空间信息可视化

1、地理信息系统原理 翁翁 敏敏 武汉大学资源与环境科学学院武汉大学资源与环境科学学院 地理信息系统原理 分析 处理 管理 采集 (x1,y1) (x2 ,y2) 给数据以形象 给信息以智能 输出 地理信息系统原理 1 What ？空间信息可视化定义 2Why ？ 空间信息可视化目的 3 How ？ 空间信息可视化形空间信息可视化形式 主要内容： 地理信息系统原理 计算机技术的迅计算机技术的迅 猛发展，使人类猛发展，使人类 产生与获取数据产生与获取数据 的能力成数量级的能力成数量级 增加，需要有新增加，需要有新 技术来帮助理解技术来帮助理解 这些海量数据这些海量数据 人在日常生活中人在日常生活中

2、所接受的信息所接受的信息75%75% 以上来自视觉，以上来自视觉， 而承载信息量最而承载信息量最 大的视觉材料是大的视觉材料是 图像和图形图像和图形 如何将现实世界如何将现实世界 的各种信息转化的各种信息转化 为图形图像的形为图形图像的形 式，从而更加有式，从而更加有 效的发挥人的视效的发挥人的视 觉作用觉作用? ? 1. 1. 定义可视化背景 地理信息系统原理 1. 1. 定义可视化定义 可视化 构成头脑情境的能力或过程，或不可构成头脑情境的能力或过程，或不可 直接觉察的某种东西的视觉。直接觉察的某种东西的视觉。 牛津英语词典牛津英语词典 可视化是一种将抽象符号转化为几何可视化是一种将抽象符

3、号转化为几何 图形的计算方法，以便研究者能够观图形的计算方法，以便研究者能够观 察其模拟和计算的过程和结果。察其模拟和计算的过程和结果。 美国国家科学基金会美国国家科学基金会 可视化 地理信息系统原理 科学计算数据科学计算数据 工程计算数据工程计算数据 （复杂数据）（复杂数据） 普通数据普通数据 如金融数据、如金融数据、 通信数据通信数据 商业数据等商业数据等 数据背后隐藏数据背后隐藏 的信息的信息 语义关系、语义关系、超超 文本的可视化文本的可视化 1. 1. 定义定义可视化分类 数据可视化数据可视化信息可视化信息可视化科学计算可视化科学计算可视化 地理信息系统原理 1. 定义空间信息 与研

4、究对象的空间地理分布有关的信息与研究对象的空间地理分布有关的信息要素的要素的 数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律 属性特征属性特征 空间特征空间特征 时间特征时间特征 地理信息系统原理 空间信息空间信息转换转换图形图像图形图像 1. 1. 定义定义空间信息可视化 ：运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，：运用地图学、计算机图形学和图像处理技术， 将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用 图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视图形符号、图形、图像，并结合图表、

5、文字、表格、视频等可视 化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术化形式显示并进行交互处理的理论、方法和技术 地理信息系统原理 1 将空间数据分析和应将空间数据分析和应 用的结果以可视化的用的结果以可视化的 方式传输给人，由人方式传输给人，由人 检验其正确性，正确检验其正确性，正确 则接受，错误则否定则接受，错误则否定 或修正或修正 人人评判者评判者 2. 2. 目的目的 地理信息系统原理 2 人人使用者使用者 以可视化的方式显示以可视化的方式显示 输出空间信息，通过输出空间信息，通过 视觉传输和空间认知视觉传输和空间认知 活动，去探索空间事活动，去探索空间事 物的分布及其相互关物的分布及其相

6、互关 系，以获取有用的知系，以获取有用的知 识，并进而发现规律识，并进而发现规律 2. 2. 目的目的 地理信息系统原理 3.3.主要形式主要形式 地图地图 多媒体信息多媒体信息 动态地图动态地图 三维仿真地图三维仿真地图 虚拟现实虚拟现实 地理信息系统原理 3.主要形式地图 地图地图：是空间信息可视化的最主要形式，也是最古老的形：是空间信息可视化的最主要形式，也是最古老的形 式，是地理学的第二语言式，是地理学的第二语言 专题地图专题地图 普通地图普通地图 地图地图 地理信息系统原理 普通地图普通地图 地理信息系统原理 瑞士工业分布专题地图瑞士工业分布专题地图 地理信息系统原理 3.主要形式多

7、媒体信息 多媒体信息多媒体信息：使用文本、图形、图像、声音、录像、音频：使用文本、图形、图像、声音、录像、音频 、视频等各种形式综合、形象地表现空间信息，是空间信息、视频等各种形式综合、形象地表现空间信息，是空间信息 可视化的重要形式可视化的重要形式 地理信息系统原理 3.主要形式多媒体信息 u 多媒体电子地图多媒体电子地图：是一种处于运动状态的数字地图，是一种处于运动状态的数字地图， 借助于计算机综合处理多种媒体信息的功能，将文字、图形借助于计算机综合处理多种媒体信息的功能，将文字、图形 、图像、声音、动画及视频技术相结合，使多种信息逻辑地、图像、声音、动画及视频技术相结合，使多种信息逻辑地

