虚拟地理环境期末作业

虚拟地理环境
一、试论述虚拟地理环境的概念及其基本特征，并结合专业背景探讨虚拟地理环境的可能研究与应用前景。

(一) 虚拟地理环境的概念
1、从地理学、社会学角度：（广义上）
虚拟地理环境定义为包括作为主体的化身人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，包括计算机、网络等软硬件环境，数据环境，虚拟图形境象环境，虚拟经济环境，和虚拟社会、政治和文化环境，其中的化身人类是表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合整体。

广义上的虚拟地理环境，是人类可以生活、工作、生产和消费的一个新的空间世界，它与现实地理环境一样，是一个包含空间系统、生态系统和社会系统的一个开放的、复杂性巨系统。

2、从计算机技术、地理信息系统角度：（狭义上）
虚拟地理环境，是以化身为基础的多用户分布式三维智能虚拟环境，是地理环境特定地理现象与规律的数字与多通道感知表达、计算与模拟，可用于地理多维信息的综合管理与多媒体集成发布、人机交互交融式创新式地理科学研究、分布式地理协同规划、设计与决策、地理旅游、教育、培训及娱乐等。

狭义的虚拟地理环境是一种传统意义上的软件信息系，作为一种工具，帮助我们理解和分析现实地理环境。

虚拟地理环境，特称为虚拟地理环境系统（原先：地学虚拟环境）。

(二) 虚拟地理环境的基本特征
1、原型
虚拟地理环境，可定义为包括作为主体的化身人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，包括计算机、网络、传感器等硬件环境，软件环境，数据环境，虚拟图形境象环境，虚拟经济环境，和虚拟社会、政治和文化环境。

（地理环境是指人类生存与发展的地球表层，它包括作为主体的人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，是由自然地理环境和人文地理环境 (经济环境和社会文化环境）相互联结、相互作用的系统整体。

）
化身人类，是表示现实界中的人与虚拟界中的化身（ avatar avatar）相结合后的集合整体。

化身是用户在虚拟界中的三维图形表达。

2、虚拟地理环境组成的层次特征
1）地理位置层面
地理位置空间 : 根据地理位置而形成的计算机网络分布空间
2）内表达数据层面
虚拟地理环境的基本空间支撑基础是一组有结构、有组织的具有三维几何空间的有序数据；由于表达虚拟地理环境的数据是线性存储在计算机物理介质中，要通过其它计算机操作，如文件或数据库打开、图形处理等，才能被感知到，所以称为内表达数据。

内表达数据层的空间数据形式一般有点、线、面和体。

3）外表达境象层面
内表达三维数据的三维图形视觉表达。

两种模式：三维透视和双眼立体视觉
4）单主体感知认知层面
在虚拟地理环境中，用户除了应用视觉器官感知虚拟世界外，还可以应用听觉、力觉、触觉，甚至嗅觉、味觉等器官与虚拟物体进行信息交互。

）
5）互主体社会层面
虚拟地理环境表达的是化身人主体之间 (即为互主体 )，以及化身人类社会主，体与软硬件环境、虚拟数据图形环境等的相互关系。

化身人是自然人与化身的结合。

虚拟地理环境中的化身是化身人类在虚拟界中的身份，采用不同形态、性别的化身会影响化
身人类在虚拟界和现实界的心理状态和社会行为。

虚拟地理环境的互主体社会行为还表现在虚拟社群（社区）的不同形态、特点与运作上。

虚拟社群（社区）是指以一定的虚拟空间区域，或一定的主题、共同兴趣、服务功能等为形成原则的社会组织。

（6）虚拟地理环境系统特征 VGE,GIS,Visualization)
(三) 虚拟地理环境的可能研究内容与应用前景
1、虚拟地理环境基础理论研究
1）可计算人地关系理论（地理学视角）
人地系统论，地理认知，地理计算，人工智能
2）虚拟地理学，赛博地理学（地理学视角）
3）地理表达、交流语言（符号学、语言学、社会媒体学视角）
文本，地图，图形 /图象， GIS GIS，虚拟环境
4）人-机关系理论 (计算机人机交互理论视角）
人-机界面，人机 /人人互动，人脑 /电脑，认知，主客体关系
5）虚拟性哲学，信息哲学（哲学视角）
现实性哲学，在场 /不在场，超越现实，“虚拟开拓人类的发展空间，开拓了以可能性、以不可能的可能性来重构人和社会发展的时代”
2、虚拟地理环境的技术研究
1）虚拟地理环境系统
系统框架结构，三维数据模型，系统建模，实时交互技术，共享空间和多用户操作，基于地学过程模型的虚拟环境，分布式协同工作和群体决策，地学智能体，地学智能人（化身）等；[GIS+VR/VE+Internet Internet；计算可视化系统；虚拟现实系统；分布式虚拟环境系统；仿真系统。

