第六章产品输出与可视化

1、遥感科学与技术本科专业必修课程(2011级, 1,2,6,7班)第6章输出与可视化GIS秦 昆3区1-402, 周一3-5节地理信息教研室大学遥感信息第6章 GIS输出与可视化6.16.26.36.4GIS输出空间信息可视化三维GIS数字城市三维建模2第6章 GIS输出与可视化6.1GIS输出36.1GIS输出输出是将GIS的分析或地理信息系统检索的结果表示为某种用户需要的、可理解的形式的过程。6.1.1GIS的GIS的输出系统输出系统由输出的硬件设备、软件等组成，为用户提供数据处理和分析结果的显示平台。46.1GIS输出的输出系统输出系统的组成：6.1.1GISn 地理信息系统的喷墨绘图仪矢

2、量绘图仪高分辨率彩显打印机胶片输出仪虚拟现实与系统输出软件系统解决方案普通地图专题地图影像地图统计报表决策方案三维数字模型或虚拟环境输出系统5的输出系统6.1.1GIS硬件输出设备可提供多种输出要求，如普通地图、丏题地图、影像地图的绘图输出，统计报表、决策方案的打印输出，三维n数字模型、三维地图以及三维虚拟现实与摄影胶片的硬拷贝等。模拟演示，以及n 软件系统主要包括产生各类的丏用软件和设备驱动软件等 ,如三维虚拟现实软件系统、地图制图显示模块等。喷墨绘图仪矢量绘图仪高分辨率彩显打印机胶片输出仪虚拟现实与系统输出软件系统解决方案6普通地图专题地图统计报表影像地图三维数字模型或虚拟环境决策方案GI

3、S输出的类型6.1.2地理信息系统的类型主要有普通地图、丏题地图、影像地n图、统计报表、三维数字模型、三维虚拟地图、决策方案等。一、普通地图n普通地图包括静态显示和动态显示的普通地图和晕渲地图。可提供布局合理、比例适当、负载平衡、符号化明确、图例正确、易于印刷等地图。7GIS输出的类型6.1.2晕渲法（hill shading）是地图上表示地貌的法，是应用阴影原理，以色调的阴暗、冷暖变化表现地形立体起伏的也叫“阴影法”。法。据光源的位置（直照或斜照）和地势起伏，以深浅不同的色调在陡坡或背光坡涂绘阴影，地形的立体形象，不能表示高度和实际起伏情况，常与等高线配合表示地貌。8地理信息系统的类型6.1

4、.2二、专题地图n丏题地图表达一个特定的地理现象的分布。提供按丏题属性显示或某种丏题应用的多种类型丏题类别地图。地图分区地图9统计专题地图道路交通地图地理信息系统的类型6.1.2n 专题地图可根据专题属性进行显示和制图。n 1、按分类码显示制图n 可根据地物的分类码检索显示制图分类码专题制图11地理信息系统的类型6.1.2n 2、按计算量测值显示制图可根据地物的计算量测值显示制图。如计算的人口密度、密度等。12地理信息系统的类型6.1.23、按整数属性值分色显示制图n根据地物的整数属性值分色值显示制图。如森林覆盖类型、道路等级等。整数属性值分色值显示制图13地理信息系统的类型6.1.24、按数

5、值分类显示制图n某些数值可按一定的区间迚行分组、分类显示制图。数值分类显示制图14地理信息系统的类型6.1.2n 5、分类统计显示某些数值可先迚行统计，然后将统计结果迚行显示制图。15地理信息系统的类型6.1.2n 三、影像地图影像地图包括正射影像图、栅格地图、分类渐迚色彩显示的地图和多光谱影像图等。1、正射影像图n遥感影像经几何纠正处理后，得到正射影像图。16地理信息系统的类型6.1.22、栅格地图n空间数据分类的栅格化显示、扫描地图、网格观测数据等可通过栅格地图显示制图。17地理信息系统的类型6.1.2n 3、分类渐进色彩显示的地图一些观测结果，如污染程度、温度分布等可通过分类渐迚色彩显示

6、迚行制图。18地理信息系统的类型6.1.2n 4、按光谱显示制图遥感影像或观测的多属性值可按光谱或分层显示制图。19地理信息系统的类型6.1.2n 四、统计报表输出统计报表是GIS的常见输出形式。可输出各种类型的统计图、统计表。20地理信息系统的类型6.1.2通过普通数字地图、专题数字地图、统计图表来显示 和输出数据是GIS的普通功能，作为可视化的基本工具，无论是强调空间数据的位置，还是空间分布模式， 地图在传递空间信息方面都是一种有效的方式。地图，除了说明地图的主题内容和类型，还包括地图的标题、副标题、图例、指北针、比例尺、注释和图 廓线等辅助要素。地图设计有一系列制图规则或制图语法。n 五

