空间数据的可视化及制图
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3
3、空间信息可视化的特点
空间信息可视化是指利用地图学、计算机图形图象 技术，将地学信息输入、处理、查询、分析数据，采 用图形、图像，结合图表、文字、报表，以可视化形 式，实现交互处理和显示的理论、技术和方法。
所以，空间信息可视化是科学计算可视化在地学领 域中的体现。
空间信息可视化和科学计算可视化不同之处是空间 信息可视化过程更强调数字化和符号化的概念，而且 空间信息可视化描述的是地理空间内的事物，可视化 过程实际上是对地理空间信息的提取和综合。
GIS可视化的发展过程： （1）二维数据的可视化 主要研究二维图形的显示算法，如画线、符号库和符 号化、颜色设计、图形输出打印等。
9Байду номын сангаас
（2）2.5维图形的可视化 2.5维图形的可视化以地形分析为核心，研究用
二维数据表示三维数据，即将三维数据投影到二维 屏幕上，显示之。
2.5维图形可视化的实质是研究三维到二维数据的 坐标变换、隐藏线隐藏面消除、光照模型。
4
空间信息可视化特点
交互性 通过交互性，使用户进入事件的发展之中，并得 到可视化结果。
信息载体的多维性 实现空间信息的可视化需要用多媒体表达方式。
信息表达的动态性 实现空间信息的可视化可以描述空间信息的动态 变化。
5
4、空间信息可视化的应用
空间位置的表示，如表达空间物体的分布； 空间分析的可视化描述，如缓冲区 动态制图，如动态仿真图； 空间信息的可视化查询，实现对空间信息的查询； 面向实体的模型化显示，如DTM模型。
➢ 字形法 用小的图标来表示所要表达的数据，根据表 达数据的不同，改变图标的形状。常用的字 形法有星绘法（Star plots）和Chernoff面法 （Chernoff Faces）。星绘法就是从一点向外 绘制呈辐条状发散的形状，有多少维就有多 少个辐条，辐条的长度表示变量的大小，当 变量很多时，这种方法将显得无能为力 。
11
(4)多维信息可视化
多维信息是指变量形式为 F=f(x1,x2,…,xn)(n>3)的数据，每个数据含有 3个维度以上的信息。
多维信息的可视化大都是采用降维的方式来实 现。降维的过程可以是线性的，也可以是非线 性的。非线性的降维方法认为现实数据中的大 部分点集的有效维比它的空间维小，也就是说 一个高维数据中往往有些维度的信息是不明显 的。有效维通常由样品数据的显著因子决定。
(1) 漫游法 (2) 梯度可视化动画模型
20
二、虚拟现实（virtual reality)
1、 虚拟现实（VR） 虚拟现实是一门涉及众多学科的新的实用技术， 它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技 术、微电子技术于一体。在计算机技术中，它又特 别依赖于计算机图形学、人工智能、网络技术、人 机接口技术及计算机仿真技术。这些相关技术的发 展带动了虚拟现实技术的进步。
15
星绘法表示多维信息
Chernoff面法表示多维信息
16
➢ 投影法 即把多维信息投影到更小的子空间去进行绘制。比 较著名的投影法有Andrews曲线法。这种方法将每一 个多维数据通过一个周期函数映射到二维空间中的 一条曲线上，这种方法能够表示的信息维数较多。
17
➢ 平行坐标系法 所谓平行坐标系就是将多维空间的轴定义为互相 平行的垂直线。笛卡尔坐标系的一个点与平行坐 标系中的一条复合线相对应。
2.5维图形无法表示三维物体的体特征。
10
（3）真三维数据的可视化 90年代以来，三维物体的体特征的可视化研
究成了热点。
从发展看GIS可视化研究着重于技术层次上， 如数据模型、图形图象显示、图形图象的实时动 态处理等。
必须指出，为提高GIS可视化的实用性，在 GIS可视化研究中一直十分注意在地形图上显示 地物要素，研究点、线、面要素在三维景观上的 叠加算法。
18
➢Worlds within Worlds 这种方法的主要思想是保证多维信息中的一个或多 个独立的变量为常量，每个常量与从多维信息中获 取的无限薄且和常变量轴垂直的切片相对应，从而 降低多维信息的维数 。
19
3）基于动画的多维可视化技术研究
