第三節(jié)可視化與虛擬現(xiàn)實

1、地理信息系統(tǒng)的可視 虛擬現(xiàn)實空間數(shù)據(jù)庫基本概念1、可視化:¥ A可視化是將符號或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖形、圖像的技術(shù)，它的址詁 是一種轉(zhuǎn)換，它的目的是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可顯示的圖形、圖像/從而 全面且本質(zhì)地把握住地理空間信息的基本特征，便于最迅速、形象城播 遞和接收它們。/ ¥1-2、科學(xué)計算可視化n. IL是指運(yùn)用計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計算過程中產(chǎn)蚩的f I 數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形和圖像顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論J / 方法和技術(shù)。戰(zhàn)3、空間信息的可視化|訥是指運(yùn)用地圖學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將地學(xué)信點輸入、處理、査詢、分析以及預(yù)測的數(shù)據(jù)及結(jié)果采用圖形

2、符號、圖形、圖像，i 并結(jié)合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式顯示，并進(jìn)行交互處理的A理論、方法和技術(shù)?？臻g數(shù)據(jù)庫匚 處理 匚空間數(shù)據(jù)庫二空間信息可視化的形式1、地圖:硬拷貝：紙質(zhì)或其它介質(zhì)地圖；軟拷貝：屏幕上的電子地圖。2、多媒體地學(xué)信息綜合、形象地表現(xiàn)空間信息所使用的文本、表格、聲音、 形、動畫、音頻、視頻各種形式邏輯地聯(lián)接并集成為一個整冷 空間信息可視化的重要形式。 3、三維仿真地圖Jf；，七4、虛擬現(xiàn)實它是由計算機(jī)和其它設(shè)備如頭盔、數(shù)據(jù)手套等組成的高級人機(jī)交互 系統(tǒng)，以視覺為主，也結(jié)合聽、觸、嗅甚至味覺來感知的環(huán)境，使人 有如進(jìn)入真實的地理空間環(huán)境之中并與之交互作用。三、空間數(shù)據(jù)可視化

3、的過程中檢索出 及色彩信息從符號庫讀 取符號信息0預(yù)處理Il»wwwi 漢字及字符信 息是為了一定用途，釆用統(tǒng)一、互補(bǔ)的制作方法系統(tǒng)匯集的四、電子地圖1、概念:1）電子地圖是以地圖數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以數(shù)字形式存儲于計算機(jī)外存儲器農(nóng)， 在屏幕上實時顯示的可視地圖，又稱“屏幕地圖”、“瞬時地圖”。2）電子地圖集電 圖，這些地圖具有內(nèi)在的統(tǒng)一性，互相聯(lián)系，互相補(bǔ)充，互相加強(qiáng)。2、電子地圖與gis的區(qū)別:r £ j §電子地圖包含了GIS的主要功能，但不是全部功能。側(cè)重于可見賣箱的 顯示，其中較完善的空間信息可視化功能和地圖量算功能是一般GIS所矢缺 的。但是相對而言，一些電

4、子地圖（集）難予使其可視子空間均具有統(tǒng)一的t 空間數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因而空間分析相對GIS薄弱，這也是兩者的分水嶺。電子地圖（集）是一種新型的、內(nèi)容廣泛的GIS產(chǎn)品，而電子地圖（集人 系統(tǒng)則是一些內(nèi)容廣泛、功能各異的新型GIS系統(tǒng)。；：可以直觀而又逼真地顯示地理實體運(yùn)動變化的規(guī)律和特點。；13、表示方法1)2)利用傳統(tǒng)的地圖符號和顏色等表示方法，如運(yùn)動線表示氣流、行軍等路線。牛 數(shù)量、空間朮時* h 靈 4五、動態(tài)地圖1、概念:動態(tài)地圖是能集中、形象地表示空間信息的 時空變化狀態(tài)和過程的電子地圖。它的產(chǎn)生和發(fā)展是 時空GIS的發(fā)展的必要基礎(chǔ)和前提。2特征和作用:采用定義了動態(tài)視覺變量的動態(tài)符號來表示用

