第六章空间数据的可视化

1、第六章空间数据的可视化第第1 节节 空间信息与可视化空间信息与可视化 可视化是将符号或数据转化为直观的图形、图像的技可视化是将符号或数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种转换，它的目的是将原始数据转化为术，它的过程是一种转换，它的目的是将原始数据转化为可显示的图形、图像，从而全面且本质地把握住地理空间可显示的图形、图像，从而全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们。信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们。一、可视化一、可视化(Visualization) (Visualization) 概念：概念： 是指运用计算机图形学和图像处理技术，将计

2、算过是指运用计算机图形学和图像处理技术，将计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。进行交互处理的理论、方法和技术。 二、科学计算可视化二、科学计算可视化 1 1、概念：概念：是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技是指运用地图学、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图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式在屏幕上显示出来，并进

3、行交互表格、视频等可视化形式在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。处理的理论、方法和技术。处理空间数据库 三、空间信息可视化三、空间信息可视化 2 2、空间信息可视化的形式：空间信息可视化的形式： A A 纸质地图纸质地图纸质地图包括地形图纸质地图包括地形图( (普通地图普通地图) )、专题地图及、专题地图及特种地图，它们既是传统地理信息的表达工具，特种地图，它们既是传统地理信息的表达工具，同时也是计算机环境下空间信息可视化的一种同时也是计算机环境下空间信息可视化的一种重要而基本的可视化产品类型重要而基本的可视化产品类型 B B 电子地图电子地图 是基于计算机数字处理和屏幕显示的

4、地图。是基于计算机数字处理和屏幕显示的地图。 它是空间信息可视化的主要产品形式之一，它是空间信息可视化的主要产品形式之一， 大部分的空间客体信息进入计算机后都能大部分的空间客体信息进入计算机后都能 够以电子地图的形式直观地显示在计算机够以电子地图的形式直观地显示在计算机 屏幕上，供用户查阅。屏幕上，供用户查阅。 C C 多媒体地图多媒体地图 它能够以多种媒体的集成形式综合、真实它能够以多种媒体的集成形式综合、真实地表现空间客体和现象，是空间信息可视地表现空间客体和现象，是空间信息可视化的一种非常重要的产品形式。化的一种非常重要的产品形式。 D 三维仿真地图是基于仿真技术的一种三维地图，它借助于

5、是基于仿真技术的一种三维地图，它借助于仿真技术将空间现象信息以三维的、立体的仿真技术将空间现象信息以三维的、立体的或动画的形式直观、真实地表现出来，使用或动画的形式直观、真实地表现出来，使用户有进入真实环境之感，因而它也是空间信户有进入真实环境之感，因而它也是空间信息可视化的一种主要和具有发展潜力的产品息可视化的一种主要和具有发展潜力的产品形式之一。形式之一。 E E 虚拟现实虚拟现实 它是由计算机和其它设备组成的高它是由计算机和其它设备组成的高级人机交互系统，以视觉为主，结级人机交互系统，以视觉为主，结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，并与之交互作用。境，并与之

6、交互作用。 第第2 2节节 地图语言与符号库地图语言与符号库 地图，是一种信息的传输工具，实现了从制图的地理环境到用图者认识地图，是一种信息的传输工具，实现了从制图的地理环境到用图者认识地理环境之间的信息传递。地理环境之间的信息传递。 地图符号及其系统，被称之为图解语言，它形象直观，既显示出制图地图符号及其系统，被称之为图解语言，它形象直观，既显示出制图对象的空间结构，又能表示在空间和时间中的变化对象的空间结构，又能表示在空间和时间中的变化 地图注记，借用自然语言和文字形式来加强地图语言的表现效果，完地图注记，借用自然语言和文字形式来加强地图语言的表现效果，完成空间信息的传递成空间信息的传递(

