基于GIS技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用21課件

1、基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究廣州大學(xué)理學(xué)院地理系01地理信息系統(tǒng)班張明湖聯(lián)系方式：hu_基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用研究主要從以下幾個方面談?wù)勌摂M現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)階段所取得的一些實際應(yīng)用：虛擬現(xiàn)實的概念及現(xiàn)代GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心技術(shù)探討基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展前景虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念什么叫虛擬現(xiàn)實技術(shù)？ 虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù),又稱靈境技術(shù)。該技術(shù)的特點在于一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境。具體地說,計算機通過計算并構(gòu)成我們所熟悉的三維空間,產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境

2、,使用者借助一定的設(shè)備,以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互,從而產(chǎn)生身臨其境的感受。 現(xiàn)代GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢那么，基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)又該怎樣理解呢？ 和GIS技術(shù)相結(jié)合將賦予其什么新的特點？先讓我們來分析一下現(xiàn)代GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢： 1. 空間數(shù)據(jù)庫趨向圖形、影像和DEM 三庫一體化和面向?qū)ο?2 .空間數(shù)據(jù)表達趨向多比例尺、多尺度、動態(tài)多維和 實時3 維可視化 (3DGIS) 3 .空間分析和輔助決策智能化 4 .系統(tǒng)開發(fā)組件化(ComGIS)、網(wǎng)絡(luò)一體化(WebGIS)基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，也就是前面提到的 3DGIS 技術(shù) ，在數(shù)字虛擬城市等方面已經(jīng)得到應(yīng)用。它

3、體現(xiàn)了以下一些新的技術(shù)特點:與面向?qū)ο蟮拇笮涂臻g數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，可以有效的存儲和處理海量數(shù)據(jù)（如數(shù)字深圳的數(shù)據(jù)大約為100G），支持平面和三維查詢基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點與面向?qū)ο缶幊陶Z言相結(jié)合與其他各種信息管理系統(tǒng)結(jié)合在虛擬技術(shù)的支持下,“賽博空間”代替了傳統(tǒng)的抽象地圖以及用來解釋、分析和討論設(shè)計思想及城市進展的描述性文件,而以生動的圖片展現(xiàn)在用戶眼前虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實技術(shù)是20 世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù),它的起源可追溯到1965 年IvanSutherland 在IFIP 會議上的“終極的顯示”報告,而Virtual Re

4、ality 一詞是80 年代初美國VPL 公司的創(chuàng)建人之一Jaron Lanier 提出來的。 目前,世界上少數(shù)發(fā)達國家在軍事、經(jīng)濟和藝術(shù)等領(lǐng)域,已開始廣泛應(yīng)用這種高新技術(shù),并取得了顯著的綜合效益。我國基于PC機的虛擬現(xiàn)實開發(fā)技術(shù)已取得了可喜成績,為擴大在各個領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了較好的基礎(chǔ)?；贕IS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于電腦軟硬件的要求比較高，但是由于PC機性能的大幅度提高，硬件已經(jīng)不再是制約其應(yīng)用的主要因素；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路的提出，都為虛擬技術(shù)應(yīng)用提供了良好的條件。GIS技術(shù)的發(fā)展成熟，及其可視化的發(fā)展趨勢，使得基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實在越來越多的方面得到重視，

5、并在越來越多的領(lǐng)域得到初步的應(yīng)用。虛擬數(shù)字校園基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域其應(yīng)用領(lǐng)域主要有：城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計 傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)規(guī)劃地通過二維圖形形式展現(xiàn)在人們面前,沒有立體感,也不夠直觀。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),將城鎮(zhèn)規(guī)劃布局中的所有對象街區(qū)、建筑、綠化帶、樹木、花草、路標(biāo)、路燈等數(shù)字建模,在虛擬的環(huán)境中,以任意高度、任意方向漫游整個城鎮(zhèn),身臨其境地感受這個尚不存在的虛擬城鎮(zhèn),從而為城鎮(zhèn)規(guī)劃方案的優(yōu)化提供更加直觀的技術(shù)手段。 旅游管理、風(fēng)光介紹 基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅能夠真實的模擬真實的地形地物，還可以通過面向?qū)ο蟮拇笮涂臻g數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)平面和三維的屬性查詢，給人以身臨其景的感受。 基

6、于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域流域水資源管理 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),用戶可以通過各種交互手段和顯示方式,生動、直觀地了解流域的全貌,實現(xiàn)一系列模擬分析、信息查詢和空間定位等功能,包括洪水的漫溢及淹沒過程、規(guī)劃方案的可視化、水利工程動態(tài)運行與監(jiān)控,為流域水資源管理提供先進的效果展示、動態(tài)監(jiān)控和規(guī)劃方案評估手段。 電子商務(wù) 隨著Internet 技術(shù)的發(fā)展,電子商務(wù)有了很大的發(fā)展。分布式虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷,商家可將商品直接建立數(shù)字模型,在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布,顧客可以訪問虛擬世界中的商店,從任意方向?qū)徱暽唐?而且可以動手挑選商品。 基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域軍事模擬訓(xùn)