5、閃爍、跳躍、色度、亮度變化等手段反映運(yùn)動中物的矢量間變化特征。t3)采用連續(xù)快照方法作多幅或一組地圖。這是釆用一系列狀態(tài)對應(yīng)的地圖來表現(xiàn)時空 變化的狀態(tài)。豪； 斤地圖動畫幾文4)1、SI人能/ 及地理科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶。它是通過計算機(jī)生成一個逼真的環(huán)境世界,兀虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念:虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)是一種最有效地模擬人在自然環(huán) 境中視、聽、動等行為的高級人機(jī)交互技術(shù)，是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā) 展和集成的產(chǎn)物。/ :本質(zhì)上，虛擬現(xiàn)實就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口或人 界面，是物理現(xiàn)實的仿真。通過計算機(jī)建立一種仿真數(shù)字環(huán)境 據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像、聲音和觸摸感受，利用多種傳感設(shè)備使用戶? 到該環(huán)境

6、中，用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機(jī)系統(tǒng)所生的虛擬物體。刁虛擬現(xiàn)實技術(shù)：又稱靈鏡技術(shù)。是指通過數(shù)字頭盔、數(shù)那 數(shù)字外衣，以及三維立體顯示器、三維鼠標(biāo)、立體聲耳機(jī)等歿 完全沉浸計算機(jī)生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境，并且人亙 作三維圖形環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的。)* I虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機(jī)硬件、軟件、傳感、人工智能、心理軍冑人可以與此虛擬的現(xiàn)實環(huán)境進(jìn)行交互的技術(shù)。liB|iaiili . IZ«-' ISii J1!1 -i- llra.iiitiJ"ia H|mil iili-它的出現(xiàn)徹底改變了用戶和系統(tǒng)的交7 互方式，創(chuàng)造了一種完全的、令人信服的匈 想式環(huán)境，人

7、們不但可以進(jìn)入計算機(jī)所產(chǎn)生 的虛擬世界，而且可以通過視覺、聽覺觸3 覺，甚至嗅覺和味覺多維地與該世界溝聽。/這是一種具有巨大意義和潛力的技術(shù), 正在迅速的發(fā)展之中。 卜紀(jì)12、7R硬件:VR的硬件目前并不定形，主要有以下兒種(1) 圖像生成器:它的作用是快速進(jìn)行圖形運(yùn)算；(2) 操縱和控制設(shè)備: 實現(xiàn)位置跟蹤和控制的鼠標(biāo)器，跟蹤球和游戲桿； 數(shù)據(jù)手套，其手指部分裝有傳感器； 數(shù)據(jù)緊身衣； 最新的操縱是通過眼睛和思維操縱，這是通過測定神經(jīng)系統(tǒng)J的微丿 流來操作的；(3) 位置跟蹤裝置: 機(jī)械盔甲：提供快速準(zhǔn)確的跟蹤； 超聲波傳感器； 光學(xué)位置跟蹤器； 慣性跟蹤器；(4) 立體視見裝置:r . 八

8、采用偏光眼鏡或屏幕分割或立體鏡產(chǎn)生圖像的左右視差等手段來產(chǎn)生立體壯頭盔:產(chǎn)生立體圖像或二維地圖。MIThrilRich DVjujI Swwc Schwanz .%nd> PrnrLiriiiborl h NTTMwiiiiilJibText inputThe Twiddler2 chorded keyboard is designed for one- handed input with an array of 1 finger keys and six thumb keysFrequent users gn enter text a close to two-hand touch-t

9、yping speeds.Integrated Eyeglassisplays ($5000)ClipOii Display ($2500)-evaluation kit comes with a belt-worn, VGA interface box connected to the display by a4w cableDisplay format: 640x480. 24-Bit color, 60 Hz refresh rate Field of View: Approximately 16 degrees horizontal3. YR的硬件級別1)初級VR是以PC機(jī)或低檔工作站

