空间信息可视化与三维建模

三维建模动态地图技术及常用三维建

模软件介绍

一、三维建模动态地图技术

“可视化”一词来源于1986年美国自然科学基金会所召开的一个会议上，会议中对“可视化”一词的定义是：“可视化是一种计算方法,它将符号转化成几何图形,便于研究人员观察其模拟和计算……,可视化包括了图像理解与图像综合,这就是说,可视化是一个工具,用来解译输入到计算机中的图像数据和从复杂的多维数据中生成图像,它主要研究人和计算机怎样协调一致地感受、使用和传输视觉信息。”

随着可视化技术的不断发展，它越来越多的被应用于与地球科学相关的领域内，特别是在地图学方面的应用，成为越来越引人关注的问题。

地图可视化就是将地理数据转换成可视的图形,它可以是常规的2维地图或地理数据库的用户界面,也可以是关于环境的动态的或是3维的模型。对地图学来说,可视化技术已远远超出了传统的符号化及视觉变量表示法的水平,进入了在动态、时空变换、多维可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段,它的重点是要将那些通常难于设想和接近的环境与事物,以动态直观的方式表现出来，本文将重点介绍空间信息可视化在动态地图方面的应用。

传统上,纸一直是地图信息的主要载体。传统纸质地图集数据存储与数据显示于一身,限制了对许多事物和现象的直观表示。现代电子地图可视化建立在现代数字技术基础上,实现了数据存储与数据表示的分离，在计算机技术支持下，显示出其独特的优越性。与传统地图相比,对地理现象可视化表达在内容和形式上都有扩展。过去纸质地图只能展现地理现象的状态性信息,而电子地图还可以跟踪描述过程性信息,即动态特征。

那么与传统地图相比，现代动态地图有哪些特点呢？下面我们就来看看。

第一，动态地图具有直观性。电子地图可视化的最重要表现就是其具有直观、形象的特征。它是通过生动、直观、形象的图形、图像、影像、声音等,把各种信息展示给读者。

第二，动态地图具有交互探究性。在宏大的数据中,交互探究有利于视觉思维。在探究分析的过程中,数据可以灵活地被检索,地图与其他图形可以交互地被改变。利用虚拟现实技术可以进行视觉、听觉甚至触觉的交互探究。通过这种不断变化着的交互探究,发现潜在的模式和数据异常。可视化不应视为科学分析过程的终结,而是探究过程本身。

第三，动态地图具有动态性。纸质地图只是空间信息在运动过程中时间轴上的一个快照,是连续变化着的实在的瞬时记录。实际情况是,物体运动的,因而空间信息是动态变化的。时间维的引入,同时伴随计算机技术的发展,使空间信息的动态表示成为可能。

第四，动态地图具有集成性。多媒体技术与可视化的结合,彻底改变了传统地图信息只能借助于文本、图形和表格来表示和传输空间信息的方式。它集文本、图形、图像、声音、动画、视频等多媒体技术于一体,从而以多形式、多视角、

多层次综合表现空间环境信息,极大地丰富了地图可视化的内容,促进了计算机制图可视化的发展。

第五，动态地图具有多维性。这里指的是信息载体的多维性。人类对客观环境信息的获取主要来自于视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉五种感觉,因此,必须借助于多种媒体形式才能完整、合理地表达和传输空间信息。多媒体技术的发展,使我们不再局限于用表格、图形和文本,而拓展到图像、声音、动画、视频图像、三维仿真乃至虚拟现实,来表达纷繁复杂的客观世界。

上面对动态地图的主要特点进行介绍之后，我们就来讲一下动态地图到底是如何表达出来的。传统的地图符号设计原则是基于Bertin视觉参量体系建立起来的,依据符号的7个视觉参量——大小、色相、方位、形状、位置、纹理及密度来设计描述地理实体不同方面的性质特征。。但是,为了表达动态特征,这一体系是有局限的,或者说它只能描述实体运行过程中的一个快照或一个断面,这就需要对地图符号的参量进行扩展,引入动态特征描述,动态地图符号规定了4个新的描述参量:发生时长、变化速率、变化次序、节奏。动态地图可以表示空间地理实体的运动状态和特点,同时可采用各种方法及其方法组合。

第一，利用传统的地图符号和颜色等表示方法。采用传统的视觉变量组成动态符号,结合定位图表、分区统计图表法以及动线法来表示。

第二，采用定义动态视觉变量的动态符号来表示。动态视觉变量的动态参数变化长、速率、次序及节奏等,可设计相应一组动态符号,在一幅地图上反映运动中物体的质量、数量、空间和时间变化特征。

第三，采用连续快照方法制作多幅或一组地图。这是采用一系列状态连续的地图来表现空间信息时空变化。当适当地在空间差异中内插了足够多的快照,使状态差异由突变改为渐变时,则称为地图动画。

随着网络技术和计算机技术的成熟，动态地图越来越广泛的应用于人们的生活中。动态地图的主要特征是逼真而又形象地表现出空间信息时空变化的状态、特点和过程,也即是运动中的特点，所以,动态地图主要在下列几个方面得到应用。

第一，动态模拟。使重要事物变迁过程再现,如地壳演变、冰川的形成、人口增长与变化等。

第二，运动模拟。对于运动的地理实体(如人、车、船、机、星、弹等),进行运动状态以及环境的测定和调整。

第三，实时跟踪。在运动的物体上安装全球定位系统,能显示运动物体的运动轨迹,使空中管制、交通监控和疏导、战役和战术的合围等具有可靠的时空信息保证。

虽然动态地图在人们的生活中已经有广泛的应用，但是这一技术还不是完全的成熟，仍带有许多缺陷。常规的地图,是实体世界向概念世界转换和在概念世界之间转换时的空间综合,因此要依靠2个模型——数字景观模型和制图模型。但在表示运动变化特征的动态地图里,则还有一个时间模型的问题。同样是在实体世界和概念世界进行变换时，时间比例尺和时间分辨率变化是2个主要的度量尺度。时间比例尺描述实际变化的时间长度与符号显示的发生时长的比例关系,在几秒钟内再现上百万年的地质构造的演变过程需要很小的时间比例尺,实时跟踪汽车行驶的动态电子地图其时间比例尺为1∶1。时间比例尺有值大于1的情形,如在10 s内显示2 s完成的爆炸在区域上的波及范围,时间比例尺为5∶1。时间分辨率是刻画时间变化详略程序的参量,是可以划分的最小时间长度单位。动态地图的问题主要包括:时间分辨率的重新划分以表现运动变化的详细过程或粗