空间信息可视化综述

Web空间信息可视化技术与方法综述摘要：信息可视化是可视化研究领域的一个分支，是以可视的形式展示信息并提供交互机制，以促进信息认知和理解为目标的理论、方法和技术。信息可视化被广泛应用于商业、科研、生

活等各个领域，其不仅被学术界广泛研究，还被工业界应用到商务数据分析、数据挖掘、知识

管理等多个领域，相关的研究论文、应用系统层出不穷。随着网络技术、信息组织、信息处理

技术的进步，信息可视化过程中的数据表示、可视化表征以及交互机制都可以在Web环境下

进行。

关键字：空间可视化；Web；发展现状

0 引言

在互联网环境下，Web成为用户接触最多的应用平台，各领域的应用都以Web的形式提供给用户使用，Web 因其共享性、易用性成为进行系统开发决策的重要内容。而在Web 环境下催生出的技术如Ajax、SVG、Applet、Web Services以及各种Web 开发框架的不断出现，为基于Web的系统开发提供了强有力的技术和平台支撑。因此信息可视化应用系统，作为信息可视化理论的承载媒介，需要也有必要将其实施于Web环境下，供更多的用户使用。

1 空间信息可视化概述

1.1 定义

首先可视化是在计算机图形学中定义的，它是指用于创建图形、图像或动画，以便交流

沟通讯息的任何技术和方法；其次信息可视化是指研究大规模非数值型信息资源的视觉呈现；继而空间信息可视化是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观及一些抽象概念图形化的过程。

1.2 分类

按可视化数据类型分，可以将信息可视化技术分为：一维、二维、三维、多维、层次、网状、时序、文本、算法和软件可视化技术。其中一维、二维和三维是多维的特例，时序数据为一维的特例。而层次类型为网状类型的特例，文本类型则对应普通文本或超文本，算法和软件数据类型主要对应与算法流程及软件源代码的可视化。

按照可视化展示方法可以分为：网络展示、层次展示、表格、时间图、图解、地图、图标。其中网络展示是指展示具有实体节点以及实体间联系的可视化结构；层次展示则为展示层次型数据；表格展示方法则将可视化视图以表格的方式进行组织；时间图是将可视化视图元素按照时间轴的顺序排列；图解常常采用不规则绘制的方式对信息的内涵和结构进行自由的展示，在结构上灵活度较高；地图是将视图元素映射到地图空间或物理坐标空间中；图标是以某种图标的形式代表某种数据内容。

从用户交互的角度出发可以将可视化技术分为：交互操作、视图变换。其中交互操作是指用户通过对视图、可视化结构以及原始数据进行重新设定，与可视化流程进行交互，改变可视化结果。交互操作可以分为三类：对图形属性的操作、对数据集合的操作以及对数据值的操作；而视图变换则涉及到四类技术：视角控制、位置选取、视图缩放、视图扭曲。

2 国外研究进展

在信息可视化应用中，必须涉及到采用何种架构方法，为用户提供服务，按照分层视角，

可以将信息可视化分为单层架构和多层架构。其中单层架构是指信息可视化系统是单机版的，只能在用户个人计算机上运行，可视化过程中采用的数据、处理逻辑、可视化算法和可视化视图都集成在单一的软件内。而多层架构则包含两层的C/S模式及多层客户机服务器模式，其中C/S 模式的架构将信息可视化过程及相关功能组件相隔离，分别负责不同的可视化功能，此时客户端往往作为信息可视化视图展示和交互的界面，当客户端为浏览器时，便成为B/S 模式(浏览器/服务器模式)。而Web 环境下的信息可视化是信息可视化在B/S 模式下的实现，与之相关的模型都是建立在B/S 模式下的。

2.1 网格和Web 服务

随着分布式系统开发从理论到应用的发展，网格、Web服务等技术的出现，在构建Web 应用时，可以利用网格和Web服务提高数据运算能力和功能分布灵活度。因此在某些可视化领域，尤其是科学可视化领域(因为科学可视化对运算量的要求较高)，开始出现了基于Web 的分布式可视化模型。

在Web可视化领域，对可视化Web 服务研究相对较多的为地理信息可视化(GSI) Web 服务和科学可视化Web服务。其中前者往往基于商用的GIS Web 服务如Google地图及Google Earth 服务，而GSI 领域中的开放地理信息系统联合会(Open GIS Consortium ，OGC )定义的数据模型和在线服务(online Serviees) 也被广泛应用。

2.2 新型的Web 信息可视化方法的开发

在Web信息可视化时，往往采用一定的可视化方法，这里提到的方法为可视化展示技术，即采用何种展示算法进行展示，并不涉及具体采用何种编程语言或工具包实现。在基于Web的信息进行可视化时，往往利用己有的可视化方法，但也由针对Web特定的信息进行

可视化的。Seifert等就专门研究了标签云的可视化，提出了一系列的算法，保证标签云的可用性和美观度。Oka 等则提出了基于Web的学术语义网的可视化方法，通过进行实体和关系映射与可视化，展示学术语义网的特征模式。

2.3 众多Web可视化实现技术的出现

任何可视化方法最终一定通过某种技术进行实现，以使计算机可以将信息的可视化结果展示在屏幕上。早期可视化的实现往往封装在Applet、普通图像文件或VRM L中，因为其可以在浏览器端展示。而随着Web技术的发展和Web的演进，在Web2. 0 时代，实现可视化方法的技术变得异常丰富起来，可选择性由Applet发展为Flash、Silverlight等，而VRML则发展到X3D、VML，而二维可视化的实现则发展为SVG 。这些技术为可视化在Web环境下的应用创造了条件，将这些技术从可视化对象维度上分类，可以分为：二维和三维可视化技术。

在二维可视化中，采用的技术为基于图像的可视化方法，在技术实现上，采用图像文件(SVG、JPG、PNG、GIF 等)。交互特性的二维可视化，则需要采用其它的技术手段如(Applet、Flash 等)。Google发布了基于二维信息可视化的Web服务Google Chart，通过在U RL 内添加可视化数据，就会返回PNG格式的可视化图像，该方式在二维可视化中简单、易用，简单的调用形式更易于可视化的普及。但Google 隐藏了其工作原理的细节，这也限制了该服务中对可视化图像的可操控性，因为无法对返回的PNG 格式的图表进行进一步的处理。

进行三维可视化时，往往要采取特定的技术方法，如采用VRM语言，SVG矢量语言、Java3D 和X3D ，以及具有三维可视化功能的浏览器插件，就可以对可视化对象进行三维展示。在Web环境下，许多研究者对可视化对象进行了三维展示。Gouqing Zhou 就采用VRML技术，并利用JSP/Servelte 对进行了3D 数字城市的展示；而Vincezo Dle Fatto 则