]
2）超现实地理环境）（混合现实技术）
• 现实多媒体信息和虚拟空间的合成；
• 移动穿戴式混合现实 .
移动式 GIS 、GPS 和虚拟现实技术的集成和融合，物理视觉目标和计算机中图形目标的配准算法，虚拟空间和现实空间的合成理论与方法等。

3）网格计算与虚拟环境
3、虚拟地理环境的实践研究
1）数字城市工程，数字区域工程
数字福建工程，数字北京工程，Virtual London 等
2）地学图解虚拟环境系统
3）虚拟地理环境与区域可持续发展实践
（区域可持续发展虚拟决策支持环境 , 虚拟地理环境的现实空间分布与信息鸿沟
问题）
4）虚拟战场环境
5）在线（远程）地理教学等
龚建华，林珲，鲁学军.虚拟地理环境研究框架初探.（原文发表于第二届“虚拟现实与地理学”学术研讨会论文集，2002，II-1-7.)
虚拟地理环境研究框架结构图
基于虚拟地理环境的关系图“人”/“地”
二、试阐述分布式虚拟地理环境的概念、基本特征及其系统架构。

（一）分布式虚拟地理环境的概念
分布式地学虚拟环境是指基于因特网、万维网的多用户虚拟三维环境，可用于发布地学多维数据，模拟和分析复杂的地学现象过程，支持可视和不可视的地学数据解释、未来场景的预见（现）、设计规划和决策等，同时也可用于教育、旅游和娱乐。

（二）分布式虚拟地理环境的基本特征
（1）因特网和万维网是分布式虚拟环境存在和发展的基础
（2）多用户之间的信息通讯、传输，系统之间的共享三维对象传输要实时快速
（3）用户与三维图形世界的交互是实时的
（4）用户在其中一般以三维化身表达，用户间的交互通过化身、文本、声音或实时传输的摄像等
（5）三维图形世界和各种三维对象是分布式共享的
（6）三维图形世界既可描述地球科学中的可视空间现象，也可描述不可视空间现象（7）用户除了可作三维空间探索行走外，还可进行地学数据查询、空间分析、模型计算与模拟等
（三）分布式虚拟地理环境的系统构架
1、系统结构及通信协议
单服务器的客户端/服务器结构
多服务器的客户端/服务器结构
对等结构
1）TCP/IP 协议
数据传输保证仅在两台计算机间以顺序进行，并且自动检测数据传输中的差错。

2）UDP/IP 协议
数据以包的形式传输，不保证数据传输的可靠性和准确性，没有TCP/IP 协议方式中数据顺序传送的要求，具有很快的传输速度。

3）IP 多分发协议
可以将一台计算机的数据包同时传给多个虚拟环境中的其他计算机，但这些计算机应预先在某个多分发组中已注册登记为需要服务的成员。

2、数据模型
应考虑因素：必须考虑网上的数据传输量、不同时空分辨率层次表达、开放标准的三维建模数据格式。

数据库应是三维数据库、地学数据的多感知表现、复杂异构的因特网环境
（1）基于对象的数据模型
对象：对现实世界实体的抽象。

类：在结构上和操作性质上具有共性的一组对象的集合。

方法：定义于某一特定的操作与法则，表达对象的动态性质。

概括：将几种类型中具有公共特征的结构与操作抽象出来，形成更一般的超类。

继承：类的基础上建立的新的次类，后者自动继承了前者的结构和行为特征，并可具备某些附加的特性或某些限制。

聚合：将几种不同特征的类组合成一种更高水平的类。

联合：同类的一组对象形成一个更高层次类的对象。

（2）基于场和基于离散实体的地理对象建模
在地理景观系统中，地理对象根据空间维上的分布特性，可分为两大类：一类是以场为基础的对象，如地形、土壤种类分布等，这类对象在空间上连续分布；另一类是以离散实体为特性的对象，如树、房子等，这类对象以独立的个体而存在。

①地形景观对象建模：空间分区、多层次空间分辨率
②离散实体地理对象建模：CAD 模型、分形模型、人工生命技术
目前，分布式地学虚拟环境一般采用基于万维网的虚拟现实建模语言构建最后可被VRML 浏览器显示与分析的三维虚拟世界。

应用方式：一种是在运行前，三位地理对象已全部用VRML 达，实际运行时，只需直接把VRML 世界从三维对象库中取出即可；表一种是在运行时才把以其他非VRML 格式表达的三维地理对象转化为VRML 世界。

3、交流交互方式
用户与用户的通信交互
用户与三维虚拟世界的交互
4、虚拟现实建模语言模型
基于万维网的三维动态世界建模语言；
主要在计算机领域发展形成的；
应用于地学虚拟环境设计时存在不足：
坐标系
数据精度
仅考虑数据量少和复杂程度低的三维世界。