上面所述的各种方法均可用于显示具有时间信 息的动态数据序列，但是与动画技术相比，这 些方法显然具有明显的局限性。下面是两种经 典的基于动画的多维信息可视化技术。
8.1 概述
一、 可视化（visualization)概述
可视化是指利用计算机图形图象技术，将复杂的科 学现象，自然景观及一些抽象的概念图形化的过程。
可视化目的是便于人们理解现象，发现规律和传播 知识。
可视化技术通常需要模型的支持，包含交流和认知 分析，是对人脑印象构造过程的一种仿真，以支持用 户的判断和理解。
12
多维信息可视化技术的分类
1）基于2变量的多维可视化技术 2）基于多变量的显示技术 3）动画技术
1）基于2变量的多维可视化技术研究 （1）参考网格法 （2）拟合曲线法
13
（3）条带法 从视觉原理讲，一条45度或-45度方向的线 段是传达曲线线性特征的最好方法。
14
2）基于多变量的多维可视化技术研究
6
5、空间信息可视化产品类型
电子地图 多媒体地图 三维仿真图 四维时空图 交互式可视化界面
7
6、空间信息可视化的方法
传统的及新型的制图软件 空间信息系统 仿真系统 虚拟现实
8
7、空间信息可视化的发展
在GIS的发展历程中，一开始就十分重视利用计算 机技术实现空间数据的图形显示和分析，以充分直观 的表示空间数据处理分析的结果。
1997年国际地图学会成立了可视化委员会，提出将 科学计算可视化和地图可视化的连接和交流。
2
2、空间信息可视化
可视化能迅速、形象地表示空间信息，空间信 息离不开可视化。
因此，科学计算可视化之后，地学专家对可视 化在地学中的地位和作用进行了许多研究，提出 了地图可视化、地理可视化、GIS可视化、地学 多维图解、地理信息的多维可视化、虚拟地理环 境等概念。
1
1、科学计算可视化
可视化的概念首先有美国国家自然科学基金会员会 图形图象专题组在1987年提出了科学计算可视化 （visualization in scientific computing)。
科学计算可视化是研究如何将科学计算过程及计算 结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行 交互式分析。
3、空间信息可视化的特点
空间信息可视化是指利用地图学、计算机图形图象 技术，将地学信息输入、处理、查询、分析数据，采 用图形、图像，结合图表、文字、报表，以可视化形 式，实现交互处理和显示的理论、技术和方法。
所以，空间信息可视化是科学计算可视化在地学领 域中的体现。
空间信息可视化和科学计算可视化不同之处是空间 信息可视化过程更强调数字化和符号化的概念，而且 空间信息可视化描述的是地理空间内的事物，可视化 过程实际上是对地理空间信息的提取和综合。
GIS可视化的发展过程： （1）二维数据的可视化 主要研究二维图形的显示算法，如画线、符号库和符 号化、颜色设计、图形输出打印等。
9Байду номын сангаас
（2）2.5维图形的可视化 2.5维图形的可视化以地形分析为核心，研究用
二维数据表示三维数据，即将三维数据投影到二维 屏幕上，显示之。
2.5维图形可视化的实质是研究三维到二维数据的 坐标变换、隐藏线隐藏面消除、光照模型。
4
空间信息可视化特点
交互性 通过交互性，使用户进入事件的发展之中，并得 到可视化结果。
信息载体的多维性 实现空间信息的可视化需要用多媒体表达方式。
信息表达的动态性 实现空间信息的可视化可以描述空间信息的动态 变化。
5
4、空间信息可视化的应用
空间位置的表示，如表达空间物体的分布； 空间分析的可视化描述，如缓冲区 动态制图，如动态仿真图； 空间信息的可视化查询，实现对空间信息的查询； 面向实体的模型化显示，如DTM模型。
➢ 字形法 用小的图标来表示所要表达的数据，根据表 达数据的不同，改变图标的形状。常用的字 形法有星绘法（Star plots）和Chernoff面法 （Chernoff Faces）。星绘法就是从一点向外 绘制呈辐条状发散的形状，有多少维就有多 少个辐条，辐条的长度表示变量的大小，当 变量很多时，这种方法将显得无能为力 。
11
(4)多维信息可视化
多维信息是指变量形式为 F=f(x1,x2,…,xn)(n>3)的数据，每个数据含有 3个维度以上的信息。