10、為硬件基礎(chǔ);2)基本VR是在初級VR上，增加立體觀察器，3D或6D鬭標(biāo)或前 戲桿和數(shù)據(jù)手套等；/ i3) 高級3D是在上述基礎(chǔ)上增加圖像加速器，幀緩存磚機(jī)則是必須增加3D加速卡和3D音卡；J4) 沉浸式VR,其中必須增加沉浸顯示裝置，如多個犬 顯示器，還可以增加觸覺、力感和接觸反饋等交互設(shè)華; 5)駕駛艙仿真器：這是一個封閉式的虛擬環(huán)境，設(shè)觀個/ 較為昂貴；6.DIVE (Distributed Interactive Virtual Environment)分布輕交 互虛擬環(huán)境，這是一個Internet上開發(fā)基于多個網(wǎng)絡(luò)用方矗劇 擬環(huán)境、其用戶界面及地域廣闊，用戶眾多，分布式二”，q 共享性

11、高；基于其享式或3D綜合環(huán)境等應(yīng)用系統(tǒng)上的 臺，這完全稱得上是一個小型的世界；/ UernSIMNET和作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)(Defense Simulation I 是目前世界上最大的VR項目，目的是使不同的仿真器可奉 絡(luò)上互嶺 用郵嘰的聯(lián)合訓(xùn)爹和演習(xí)，即位丁彎團(tuán)的也 二二二二 I 二 T、:、二二二二：二 二：二二二 7 t 冷 上述7種VR,硬件部分一級比一級復(fù)雜、投入也高筆4、軟件系統(tǒng)共分兩類：一類是工具包，即程序庫，往往需要程序員 根據(jù)具體需要來進(jìn)行編程；另一類是創(chuàng)作工具，后者権雪 復(fù)雜的編程，有較多不同層次的商品軟件：d!1. 免費(fèi)眼 這些是VR系列的入門級產(chǎn)品，代表噺為( Rend38

12、6、Maltiverseo 一般可從國際互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)幷載Q2. 低價VR程序:代表產(chǎn)品為Dimension Interntiiongi的Virtual Reality StudlO (VRS) oJJf. j3. 中檔VR軟枠包:它們一般可稱是優(yōu)秀的專業(yè)就件& 而且僅要求計算機(jī)作為基本硬件，這類代表產(chǎn)品WWus! Virtus Walkthrough, Quick Time Vr以及Sense 8的Wor*Tollkit For Windowso4.高價VR軟件:是高檔的精彩的VR產(chǎn)品，需要 支持。代表產(chǎn)品有Straylight公司的MotoVB, Dimension/ Interna

13、tional fttjSuperscape VRTB等。* '5種碩件A5、VR 的分類I，VR的類型是根據(jù)它的交互性質(zhì)來分的，也即是根據(jù)它能實現(xiàn)人的彳 感、觸感、嗅感和傳感器的程度和質(zhì)量來區(qū)分。根據(jù)冃前所見資料，血J分 列幾種：1.世界之窗(WOW: Window on World System)它僅用顯示器和音卡來顯示虛擬世界，它的衡量標(biāo)準(zhǔn)是“看起 聽著真實，物體的行為真實”；2視頻映射它在上述wow基礎(chǔ)上把用戶的輪廓剪影作為視頻輸入與屏幕ZT維圖 屏幕上顯示用戶身體和虛擬世界的交互過程；3. 沉浸式系統(tǒng)完全的VR系統(tǒng)把用戶的視點和其它感覺，完全沉浸到虛擬世界中 以是頭盔加其它交互

14、硬件，也可以是多個大型投影儀產(chǎn)生的一個訓(xùn)穴4. 遙視、遙作遙視把用戶的感覺和真實世界中的遠(yuǎn)程傳感器、遙測儀連接起來,. 機(jī)器人，機(jī)器手進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。實際上，阿波曼登月計劃和網(wǎng)絡(luò)險診/網(wǎng)繩 手術(shù)已顯現(xiàn)了這方面的實際進(jìn)展； * /專">5. 混合現(xiàn)實 八遙現(xiàn)和虛擬現(xiàn)實的結(jié)合產(chǎn)生了混合現(xiàn)實和無縫仿真，例如腦外科挙術(shù)時 腦外科頁生看到的是由真實場景，預(yù)先得到的掃描圖像和實時超聲圖豫組金、 而成的場景；領(lǐng)航員則在它的頭盔或顯示屏上既看到電子地圖和數(shù)據(jù)，又著，： 到真實景彖。:6、VR 的意義世界是不能試驗的，大的環(huán)境工程也不能試驗。甚至小到一個雕塑八 一個零件，進(jìn)而一棟房屋，一項工程，大

