GIS是怎样建成的系列之一：从图形开始

从进入大学稀里糊涂与GIS结缘已经有六年了，回首这些年与GIS的关系有如恋人，曾经自以为了解它，GIS原理从本科到研究生学了两遍，学过的专业课不下十门，ArcGIS从应用到开发，从Engine到Server甚至silverlight、flex等富客户端API，涉猎也算广泛了吧。然而，去年接触了第一个开源GIS的sharpmap忽然发现其实GIS也可以是这样的。就如某朋友谈到女孩子之后，说女孩子啊，当你了解到某一个阶段，忽然就会发现完全不了解她了，当时就是这种感觉。从这之后，一个原来不太愿意想的问题出现在眼前，GIS是怎样建成的？不是二次开发的几个API，也不是所有GIS原理书本那些只为了考试背诵的大段文字。从今天起，小菜鸟从NetTopologySuite几何图形库开始来学习建立一个GIS系统是如何建成的。

上帝创世的时候首先创造的天地，天地构造了世界的基础。那么什么是GIS中的天地？小菜鸟觉着是图形。地图和对地图一切的操作其基础就是一个个图形。那么什么是图形呢？从传统认识的是点、线、面、体。但这还不够具体，好在相比当年上帝相比现在的上帝们已经有了一个使用指南OpenGIS标准，它定义了一系列GIS的规范，其中就包括了GeoAPI——一组GIS的Java接口。NetTopologySuite也不例外，它使用的是GeoAPI的.Net版本中的Geometries图形定义问题。好吧，那让我们试着看看上帝该怎么实现这些东西。

首先具体化的图形都存在一个问题——坐标问题。所以上帝说得有坐标，于是便有了坐标的接口ICoordinate，包括X，Y，Z坐标，这应该是一个坐标最基本的东西吧。在此基础上坐标之间还有距离和比较，也就是Distance和Equal(按照需求分为Equal2D和Equal3D)。有了坐标之后我们就有了构建图形的原子了，那么原子怎么构成更大粒度的元素的。定义一个IGeometry接口。好了，定义了图形的总接口我们可以玩我们想的点（定义IPuntal）、线(定义曲线ICurve,二维线Ilinear)、面(定义IPoliygonal,ISurface)了。为了区分维度，定义Demension来区分。在此基础上我们就有了IPoint(具体点)，IPolygon(具体多边形，包括轮廓和内部岛屿)，ILineString(多线)，ILineRing(带有方向的多线)等。

定义了单体的图形到这里就基本定义完成了， 那么开始定义其集合IGeomertyCollection，然后对应定义多点(IMutiPoint)，多线(IMutiPoint,IMultiLineString)，多面(IMutiCurve,IMultiSuface)。这就出了一个问题，作为一个集合性操作，定义一个IGeomertyCollection是不是已经足够了呢？就图形本身来看其似乎作用并不大，但就我的理解这类数据结构的作用是当图形（Geometry）变成了要素(Feature)时候，这时候空间和属性一一对应，这样用多点，多线，多面这样的数据结构就可以方便表示一些同质的图形。其图形定义部分基本如下图所示。










当然，这够了吗？这些东西我们可能会从文件中直接读取，或者创建中有一定的要求，比如闭合、坐标不重复。学过设计模式的话，你会想到一个东西，那就是工厂，创建一个GeometryFactory，从此我们的所有对象就是靠Factory创造。还有一个非常重要的结构Envelope，相信学习GIS的朋友不会陌生吧，翻译过来叫包络线，说白了，就是所有图形的一个矩形外框，用处很大了，以后我们会慢慢了解它的魅力。在NetTopologySuite里面，这些接口基本上做了简单实现。好了，这样似乎关于图形的东西就基本搭出来了，当然这不是图形的全部，还有一些东西如精度模型，位置关系，关系矩阵以后会陆续出现，还有个别如ordinate纵坐标？小程序猿自己也是一知半解，欢迎拍砖，一起学习进步。