8、 连接并集成一个有机的具有人性化操作界面的空间信息传输连接并集成一个有机的具有人性化操作界面的空间信息传输 系统系统 地理信息系统原理 地理信息系统原理 3.主要形式动态地图 动态地图动态地图：利用地图动画技术利用地图动画技术, ,直观而又逼真地显示地理直观而又逼真地显示地理 实体运动实体运动变化的规律变化的规律和特点和特点 u动态模拟，使重要事物变迁过程再现动态模拟，使重要事物变迁过程再现 u运动模拟，对于运动的地理实体的运行状态及环境运动模拟，对于运动的地理实体的运行状态及环境 测定和调整测定和调整 u实时跟踪，在运动物体上安装实时跟踪，在运动物体上安装GPS，它能够显示运，它能够显示运

9、动物体各时刻的运动轨迹动物体各时刻的运动轨迹 地理信息系统原理 3.主要形式动态地图 汶川汶川8.0 8.0级地震破裂过程 级地震破裂过程 地理信息系统原理 3.主要形式动态地图 厄尔尼斯托飓风踪迹图厄尔尼斯托飓风踪迹图 地理信息系统原理 3.主要形式动态地图 印度洋海啸的传播过程印度洋海啸的传播过程 地理信息系统原理 3.主要形式动态地图 地理信息系统原理 3.3.主要形式主要形式三维仿真地图 三维仿真地图三维仿真地图：基于三维仿真和计算机三维真实图形技术基于三维仿真和计算机三维真实图形技术 而产生的三维地图而产生的三维地图, ,具有仿真的形状、光照、纹理等，也可具有仿真的形状、光照、纹理等

10、，也可 以进行各种三维的量测和分析以进行各种三维的量测和分析 地理信息系统原理 3.3.主要形式主要形式三维仿真地图 u传统三维表示方法传统三维表示方法 晕渲法：通过光照下灰度的变化来反映高度的变化晕渲法：通过光照下灰度的变化来反映高度的变化 等高线法：高程相等点的连线，高程间隔一定等高线法：高程相等点的连线，高程间隔一定 分层设色法：用颜色系列来表示高程分层设色法：用颜色系列来表示高程 地理信息系统原理 3.3.主要形式主要形式三维仿真地图 u三维地图模型三维地图模型：对现实世界或其中一部分的一个或多个方：对现实世界或其中一部分的一个或多个方 面的三维、抽象的描述（或综合）。而这些方面主要是

11、地形以及面的三维、抽象的描述（或综合）。而这些方面主要是地形以及 基于地形的其它专题要素基于地形的其它专题要素 三维地形图三维地形图 三维城市模型三维城市模型 地理信息系统原理 汶川汶川Google EarthGoogle Earth三维地形图三维地形图 三维地形图三维地形图：在：在DEMDEM的基础上进行三维建模，并进行光照计算、投影的基础上进行三维建模，并进行光照计算、投影 变换和纹理映射，实现三维地形的显示变换和纹理映射，实现三维地形的显示 地理信息系统原理 三维模拟飞行三维模拟飞行 地理信息系统原理 E E都市三维城市模型 都市三维城市模型 三维城市模型三维城市模型：是对城市景观的三维

12、表达，它反映景观对象的主：是对城市景观的三维表达，它反映景观对象的主 要特征并包含从各个方向观察景观对象的重要信息。要特征并包含从各个方向观察景观对象的重要信息。 地理信息系统原理 Google earthGoogle earth三维城市模型三维城市模型 地理信息系统原理 虚拟现实虚拟现实：以视觉为主以视觉为主, ,也结合听、触、嗅甚至味觉来感也结合听、触、嗅甚至味觉来感 知环境知环境, ,使人们犹如进入真实的地理空间环境之中并与之交使人们犹如进入真实的地理空间环境之中并与之交 互作用。除了对三维空间和一维时间仿真外，还包含对自然互作用。除了对三维空间和一维时间仿真外，还包含对自然 交互方式的

13、仿真交互方式的仿真 3.3.主要形式主要形式虚拟现实 三维地图：表面三维为主、追三维地图：表面三维为主、追 求逼真效果求逼真效果 虚拟现实：虚拟现实：追求真三维模型追求真三维模型 及沉浸感及沉浸感 地理信息系统原理 虚拟现实虚拟现实通过头通过头 盔式的三维立体盔式的三维立体 显示器、数据手显示器、数据手 套、三维鼠标、套、三维鼠标、 数据衣、立体声数据衣、立体声 耳机等使人能完耳机等使人能完 全沉浸计算机生全沉浸计算机生 成创造的一种特成创造的一种特 殊三维图形环境殊三维图形环境 ，并且人可以操，并且人可以操 作控制三维图形作控制三维图形 环境环境 3.3.主要形式主要形式虚拟现实 地理信息系统原理 虚拟战场虚拟战场虚拟城市虚拟城市虚拟地球虚拟地球 这是地理空间数据可视化最有发展前景的新领域这是地理空间数据可视化最有发展前景的新领域，数字化的最终结数字化的最终结 果就是虚拟化，虚拟化才是未来人类的生存形态。果就是虚拟化，虚拟化才是未来人类的生存