15、而言之一場戰(zhàn)爭，其實際運(yùn)僭I 需要很多時間和經(jīng)費(fèi)，而且大型的過程無法重新進(jìn)行，現(xiàn)在可能以在虛丫 擬現(xiàn)實中進(jìn)行模擬和實驗，找出最佳方案。VR技術(shù)使用前景是?？少Я縅 的，其意義是極其巨大的，它是影響整個未來的信息技術(shù)r要制造好一個虛擬現(xiàn)實，就必須加深理解我們的現(xiàn)實世界幾尤其是 地學(xué)環(huán)境，這是不可缺的?！?J)J地學(xué)科學(xué)是對地學(xué)環(huán)境的描寫，對浩瀚信息的綜合概括，層秒 形符號的模型化表達(dá)是正在迅速發(fā)展中VR的基石和向?qū)АＯ鄬Χ?#165; 術(shù)的發(fā)展，對地理信息的可視化將提出更高、更復(fù)雜的要求J O - VR技術(shù)最先進(jìn)的應(yīng)用領(lǐng)域就是軍事國防。 飛行模擬:飛行員的飛行訓(xùn)練是一件十分昂貴、危E 的事，由于

16、飛行費(fèi)用昂貴，飛行均在高速中 天空中對飛行員的保護(hù)又很有限，對飛機(jī)的 近于零。一個細(xì)小的疏忽，就會造成機(jī)毀人 重事故。因此，世界上VR的應(yīng)用均首先從飛行 飛行員載上頭盔，坐在VR裝備的飛行座倉 VR制作的飛行“氣氛“和電子地圖及飛行儀 以及駕駛員進(jìn)行操作，機(jī)械和儀表的相應(yīng)運(yùn) 饋，使飛行員在虛擬的飛行狀態(tài)中進(jìn)行各種 大大提高了飛行員訓(xùn)練密度、強(qiáng)度和質(zhì)量以 了訓(xùn)練的費(fèi)用。戰(zhàn)斗模擬:VR應(yīng)用不僅用于飛機(jī)，而且還用于船艦 克通訊及步兵演習(xí)。隨著網(wǎng)絡(luò)VR技術(shù)的出現(xiàn), 軍得以在被其稱為“防御模擬互聯(lián)網(wǎng)”的全 圍內(nèi)實施Simnet坦克戰(zhàn)斗計劃。最先廣泛應(yīng) 場合是海灣戰(zhàn)爭，Simnet可攻彳吏每揚(yáng) 戰(zhàn)役之前在

17、VR中進(jìn)行模擬訓(xùn)練。海灣戰(zhàn)場 大規(guī)模的電子沙盤實景，用于其中的地形 真。實際上，今后的VR技術(shù)在利用電子地 制作大型電子沙盤實景，給出戰(zhàn)斗、戰(zhàn)役 地貌環(huán)境， 寤矢夫提高戰(zhàn)爭藝術(shù)，減少傷亡， 分有利的。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境8、實現(xiàn)技術(shù)可以通過GIS軟件支持的DEM功能、3DMAX, AutoCAD中的三維實體 建模，以及VRML, 0PENGL或Direct X, Java3D或Flash, ViewPoinf等 實現(xiàn)或輔助實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實。1）VBML 簡介:VRML作為一種開放的、可擴(kuò)展的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬景象描繪語 言，已廣泛用于在Internet中描述3D景象或世界。VRML和HTML是緊t, 密相連的，是HTML在3D領(lǐng)域模擬和擴(kuò)展。由于VRML在Interne/具有 良好模擬性的和交互性，顯示出強(qiáng)大的生命力。-2）具體實現(xiàn)“實例3）應(yīng)用VRML作為實現(xiàn)VR的語言標(biāo)準(zhǔn)，與GIS、DEM、DTM技術(shù)相結(jié)合，將在旅游: 娛樂、商業(yè)營銷、房地開發(fā)、工程設(shè)計、數(shù)字地球、虛擬地理環(huán)境、軍事