第三節(jié) 可視化與虛擬現(xiàn)實

地理信息系統(tǒng)的可視化與虛擬現(xiàn)實一、基本概念1、可視化：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)，它的過程是一種轉(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、形象地傳遞和接收它們。2、科學計算可視化是指運用計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將科學計算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形和圖像顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。3、空間信息的可視化是指運用地圖學、計算機圖形學和圖像處理技術(shù)，將地學信息輸入、處理、查詢、分析以及預測的數(shù)據(jù)及結(jié)果采用圖形符號、圖形、圖像，并結(jié)合圖表、文字、表格、視頻等可視化形式顯示，并進行交互處理的理論、方法和技術(shù)。

空間數(shù)據(jù)庫處理二、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、多媒體地學信息綜合、形象地表現(xiàn)空間信息所使用的文本、表格、聲音、圖像、圖形、動畫、音頻、視頻各種形式邏輯地聯(lián)接并集成為一個整體概念，是空間信息可視化的重要形式。3、三維仿真地圖4、虛擬現(xiàn)實它是由計算機和其它設備如頭盔、數(shù)據(jù)手套等組成的高級人機交互系統(tǒng)，以視覺為主，也結(jié)合聽、觸、嗅甚至味覺來感知的環(huán)境，使人們有如進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)可視化的過程②預處理從符號庫讀取符號信息③符號化從字符庫讀取漢字及字符信息④地圖輸出色彩庫色彩信息①從GIS數(shù)據(jù)庫中檢索出的要素、特征及定位信息

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，以數(shù)字形式存儲于計算機外存儲器上，并能在屏幕上實時顯示的可視地圖，又稱“屏幕地圖”、“瞬時地圖”。2）電子地圖集是為了一定用途，采用統(tǒng)一、互補的制作方法系統(tǒng)匯集的若干電子地圖，這些地圖具有內(nèi)在的統(tǒng)一性，互相聯(lián)系，互相補充，互相加強。2、電子地圖與GIS的區(qū)別：電子地圖包含了GIS的主要功能，但不是全部功能。側(cè)重于可見實體的顯示，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所欠缺的。但是相對而言,一些電子地圖(集)難予使其可視子空間均具有統(tǒng)一的空間數(shù)學基礎,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）系統(tǒng)則是一些內(nèi)容廣泛、功能各異的新型GIS系統(tǒng)。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)展的必要基礎和前提。2、特征和作用：

可以直觀而又逼真地顯示地理實體運動變化的規(guī)律和特點。3、表示方法1）利用傳統(tǒng)的地圖符號和顏色等表示方法，如運動線表示氣流、行軍等路線。2）采用定義了動態(tài)視覺變量的動態(tài)符號來表示用閃爍、跳躍、色度、亮度變化等手段反映運動中物的矢量、數(shù)量、空間和時間變化特征。3）采用連續(xù)快照方法作多幅或一組地圖。這是采用一系列狀態(tài)對應的地圖來表現(xiàn)時空變化的狀態(tài)。4）地圖動畫六、虛擬現(xiàn)實技術(shù)1、概念：

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）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交互技術(shù)，是當代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。本質(zhì)上，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口或人機交互界面，是物理現(xiàn)實的仿真。通過計算機建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像、聲音和觸摸感受，利用多種傳感設備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。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)據(jù)手套、數(shù)字外衣，以及三維立體顯示器、三維鼠標、立體聲耳機等使人能完全沉浸計算機生成創(chuàng)造的一種特殊三維圖形環(huán)境，并且人可以操作三維圖形環(huán)境，實現(xiàn)特殊的目的。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是計算機硬件、軟件、傳感、人工智能、心理學及地理科學發(fā)展的結(jié)晶。它是通過計算機生成一個逼真的環(huán)境世界，人可以與此虛擬的現(xiàn)實環(huán)境進行交互的技術(shù)。它的出現(xiàn)徹底改變了用戶和系統(tǒng)的交互方式，創(chuàng)造了一種完全的、令人信服的幻想式環(huán)境，人們不但可以進入計算機所產(chǎn)生的虛擬世界，而且可以通過視覺、聽覺、觸覺，甚至嗅覺和味覺多維地與該世界溝通。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。2、VR硬件：

VR的硬件目前并不定形，主要有以下幾種(1)圖像生成器：

它的作用是快速進行圖形運算；(2)操縱和控制設備：

①實現(xiàn)位置跟蹤和控制的鼠標器，跟蹤球和游戲桿；

②數(shù)據(jù)手套，其手指部分裝有傳感器；

③數(shù)據(jù)緊身衣；

④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)的微小電流來操作的；(3)位置跟蹤裝置：

①機械盔甲：提供快速準確的跟蹤；

②超聲波傳感器；

③光學位置跟蹤器；

④慣性跟蹤器；(4)立體視見裝置：

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。

(5)頭盔：產(chǎn)生立體圖像或二維地圖。

3、VR的硬件級別

1）．初級VR是以PC機或低檔工作站為硬件基礎；2）．基本VR是在初級VR上，增加立體觀察器，3D或6D鼠標或游戲桿和數(shù)據(jù)手套等；

3）．高級3D是在上述基礎上增加圖像加速器，幀緩存等，對于PC機則是必須增加3D加速卡和3D音卡；4）．沉浸式VR，其中必須增加沉浸顯示裝置，如多個大型投影式顯示器，還可以增加觸覺、力感和接觸反饋等交互設備。

5）．駕駛艙仿真器：這是一個封閉式的虛擬環(huán)境，設備個人化并較為昂貴；

6．DIVE（DistributedInteractiveVirtualEnvironment）分布式交互虛擬環(huán)境，這是一個Internet上開發(fā)基于多個網(wǎng)絡用戶的虛擬環(huán)境、其用戶界面及地域廣闊，用戶眾多，分布式交互，共享性高；基于其享式或3D綜合環(huán)境等應用系統(tǒng)上的實驗平臺，這完全稱得上是一個小型的世界；7．SIMNET和作戰(zhàn)仿真互聯(lián)網(wǎng)（DefenseSimulationInternet）是目前世界上最大的VR項目，目的是使不同的仿真器可在網(wǎng)絡上互聯(lián)，用于部隊的聯(lián)合訓練和演習，即位于德國的坦克仿真器可與位于美國的坦克仿真器一起聯(lián)合進行軍事演習。

上述7種VR，硬件部分一級比一級復雜、投入也高得多。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)具體需要來進行編程；另一類是創(chuàng)作工具，后者不需要復雜的編程，有較多不同層次的商品軟件:

1．免費VR：這些是VR系列的入門級產(chǎn)品，代表產(chǎn)品為Rend386、Maltiverse。一般可從國際互聯(lián)網(wǎng)上免費下載。

2．低價VR程序：代表產(chǎn)品為DimensionInternational的VirtualRealityStud10（VRS）。

3．中檔VR軟件包：它們一般可稱是優(yōu)秀的專業(yè)軟件包，而且僅要求計算機作為基本硬件，這類代表產(chǎn)品有Vitus的Virtus