7、練 目前的主要軍事模擬訓(xùn)練有:虛擬戰(zhàn)場環(huán)境,即通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境,包括戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等,為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境,以增強其臨場感覺,提高訓(xùn)練質(zhì)量。 美空軍用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的飛行訓(xùn)練模擬器使用高分辨率顯示頭盔幫助飛行員進入VR 世界,具有視覺控制、三維圖形實時交互、聲音和觸感,不但能以正常方式操縱和控制飛行器,還能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況,如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等;美國國防高級項目研究計劃局的SIMNET 計劃,在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中引進作戰(zhàn)飛機、水面艦艇、坦克等作戰(zhàn)對象,構(gòu)筑海、陸、空三軍立體作戰(zhàn)逼真環(huán)境,實施諸軍兵種大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí)

8、基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心技術(shù)虛擬現(xiàn)實最關(guān)鍵的技術(shù)難點在于要在短時間內(nèi)完成大數(shù)據(jù)量運算 。系統(tǒng)中,一般要求能做到25 幀的快速漫游。也就是說,要在1/ 25s 內(nèi),根據(jù)視點和視角,計算視場范圍大小,再根據(jù)視場范圍,提取視場內(nèi)“可見的”物體,進行三維、光照、紋理貼圖、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等等一系列計算。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中漫游時,展現(xiàn)在我們面前的景色,都是利用計算機實時計算出來的。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)難點需要解決的技術(shù)難點有如下4 項 ：海量數(shù)據(jù)的快速提取 若研究對象的范圍或數(shù)據(jù)量較小,則海量數(shù)據(jù)的快速提取技術(shù)顯得不太重要,但如果研究對象的范圍或數(shù)據(jù)量較大 實時三維圖形生成技術(shù) 三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)比較成

9、熟,其關(guān)鍵問題是如何“實時”生成。實時顯示的刷新頻率不能低于15 幀/ s ,而復(fù)雜場景的顯示存在巨大的計算量,在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下,提高刷新頻率是該技術(shù)的關(guān)鍵。研究層次細(xì)節(jié)(Levels of De 2tail)信息模型和逐步求精技術(shù)是此方面的熱點。如虛擬環(huán)境中的三維地形,可以通過剔除視野區(qū)域外的地形數(shù)據(jù)來操縱復(fù)雜的地形,用層次細(xì)節(jié)技術(shù)減少地形數(shù)據(jù),借助一定的存取結(jié)構(gòu)實現(xiàn)分層的多分辨率地形數(shù)據(jù)庫,從而建立符合桌面虛擬現(xiàn)實運行要求的地形描述模型。為進一步簡化地形,采用地形紋理貼圖表達各種表面細(xì)節(jié),可以實時生成具有真實感的三維地形景觀。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的技術(shù)難點人與場景的融合技術(shù) 虛

10、擬現(xiàn)實的沉浸感和交互特征依賴于人與場景的融合技術(shù),這主要體現(xiàn)在立體顯示和傳感器技術(shù)方面。現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要,例如,數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點。虛擬現(xiàn)實設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高,因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具 目前,成熟的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還很少,為了滿足開發(fā)不同應(yīng)用需求的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),同時為了提高生產(chǎn)效率,減輕勞動強度,提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量,有必要研制虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)平臺和開發(fā)工具。應(yīng)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡介現(xiàn)在主流的GIS軟件都提供了比較強大的三維GIS功能，主要包括了： 點,線,面等轉(zhuǎn)換為TIN,DEM數(shù)據(jù)以

11、及TIN,DEM轉(zhuǎn)換為點,線,面數(shù)據(jù) ，填挖方計算 ，三維瀏覽,淹沒,飛行模擬等三維功能 ，并且支持使用多種編程語言進行二次開發(fā)等上圖是我在地理信息系統(tǒng)論壇上就主要幾種GIS軟件和三維開發(fā)工具進行一個調(diào)查的情況。應(yīng)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡介目前基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要開發(fā)工具包括三大方面：傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)工具：包括ArcGIS、MapInfo、SuperMap等專門的3DGIS軟件,如美國Alberta大學(xué)開發(fā)的 MR,國內(nèi)靈圖公司的VRMap等專業(yè)的3D游戲開發(fā)工具，如OpenGL、Direct等應(yīng)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡介比較上述幾種開發(fā)工具，以ArvGIS為代表的傳統(tǒng)GIS開發(fā)工具三維建模功能已經(jīng)有了很大的改進，國內(nèi)公司的產(chǎn)品功能也比較強大，而且由于其可以很好地和GIS技術(shù)相結(jié)合，使得其在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。而MR,OpenGL等工具要依賴于使用C+等編程手段進行二次開發(fā)，開發(fā)成本、技術(shù)難度等都要高一些基于GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展前景 20 世紀(jì)90 年代是計算機多媒體時代,我們有理由認(rèn)為,21 世紀(jì)是多媒體的更高境界虛擬現(xiàn)實技術(shù)時代。21 世紀(jì)的信息處理將不