7、 (属于地图符号的范畴属于地图符号的范畴) ) 地图色彩，既可充当地图符号的重要角色，还有装饰美化地图的功能地图色彩，既可充当地图符号的重要角色，还有装饰美化地图的功能 地图的影像，是空间信息特征的空间框架地图的影像，是空间信息特征的空间框架( (不属于地图符号的范畴不属于地图符号的范畴) ) 装饰图案，多用于地图的图边装饰，可以增加地图的美感，并且可以装饰图案，多用于地图的图边装饰，可以增加地图的美感，并且可以烘托地图的主题烘托地图的主题( (不属于地图符号的范畴不属于地图符号的范畴) )NoImage一、地图语言与地图的色彩一、地图语言与地图的色彩 1 1、地图符号的概念、地图符号的概念

8、地图符号，是指在地图上用以表示各种空间对象的图形记号，或者还地图符号，是指在地图上用以表示各种空间对象的图形记号，或者还包括与之配合使用的注记。包括与之配合使用的注记。 地图符号对表达地图内容具有重要的作用：地图符号对表达地图内容具有重要的作用： 是地图区别于其他表示地理环境之图像的一个重要特征。是地图区别于其他表示地理环境之图像的一个重要特征。 是丰富地图内容、增强地图的易读性和便于地图编绘的必要前提。是丰富地图内容、增强地图的易读性和便于地图编绘的必要前提。 地图符号不仅能反映制图对象的个体存在、类别及其数量和质量特地图符号不仅能反映制图对象的个体存在、类别及其数量和质量特征，而且通过它们

9、的联系和组合，还能反映出制图对象的空间分布和结构征，而且通过它们的联系和组合，还能反映出制图对象的空间分布和结构以及动态变化。以及动态变化。NoImage二、地图符号二、地图符号( (库库) )的功能、分类和设计的功能、分类和设计 2 2、地图符号的基本功能、地图符号的基本功能 能指出目标种类及其数量和质量特征；能指出目标种类及其数量和质量特征； 能确定对象的空间位置和现象的分布。能确定对象的空间位置和现象的分布。 3 3、地图符号的分类、地图符号的分类 点状符号点状符号 ，当地图符号所代表的概念在抽象意义下可认，当地图符号所代表的概念在抽象意义下可认 为是定位于几何上的点时，称为点状符号。符

10、号大小与比例尺为是定位于几何上的点时，称为点状符号。符号大小与比例尺 无关，具有定位和方向的特征无关，具有定位和方向的特征 线状符号，当地图符号所代指的概念在抽象意义下可认为是定位线状符号，当地图符号所代指的概念在抽象意义下可认为是定位于几何上的线时，称为线状符号。符号沿着某个方向延伸，宽度与地图于几何上的线时，称为线状符号。符号沿着某个方向延伸，宽度与地图比例尺可以没有关系，而长度与地图比例尺发生关系比例尺可以没有关系，而长度与地图比例尺发生关系 面状符号，面状符号，当地图符号所代表的概念在抽象意义下可认为是定位当地图符号所代表的概念在抽象意义下可认为是定位于几何上的面时，于几何上的面时，

11、称为面状符号。符号所代表的范围与地图比例尺有关，且不论这种范围称为面状符号。符号所代表的范围与地图比例尺有关，且不论这种范围是明显的还是隐喻的，是精确的还是模糊的是明显的还是隐喻的，是精确的还是模糊的NoImage第第3 3节节 空间数据的可视化空间数据的可视化空间数据可视化的过程空间数据可视化的过程 NoImage 从GIS数据库中检索出的要素、特征及定位信息 预处理 从符号库读取符号信息 符号化 从字符库读取汉字及字符信息 地图输出 从色彩库读取色彩信息 1 1、按可视化的目的对一定区域，一定属性组合的地理对象进、按可视化的目的对一定区域，一定属性组合的地理对象进行的行的, ,可视化目的一

12、经确定，其相应区域及要素也随之确定。可视化目的一经确定，其相应区域及要素也随之确定。 2 2、根据可视化目的，进行检索出对象的质量和数量分级分类、根据可视化目的，进行检索出对象的质量和数量分级分类的调正、变更和合并这是对可视化要素的质量和数量上进行概的调正、变更和合并这是对可视化要素的质量和数量上进行概括。括。 3 3、根据变更后的分类分级编码，确定、切换或建立相应符号、根据变更后的分类分级编码，确定、切换或建立相应符号库，并建立与新的分类分级编码库，并建立与新的分类分级编码 1 1一一1 1对应的映射表。对应的映射表。NoImage一、从地理数据库中检索图形数据一、从地理数据库中检索图形数据