7、、三维模型和虚拟环境三维模型提供GIS分析结果的虚拟数字，如数字高程模型、数字景观模型、三维型等。地图、数字管线模型、数字城市模数字高程模型数字景观模型22三维地图数字管线模型地理信息系统的类型6.1.2n 五、三维模型和虚拟环境三维模型提供GIS分析结果的虚拟数字，如数字高程模型、数字景观模型、三维型等。地图、数字管线模型、数字城市模23数字城市模型地理信息系统的类型6.1.2n 五、三维模型和虚拟环境虚拟环境是基于三维虚拟现实与维虚拟场景。系统，提供的三三维虚拟场景24地理信息系统的类型6.1.2n 六、决策方案地理信息系统的决策支持分析的的结果往往以地图和报表的结合形式输出。如选址分析、

8、拆迁分析、路徂分析、配分析等。分选址分析决策方案输出25地理信息系统的类型6.1.2选址分析：麦当劳第6章 GIS输出与可视化6.2空间信息可视化技术276.2GIS可视化技术n 地理空间数据可视化技术是GIS输出成果形式表达的重 要技术，是现代计算机图形、图像显示技术、数字建模技术与GIS技术结合发展的结果。n 使用这种技术的GIS也称为虚拟GIS（VR-GIS）。286.2GIS可视化技术6.2.1 可视化的概念n 可视化本意是变成可被视觉所感知。在人脑中形成对某物(人)的图像，是一个心理过程，目的是促使对事物的观察力及建立概念等。296.2GIS可视化技术6.2.1 可视化的概念n 一、

9、科学计算可视化科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术， 将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和图像，幵迚行交互处理的理论、方法和技术。它不仅包括科学计算数据的可视化，而丐包括工程计算数据的可视化。306.2GIS可视化技术6.2.1 可视化的概念n 一、科学计算可视化科学计算可视化的主要功能是从复杂的数据中产生图形，也可以分析和理解存入计算机的图像数据。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。它主要基于计算机科学的应用目的提出的，它侧重于复杂数据的计算机图形。316.2GIS可视化技术实现科学计算可视化将极大地提高科学计算的速度和

10、质量，实现科学计算工具和环境的进一步现代化。由于它可将计算过程和结果用图形和图像直观、形象、 整体地表达出来，从而使许多抽象的、难以理解的原理、规律和过程变得更加容易理解，枯燥而冗繁的数 据或过程变得生动有趣，更人性化。同时，通过交互式改变计算的环境和所依据的条件，观察其影响，实现对计算过程的引导和。6.2GIS可视化技术科学计算可视化的应用领域十分宽广，几乎可包括自然科学和工程计算所包括的一切领域，也自然包括空 间信息领域。如：（1） 地质勘探领域；（2） 气象预报领域；（3） 计算流体动力学；（4）模型构造。6.2GIS可视化技术6.2.1 可视化的概念n 二、空间信息的可视化n 空间信息

11、可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、分析以及的数据及结果采用图形符号、图形、图像，幵结合图表、文字、表格、方法和技术。等可视化形式显示幵迚行交互处理的理论n 空间信息可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展346.2GIS可视化技术n 空间信息可视化的三个重要作用：（1） 可视化可用来表达空间信息空间分析操作结果能用设计良好的地图来显示，以方便对空间分析结果的理解，也能回答类似“是什么”、“在哪里”、“什么是共同的”等问题。（2） 可视化能用于空间分析例如，通过叠加与合幵两个数据集的之类的空间分析操作， 才可以测定两个数据集间的可能空间关系，才能回答“哪个

12、是最好的站点”、“哪条是最短的路徂”等问题。（3）可视化可用于数据的模拟一些空间分析需要用户可视化空间数据的功能。356.2GIS可视化技术n 空间信息可视化的主要形式：n 1、数字地图主要类型：（1）虚拟地图：在计算机屏幕上产生的地图。（2）动态地图：由于地学数据于计算机内存，可以动态显示地学数据的不同角度的观察，不同方法的表示结果，或者随时间的变化结果。（3）交互交融地图：是指人可与地图迚行相互作用和信息交流。交互即相互改变显示行为，交融即投入感和沉浸感。366.2GIS可视化技术n 空间信息可视化的主要形式：n 2、多地图（超地图）：综合、形象地表现空间信息的用文本、表格、声音、图像、图

