空间数据的可视化及制图
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(1) 漫游法 (2) 梯度可视化动画模型
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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。
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。
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。
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。
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。
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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。
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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。
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2）基于多变量的多维可视化技术研究
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 。
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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。
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。
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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。
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(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。
➢ 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 。
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。
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（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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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。
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星绘法表示多维信息
Chernoff面法表示多维信息
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➢ 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。
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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
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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
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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。
2.5维图形无法表示三维物体的体特征。
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（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。
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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。
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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
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（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。
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2）基于多变量的多维可视化技术研究
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 。
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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。
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。
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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。
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(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。
➢ 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 。
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。
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（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。
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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。
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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。
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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。