13、 1 1、投影变换、投影变换 当可视化目的的地图投影与空间数据库不同时，就必须进行地图投当可视化目的的地图投影与空间数据库不同时，就必须进行地图投影变换，把数据具有的空间数据库地图投影转换为目的投影。影变换，把数据具有的空间数据库地图投影转换为目的投影。 2 2、数据压缩、数据压缩 空间数据库内几何数据是匹配于数据库比例尺的数据密度，当所需空间数据库内几何数据是匹配于数据库比例尺的数据密度，当所需可视比例尺变化，尤其是缩小后，数据冗余很大，必须压缩。可视比例尺变化，尤其是缩小后，数据冗余很大，必须压缩。 3 3、几何数据的光滑、几何数据的光滑 线实体呈折线方式和光滑曲线两种方式延伸，空间数据库

14、内几何数线实体呈折线方式和光滑曲线两种方式延伸，空间数据库内几何数据一般以中心轴线上特征点离散方式存储，为正确表达呈光滑曲线延伸据一般以中心轴线上特征点离散方式存储，为正确表达呈光滑曲线延伸的要素，必须依据该曲线的离散数据进行光滑，使符号化后线状符号符的要素，必须依据该曲线的离散数据进行光滑，使符号化后线状符号符合要求。合要求。 4 4、数据转换、数据转换 由于目前由于目前GISGIS空间数据库的数据源于多种渠道，不够统一规范，因而空间数据库的数据源于多种渠道，不够统一规范，因而一个可视化系统很难即时适应众多空间数据库，因此必须进行必要的数一个可视化系统很难即时适应众多空间数据库，因此必须进行

15、必要的数据类型及格式的转换，可完成矢量转换、关系转换和栅格转换。据类型及格式的转换，可完成矢量转换、关系转换和栅格转换。NoImage二、空间数据预处理二、空间数据预处理 大型大型GIS GIS 系统一般提供符号库设计和管理功能，根据系统一般提供符号库设计和管理功能，根据需要增加点、线、面符号。在制图输出时，根据空间需要增加点、线、面符号。在制图输出时，根据空间实体类型从符号库中找出相应符号对实体进行符号化。实体类型从符号库中找出相应符号对实体进行符号化。三、地图符号化三、地图符号化 1 1 概念概念 电子地图是数字地图与电子地图是数字地图与GISGIS软件工具结合后的产物，它是一软件工具结合

16、后的产物，它是一种出于运动状态的数字地图，这种运动状态或是输入、输出，种出于运动状态的数字地图，这种运动状态或是输入、输出，或是显示、检索分析。或是显示、检索分析。 电子地图集是为了一定用途，采用统一、互补的制作方法电子地图集是为了一定用途，采用统一、互补的制作方法系统汇集的若干电子地图系统汇集的若干电子地图第第4 4节节 电子地图电子地图 能够全面继承并发展了地图科学中对地学信息进行多层次智能综能够全面继承并发展了地图科学中对地学信息进行多层次智能综合加工、提炼的优点；合加工、提炼的优点； 很强的空间信息可视化性能，具有严密的数学基础、科学而系统很强的空间信息可视化性能，具有严密的数学基础、

17、科学而系统的符号系统、强有力的可视化界面，支持地图的动态显示，并可采用闪烁、的符号系统、强有力的可视化界面，支持地图的动态显示，并可采用闪烁、变色等手段增强读图效果；变色等手段增强读图效果； 支持空间信息的多种形式的查询、检索和阅读；支持空间信息的多种形式的查询、检索和阅读； 支持基本的统计、计算和分析；支持基本的统计、计算和分析； 大多数电子地图支持大多数电子地图支持“所见即所得所见即所得”地编辑和输出硬拷贝，支持地编辑和输出硬拷贝，支持电子出版；电子出版； 大多数电子地图支持多媒体信息技术。大多数电子地图支持多媒体信息技术。 2 电子地图电子地图(集集)的基本特征的基本特征 电子地图包含了

