对数字计算机来说，栅格模型特别适用于刻画像地球重力场那样的连续的空间变量。栅格可以用数字矩阵来表达（见图2．16B），它以一种简单的文件结构贮存在磁盘中，文件按顺序含有像元的直接地址。数字扫描设备和视频数字化仪能够产生栅格形式的数据，许多输出设备也是基于栅格模式，例如，视频显示器、行式打印机和喷墨绘图仪。运用栅格模型进行数字图像处理和分析已被广泛应用于遥感、医学成像、计算机视觉和其它有关领域。

    与此相反，矢量模型非常适于表达图形对象和进行高精度制图。在栅格模型中要想精确地刻画点、线、多边形和符号等图形要素，没有很小的像元是困难的，即使这样做了也会占用很大的存贮空间。在矢量模型中，包围多边形面的线是由一系列相连的点或中间点（Vertices）组成，每个中间点也就是一个空间坐标对，因此称之为矢量（见图2．16A）。如果中间点之间非常接近，坐标表达非常精确，那么曲线就可以被精确描述。数字化仪产生矢量形式的坐标对数据，数字笔式绘图仪能够产生线划平滑的图形和图件。然而，矢量数据存贮的数据结构要比栅格数据复杂，以矢量形式进行图形叠加的算法也很复杂。

    栅格和矢量模型最根本的不同在于它们如何表达空间概念。栅格模型采用面域或空域枚举来直接描述空间目标对象；矢量模型用边界或表面来表达空间目标对象的面或体要素，通过记录目标的边界，同时采用标识符（Identifier）表达它的属性来描述对象实体。

    1）栅格模型

    在栅格模型中，点是一个像元，线由一串彼此相连的像元构成，但有时像元太粗糙而无法与空间目标很好地拟合。在创立栅格时，像元的大小一经固定，也就丢失了某些高分辨情况下的细节信息。栅格模型中每一个栅格像元层记录着不同的属性，这些像元大小是一致的。像元通常是正方形，有时也用到矩形、六边形和等边三角形。像元的位置由纵横坐标决定，每个像元的空间坐标并不一定要直接记录，因为像元记录的顺序已经隐含了空间坐标。行列信息和原点的地理位置则被记录在每一层中。

    栅格的空间分辨率是指一个像元在地面所代表的实际面积大小。对于100m的分辨率，一个面积为100km2的区域就有1000行×1000列栅格，即100万个像元；而对于10m的分辨率，同样的面积就有10000×10000栅格，即1亿个像元。如果每个像元占一个计算机存贮单位，即一个字节（Byte），那么该图像就要占用100兆字节的存贮空间，对一张图形或一幅图像来说，这是一个相当大的存贮空间。随着分辨率的增大，对存贮空间的要求还将成几何级数的增加，因此栅格模型需要用能通过压缩节省存贮空间的数据结构来表示。在栅格模型中，选择空间分辨率时，必须考虑到存贮空间和处理时间的开销。

    栅格数据处理对某些任务来说非常有效，栅格模型的一个优点就是不同类型的空间数据层不需要经过复杂的几何计算就可以进行叠加操作，例如，两幅或更多幅的遥感图像的叠加操作等。但是它对某些任务来说就不那么有效了，如比例尺变换、投影变换等。栅格数据表达形式非常适合于模拟空间的连续变化，特别是属性特征的空间变化程度很高的区域，例如在卫星图像上所表现的海岸带分布。

    2）矢量模型

    矢量模型的基本类型起源于“Spaghetti模型”（图2．17A）。点用空间坐标对表示，线由一串坐标对组成，面是由线形成的闭合多边形。矢量模型能方便地进行比例尺变换、投影变换以及输出到笔式绘图仪上或视频显示器上。

    如果空间目标对象的空间特征信息连同属性特征信息一起存贮，那么，根据属性特征的不同，点可用不同的符号来表示，线可用不同的颜色和粗细程度不等的线来描绘，多边形则可以填充不同的图案和色彩。

    一些计算机辅助制图软件包（CAD），为数字制图和图形要素显示提供了很好的功能。这些软件包不只限于表达二维目标，它采用先进的计算机可视化技术，可以表示表面和立体。然而，这些矢量化系统是否具有真正的地理信息系统功能的关键，则在于它们是否采用了拓扑结构数据来描述空间目标之间的空间关系。在矢量模型中，拓扑属性是进行叠加和模型操作的关键所在，根据拓扑规则建立的矢量数据结构是区分拓扑数据模型和Spaghetti数据模型的关键。

    在拓扑模型中，多边形的边界被分割成一系列的弧和结点。弧、结点和多边形之间空间关系在属性表中定义（图2．17B）。在Spaghetti模型中，两个相邻的多边形之间的共同边界分两次记录，这会浪费存贮空间，同时也导致双重边界不能精确地匹配。在拓扑模型中，弧的左、右多边形被精确定义，因此多边形边界不会重复。

    空间目标的拓扑属性，如邻接性、包含关系（Containment）和连接性不会随着诸如移动、缩放、旋转和剪切等变换而改变，而空间坐标，还有一些几何属性（如面积、周长、方向等）会受到影响。在拓扑模型中，空间目标的拓扑属性是在Spaghetti模型空间坐标基础上定义的。在地理信息系统中，拓扑生成意味着给Spashetti文件增加拓扑结构。例如，假设有一幅用CAD软件生成的多边形Spaghetti图，在进行空间分析操作之前可在地理信息系统中增加或建立拓扑关系。一旦空间数据进入拓扑模型，改变、增加或删除多边形边界不仅影响到中间点的空间坐标，也影响到弧和结点的拓扑属性。

    采用矢量模型表达的空间数据文件比栅格文件占用的存贮空间要少。矢量模型非常适合于表达地图上的图形目标，点和一些小的多边形都能被精确地表达，因为中间点能较好地拟合光滑曲线。拓扑模型使得需要拓扑信息的计算机处理很有效，但拓扑生成比较耗费机时。目前，大多数的地理信息系统都支撑矢量和栅格两种方式，以充分利用两种数据结构的优点。

    3）不规则三角网模型

    不规则三角网模型采用不规则多边形拟合地表，它主要用来描述数字高程表面。在TIN模型中，点的位置控制着三角形的顶点，这些三角形尽可能接近等边，地表地形就可由一组三角形很好地表示出来。三角网的一个优点是，其三角形大小随点密度变化而自动变化，当数据点密集时生成的三角形小，数据点较稀时生成的三角形较大。由等高线数字化得到的点，当等高线较密时，数据点的密度也相应较高，如陡坡上的三角形比缓坡上的三角形小且密。TIN表示不连续对象也具有优势，可用来表示悬崖、断层、海岸线和山谷谷底。把TIN转化为栅格，可用线性内插方法，也可用非线性内插方法，如生成平滑的平面来消除三角面之间的不连续性。

    泰森模型的特点是：组成多边形的边总是与两相邻点的连线垂直，并且多边形的任何位置总是离多边形内的点最近，离相邻多边形内的点远（图2．18）。泰森多边形可用于对表面（如高原面）进行模拟，每一个高原的高度为常数且等于内部样点的高度。用TIN来表示，这些面具有坡度；用泰森多边形表示时，这些面是平面。