多维信息的可视化大都是采用降维的方式来实 现。降维的过程可以是线性的，也可以是非线 性的。非线性的降维方法认为现实数据中的大 部分点集的有效维比它的空间维小，也就是说 一个高维数据中往往有些维度的信息是不明显 的。有效维通常由样品数据的显著因子决定。
(1) 漫游法 (2) 梯度可视化动画模型
20
二、虚拟现实（virtual reality)
1、 虚拟现实（VR） 虚拟现实是一门涉及众多学科的新的实用技术， 它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技 术、微电子技术于一体。在计算机技术中，它又特 别依赖于计算机图形学、人工智能、网络技术、人 机接口技术及计算机仿真技术。这些相关技术的发 展带动了虚拟现实技术的进步。
15
星绘法表示多维信息
Chernoff面法表示多维信息
16
➢ 投影法 即把多维信息投影到更小的子空间去进行绘制。比 较著名的投影法有Andrews曲线法。这种方法将每一 个多维数据通过一个周期函数映射到二维空间中的 一条曲线上，这种方法能够表示的信息维数较多。
17
➢ 平行坐标系法 所谓平行坐标系就是将多维空间的轴定义为互相 平行的垂直线。笛卡尔坐标系的一个点与平行坐 标系中的一条复合线相对应。
2.5维图形无法表示三维物体的体特征。
10
（3）真三维数据的可视化 90年代以来，三维物体的体特征的可视化研
究成了热点。
从发展看GIS可视化研究着重于技术层次上， 如数据模型、图形图象显示、图形图象的实时动 态处理等。
必须指出，为提高GIS可视化的实用性，在 GIS可视化研究中一直十分注意在地形图上显示 地物要素，研究点、线、面要素在三维景观上的 叠加算法。
18
➢Worlds within Worlds 这种方法的主要思想是保证多维信息中的一个或多 个独立的变量为常量，每个常量与从多维信息中获 取的无限薄且和常变量轴垂直的切片相对应，从而 降低多维信息的维数 。
19
3）基于动画的多维可视化技术研究
上面所述的各种方法均可用于显示具有时间信 息的动态数据序列，但是与动画技术相比，这 些方法显然具有明显的局限性。下面是两种经 典的基于动画的多维信息可视化技术。
8.1 概述
一、 可视化（visualization)概述
可视化是指利用计算机图形图象技术，将复杂的科 学现象，自然景观及一些抽象的概念图形化的过程。
可视化目的是便于人们理解现象，发现规律和传播 知识。
可视化技术通常需要模型的支持，包含交流和认知 分析，是对人脑印象构造过程的一种仿真，以支持用 户的判断和理解。
12
多维信息可视化技术的分类
1）基于2变量的多维可视化技术 2）基于多变量的显示技术 3）动画技术
1）基于2变量的多维可视化技术研究 （1）参考网格法 （2）拟合曲线法
13
（3）条带法 从视觉原理讲，一条45度或-45度方向的线 段是传达曲线线性特征的最好方法。
14
2）基于多变量的多维可视化技术研究
6
5、空间信息可视化产品类型
电子地图 多媒体地图 三维仿真图 四维时空图 交互式可视化界面
7
6、空间信息可视化的方法
传统的及新型的制图软件 空间信息系统 仿真系统 虚拟现实
8
7、空间信息可视化的发展
在GIS的发展历程中，一开始就十分重视利用计算 机技术实现空间数据的图形显示和分析，以充分直观 的表示空间数据处理分析的结果。
1997年国际地图学会成立了可视化委员会，提出将 科学计算可视化和地图可视化的连接和交流。
2
2、空间信息可视化
可视化能迅速、形象地表示空间信息，空间信 息离不开可视化。
因此，科学计算可视化之后，地学专家对可视 化在地学中的地位和作用进行了许多研究，提出 了地图可视化、地理可视化、GIS可视化、地学 多维图解、地理信息的多维可视化、虚拟地理环 境等概念。
1
1、科学计算可视化
可视化的概念首先有美国国家自然科学基金会员会 图形图象专题组在1987年提出了科学计算可视化 （visualization in scientific computing)。
科学计算可视化是研究如何将科学计算过程及计算 结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行 交互式分析。