18、电子地图包含了GISGIS的主要功能，但不是全部功能的主要功能，但不是全部功能 电子地图电子地图侧重于可见实体的显示，其中较完善的空间信息可视化侧重于可见实体的显示，其中较完善的空间信息可视化功能和地图量算功能是一般功能和地图量算功能是一般GISGIS所欠缺的。所欠缺的。 不同来源的电子地图数据，不同来源的电子地图数据，难以赋予统一的空间数学基础，空间难以赋予统一的空间数学基础，空间分析薄弱。分析薄弱。 一些电子地图一些电子地图( (集集) )难于使其可视子空间均具有统一的空间数学基难于使其可视子空间均具有统一的空间数学基础础, ,因而空间分析相对于因而空间分析相对于GISGIS薄弱，这也是两

19、者的分水岭薄弱，这也是两者的分水岭 电子地图电子地图( (集集) )是一种新型的、内容广泛的是一种新型的、内容广泛的GISGIS产品，而电子地图产品，而电子地图( (集集) )系统则是一些内容广泛、功能各异的新型系统则是一些内容广泛、功能各异的新型GISGIS系统系统3 电子地图与电子地图与GIS的区别的区别 1 1、概念、概念 是能集中、形象地表示空间信息的时空变化状态和过程的电子地图。是能集中、形象地表示空间信息的时空变化状态和过程的电子地图。 它产生和发展是时空它产生和发展是时空GISGIS的发展的必要基础和前提。的发展的必要基础和前提。 2 2、特征和作用、特征和作用 特征：可以直观而

20、又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。特征：可以直观而又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。 作用：作用： 动态模拟，使重要事物的变迁过程得以再现。它可以通过增加或减低变化动态模拟，使重要事物的变迁过程得以再现。它可以通过增加或减低变化速度，暂停变化以仔细观察某一时间断面，改变观察地点和视角，获取运动速度，暂停变化以仔细观察某一时间断面，改变观察地点和视角，获取运动过程中的各种信息；过程中的各种信息； 运动模拟，对于运动的地理实体：人、车、船、机、星、弹的运动状态测运动模拟，对于运动的地理实体：人、车、船、机、星、弹的运动状态测定和调正，以及环境测定和调正，都是由动态地图来帮助完成的。

21、定和调正，以及环境测定和调正，都是由动态地图来帮助完成的。 实时跟踪，如在运动物体上安装全球定位系统实时跟踪，如在运动物体上安装全球定位系统GPSGPS，它能够显示运动物体，它能够显示运动物体各时刻的运动轨迹，使空中管制、交通状况监控、疏导，战役和战术的合围、各时刻的运动轨迹，使空中管制、交通状况监控、疏导，战役和战术的合围、围堵，均具有可靠的时空信息保证。围堵，均具有可靠的时空信息保证。第第5节节 动态地图动态地图 利用传统的地图符号和颜色等方法表示。利用传统的地图符号和颜色等方法表示。例如采用传统的视觉变量例如采用传统的视觉变量大小、色相、大小、色相、方位、形状、位置、纹理和密度，组成动态

22、符方位、形状、位置、纹理和密度，组成动态符号，结合定位图表，分区统计图表法以及动线号，结合定位图表，分区统计图表法以及动线法来表示法来表示 采用定义了动态视觉变量的动态符号来表示。采用定义了动态视觉变量的动态符号来表示。 用视觉变量的变化时长、速率、次序及节奏设计用视觉变量的变化时长、速率、次序及节奏设计一组相应的动态符号，并加上电子地图的闪烁、跳跃、色度、一组相应的动态符号，并加上电子地图的闪烁、跳跃、色度、亮度变化反应运动中物的矢量、数量、空间和时间变化特征亮度变化反应运动中物的矢量、数量、空间和时间变化特征 采用连续快照方法作多幅或一组地图。采用连续快照方法作多幅或一组地图。采用一系列状态对应的地图来表现时空变化的状态，这一方法在状态表现方面采用一系列状态对应的地图来表现时空变化的状态，这一方法在状态表现方面是较为全面的；但对变化表达不够明确，同时数据冗余量较大。是较为全面的；但对变化表达不够明确，同时数据冗余量较大。 地图动画地图动画 适当地在空间差异中内