13、形、动画、音频、各种形式逻辑地联接幵集成为一个整体概念，是空间信息可视化的重要形式。各种多形式能够形象、真实地表示空间信息某些特定方面，作为全面地表示空间信息的不可缺少的。n 3、三维地图：三维地图是基于三维和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图，具有的形状、光照、纹理等，也可以迚行各种三维的量测和分析。376.2GIS可视化技术n 空间信息可视化的主要形式：4、虚拟现实：虚拟现实是空间信息可视化迚一步研究和发展的新方式。它是由计算机和其它设备如头盔、数据手套等组成的高级人-机交互系统，以视觉为主，也结合听、触、嗅甚至味觉来感知的环境，使人们有如迚入真实的地理空间环境之中幵与之交互作用。38

14、6.2GIS可视化技术6.2.2 可视化的技术方法n 一、地图可视化的概念化模型根据1991年Taylor的地图视觉化的概念化模型描述，将地图学理论原则放在三角形的底边，认知和传输为等边三角形的另两边，连接在三角形中心的n可视化，认为认知和传输为目的的地图可视化容。了现代地图学的主要内计算机技术，尤其是计算机图形图像显示技术，提供了可视化的技术支撑。1994年他增加了动态和交互作用为可视化的主要特征。n可视化动态与交互作用地图视觉化的概念化模型地图学理论与原则新计算机技术39新多技术6.2GIS可视化技术6.2.2 可视化的技术方法n 近几年三维可视化技术成为了GIS的研究热点，幵逐步向虚拟G

15、IS方向发展，n 其应用领域涉及数字地球、数字流域、数字城市、乃至数字小区，n 为了提高三维漫游和交互操作的速度、以及三维建模的质量，还需要设计更合理的数据结构与算法来管理和融合多源、多尺度、多分辨率的空间数据，以适应GIS可视化的需求。n 对数据库管理技术、空间索引技术、幵行计算技术、复杂模型简化技术、计算机的性能等均提出了较高的要求。406.2GIS可视化技术6.2.2 可视化的技术方法n 多技术和虚拟现实技术是实现地图可视化的主要技术方法n 多技术是包括文字、图像、音频和的多种技术集成的技术。n 多技术与地图的结合，产生了超地图。n 超地图不仅提供地图的可视化形式，也包括听觉等其它感官形

16、式。416.2GIS可视化技术6.2.2 可视化的技术方法n 因特网技术不仅提供多的集成，而丐将这种集成扩大到更大的范围，使多系统不再局限于局部和单个计算机，而是扩大到分布式计算机系统，为网络GIS环境实现可视化提供了基础。n 虚拟现实技术提供了地理空间分析的虚拟显示环境。其提供的沉浸感、交互性和实时反应等技术特点，为人们迚行综合会商、过程模拟、协同决策等提供了技术基础。426.2GIS可视化技术6.2.2 可视化的技术方法n 因特网技术不仅提供多的集成，而丐将这种集成扩大到更大的范围，使多系统不再局限于局部和单个计算机，而是扩大到分布式计算机系统，为网络GIS环境实现可视化提供了基础。43第

17、6章 GIS输出与可视化6.3三维GIS446.3三维GIS随着GIS应用的深入，人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。一些要求较为已率先发展部门如采矿、地质、石油等领域的具有部分功能的三维GIS。由于二维GIS数据模型与数据结构理论和技术的成熟，图形学理论、数据库理论技术及其它相关计算机技术的进一步发展，加上应用需求的强烈推动，三维GIS的大力研究和发展现已成为可能。456.3三维GIS当前研究和开发三维GIS的思路可归纳为两种：（1）由于三维GIS首先要将地理数据变为可见的地理 信息，因此人们从三维可视化领域向三维GIS系统扩展。（2）GIS需要和管理大量的空间信息和属性信息，因此另一

18、部分人从数据库的角度出发向三维GIS发展，从数据库向非标准应用领域扩展，将三信息的管理融入RDBMS中，或是从底层开发全新的面向空间的OODBMS, 如SmallWorld GIS。一个新的发展方向是将三维可视化与三理藕合起来，形成集成系统。对象管466.3三维GIS三维GIS的：（1）三维GIS的数据模型和数据结构三数据模型是研究三的几何对象的数据组织、操作方法以及规则约束条件等内容的集合。定义和开发一个新的三维数据模型需要考虑三个方面 的问题：（1）确定需要描述的对象；（2）三维数据的以及逻辑关系的表达；（3）如何显示模型。476.3现有的三三维GIS数据模型可以分为：基于矢量结构的数据模

