
附錄C 3D檔案轉換程式 102






圖表目錄
圖2-1 GIS開發流程.......………….………………………………………........ 6
圖2-2 界面型Web GIS…………...………………………………………........ 8
圖3-1 VRML架構…………...…….………………………………………........ 15
圖3-2 卡氏右手立體座標系統.....………………………………………........ 17
圖3-3 VRML概念圖…………........………………………………………........ 19
圖3-4 VRML節點結構場景圖......………………………………………........ 20
圖3-5藍立方體與紅球…………....………………………………………........ 24
圖3-6 GeoLOD quad tree概念.......………………………………………........ 27
圖4-1平面視景…………………….………………………………………........ 30
圖4-2模型視景…………………….………………………………………........ 31
圖4-3真實視景…………………….………………………………………........ 31
圖4-4 多視景整合架構…………...………………………………………........ 33
圖4-5 模型視景與平面視景之整合………………………………………...... 33
圖4-6 真實視景與模型視景之整合………………………………………...... 34
圖4-7 2D GIS建物圖徵轉成VRML之3D建物資料格式流程…………... 36
圖4-8 高度網面成型之地形加上貼圖……………………………………. 39
圖4-9 利用指標構面所建構出來之地形…………………………………….. 40
圖4-10 具有地理座標概念的VRML地形建構流程……………………… 41
圖4-11 利用指標構面形成立體物件……………………………………….... 44
圖4-12 高度為2時之五邊形柱體…………………………………………… 46
圖4-13 高度為6時之五邊形柱體………………………………………….... 46
圖4-14 平面轉立體概念圖...........…………….……………………………… 48
圖4-15 平面轉立體流程...............………………………………………........ 48
圖4-16 開放式連結資料庫架構……………………………………………… 51
圖4-17 網路地理虛擬實境屬性資料查詢架構…………………………....... 52
圖4-18 三度空間距離測量...........……………………………………………. 54
圖4-19 多視景三維地理資訊系統整體架構流程圖……………………... 55
圖4-20 中山大學校區平面視景建構流程…………………………………... 56
圖4-21 中山大學校區模型視景建構流程…………………………………... 57
圖4-22 中山大學校區真實視景建構流程…………………………………... 58
圖4-23 中山大學校區視景之資料庫……………………………………….... 59
圖4-24中山大學逸仙館之模組視景結合資料庫進行查詢…………......... 59
圖4-25中山大學海科院之真實視景結合資料庫進行查詢…………......... 60
圖4-26 模擬從中山大學遙望西子灣之海景…………………………........... 60
圖a-1 Internet服務管理員設定.....……………………………………………. 70
圖a-2 IIS中新增虛擬目錄設定.....…………………………………………… 71
圖a-3 跟隨精靈設定IIS設定.......…………………………………………… 71
圖a-4 Autodesk Mapguide Server啟動………………………………………... 72
圖a-5 設定Autodesk Mapguide空間及影像存放目錄.............................. 73
圖a-6 Autodesk Mapguide 使用權設定………………………………………. 74
圖a-7 中山大學校區衛星影像圖..…………………………………………… 75
圖a-8 MapInfo數化過程座標系統設定………………………………………. 75
圖a-9 數化完成之中山大學校區建物平面…………………………………. 76
圖a-10 進行Autodesk Mapguide空間資料轉換…………………………… 76
圖a-11 進行Autodesk Mapguide 平面圖層建構…………………………… 77
圖a-12 設定Autodesk Mapguide圖層名稱………………………………… 77
圖a-13 Autodesk Mapguide後端伺服器CGI處理程式設定……………… 78
圖a-14 Autodesk Mapguide 圖層管理員設定……………………………...... 78
圖a-15 選擇Autodesk Mapguide 圖層來源……………………………........ 79
圖a-16 建構完成之平面視景.......……………………………………………. 79
圖a-17 MapInfo匯出成AutoCad檔案格式…………………………………. 80
圖a-18 利用Rhinoceros將平面視景建物長高……………………………… 80
圖a-19 經由Rhinoceros長高後之建物…………………………………….... 81
圖a-20 完成之模組視景...............……………………………………………. 81
圖a-21 原始DTM資料.................…………………………………………… 82
圖a-22 DTM自動轉VRML檔案格式……………………………………..... 82
圖a-23 經Dtm2VRML轉換完成之VRML地形檔案…………………..... 83
圖a-24 利用Internet 3D Builder所觀測的地形正視圖………………….... 83
圖a-25 利用Internet 3D Builder所觀測的地形前視圖………………….... 84
圖a-26 完成後之真實視景............…………………………………………… 84
圖a.27 整合後之視景....................…………………………………………… 85
圖a.28 整合後之模組視景與資料之查詢…………………………………… 85
圖a.29 整合後之真實視景與資料之查詢…………………………………… 86
表3.1 GeoVRML Node簡介…………………………………………………… 26

【網頁及網站資料】
[1] http://www.vrml.org
[2] http://www.geovrml.org
[3] http://maps.unomaha.edu/Peterson/gis/Final_Projects/1998/Carson/default.html
(註：carson，1998)
[4] http://www.rainbow.net.tw/vrml/vr.htm
[5] http://www.mgt.ncu.edu.tw/~kwang/VRML/vrml.html
[6] http://www.oki.com/vrml/VRML_FAQ.html.
[7] http://vrml.wired.com/vrml.tech/vrml10-3.html.
[8] http://vrml.wired.com/future/jch.txt
[9] http://rand.gis.fcu.edu.tw/3dgis/chinese/chinese.htm
[10] http://www.3dcafe.com/
[11] http://taolodge.com.tw/taovrml.html
[12] http://140.115.123.52/user/tsairj/learn.htm
[13] http://ngis.moi.gov.tw/doc/news/24/www.htm
[14] http://netcity2.web.hinet.net/UserData/gisincks/gisapply.htm
[15] http://ngis.moi.gov.tw/doc/news/24/www.htm（註：朱子豪，2001）

【中英文獻】
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[5] 簡鳳儀，”地理資訊系統教戰手冊”，儒林圖書公司，民國86年11月。
[6] 施保旭，”地理資訊系統”，儒林圖書公司，民國86年5月。
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