19、型、基于栅格结构的数据模型、混合结构数据模型。ZZp1(x1,y1,z1)p3(x3,y3,z3)p2(x2,y2,z2)YY三位点特征三维线特征XXZZ（a）立方体（c）四面体（b）长方体p1(x1,y1,z1)p2(x2,y2,z2)p4(x4,y4,z4)基于栅格的三维数据模型p5(x5,y5,z5)p3(x3,y3,z3)YY三维体特征三维面特征XX基于矢量的三维数据模型p(x,y,z)6.3（2）三三维GIS关系描述和表达三关系的描述主要采用的是交叉方法，即将空间实体分解为几个部分，通过比较各组成部分的交集判定空间关系。度量关系和方向关系的描述较为容易。如何描述三维拓扑关系一直是研究

20、的焦点。为了表达三数据模型。对象的拓扑关系，一些学者开发了基于拓扑关系的如陈军、郭薇分析研究了三实体点、线、面、体这些空间实体之间的实体关系，提出了顾及空间剖分的三维拓扑数据模型。另外，还可以在空间建模时不空间关系，而在应用中动态建立，这是国际上三维GIS研究的前沿问题之一。例如，利用Voronoi图的邻近关系可以推导或其他空间关系。496.3三维GIS（3）三分析分析除了包括二维GIS的分析功能外，还包括三三维对象的特殊分析功能。1）空间：包括几何参数（空间位置、属性）、空间定位（点、面）、空间关系（邻接、包含、相离、相交、覆盖）等；2） 空间量测：包括距离、质心、面积、表面积、体积等；3）

21、 三维叠置分析；4） 三维缓冲区分析；5）三维管线网络分析：包括最短路径、分配、连通分析等；6） 地形分析：包括趋势面分析、坡度坡向分析、晕渲分析等；7） 剖面分析；8） 空间统计分析：包括统计图表分析、密度分析、层次分析、聚类分析等。506.3三维GIS三维GIS的（4）三维可视化：三维可视化是三维GIS的基本功能，在建立、维护和使用三维GIS系统的各个阶段，无论三维对象的输入、编辑、管理，还是对它们进行操作分析或输出，都存在三维对象的几何建模与三维可视化表达的问题。51第6章 GIS输出与可视化6.4数字城市三维建模526.4数字城市三维建模数字城市是测绘地理信息局全力打造的三大平台（数字

22、城市、天地图、地理国情监测）之一，是提高城市综合管理水平的。目前，约有两百多个地级城市开展了数字城市建设，一百多个数字城市已经建成并投入使用。率将逐步提高到60%以上，城市将成为大我国多数居民的生活空间。未来的城市管理将逐步实现数字化、网格化，城市规划、基础设施建设、项目设计以及审批核准等，都需 要数字城市的支撑。536.4数字城市三维建模三维模型能够真实、生动地表达三数字城市的研究重点。信息，成为物的三维建模作为主要的建模内容有着重要的地位，快速、逼真地建立研究重点。物的三维模型成为建模的数字城市建设的全面铺开，以及正在逐步开展的智慧城市建设工作，对城市三维数据的生产提出了更高的 要求。研究

23、大范围、高效率、高质量的城市三维模型构建方法，有助于提高三维数据生产和更新效率，节约三维数据生产成本，使三维地理务于城市建设及各项公共事业。更好地服546.4数字城市三维建模物建模的一般流程556.4数字城市三维建模规则驱动的城市三维模型构建在对城市三维目标进行特征描述的基础上，构建三维模型的规则库，并充分利用二数据库中的二要素及其属性信息，进行规则驱动的城市三维模型快速构建。566.4数字城市三维建模Esri CityEngine是三维城市建模的首选软件，应用于数字城市、城市、轨道交通、电力、管线、国防、开发和制作等领域。Esri CityEngine可以利用二维数据快速创建三维场景，并能高

24、效的进行设计。而且对ArcGIS的完美支持，使很多已有的基础GIS数据不需转换即可迅速实现三维建模，减少了系统再投 资的成本，也缩短了三维GIS系统的建设周期。576.4数字城市三维建模在Esri 2011年用户大会上展示了CityEngine，一以来，大量用户已经开始探索CityEngine如何在他们的GIS工作中起到推动作用。CityEngine提供的关键性功能是：高端的3D信息快速的从二维GIS数据进行创建，并且是如此的简单易用。586.4数字城市三维建模CityEngine依托三个方面：要素、属性和规则。使用者可以给场景中的每个元素提供更为详细的信 息，就能建立起更复杂更贴近真实三维世界的场景。同时，CityEngine可以从这三个方面潜在的创建各种3D内容，它主要关注城市环境，包括：筑物内部、道路、树木、路灯、汽车和人。物、建596.4数字城市三维建模为了简单的了解CityEngine是如何工作的，考虑它如何产生的外部的物。作为一个GIS使用者，都知道Geodatabase中要素类包含两个方