地理空间数据可视化概论

Submerged shoreline . Narrow coast 2-3 m.msl . Irregular with many bays/inlets
Laem Krang Yai
Khao Bang Khrok
2
2
1
2
Ban Khuk Khak
1 Ban Bang Niang
2
Andaman Sea
▪ 三维可视化仅仅是三维GIS的基本功能之一，还需要三 维数据编辑、分析和可视化处理能力
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地理空间数据可视化研究前沿
❖ 《Second Life》第二人生
▪ 《Second Life》（第二人生）由美国林登实验室（Linden Lab ）开发，于2003年正式上线投入运行，是互联网上最接近真实的 一个虚幻三维世界。在《Second Life》，每个人都可能成为企业 家，地产、宝石、乐器等各种虚拟物品提供商，甚至夜总会老板 等等，《Second Life》成了一个真正的经济实体
❖GIS 的可视化
▪ 侧重于技术层次上，例如数据模型（ 空间数据模型， 时空数据模型） 的设计，二维/三维图形的显示，实时 动态处理等
▪ 目标是用图形呈现地学处理和分析的结果
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相关概念
❖ 虚拟现实
▪ 利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供 使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使 用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观 察三度空间内的事物
▪ 数据结构：栅格、矢量 ▪ 维数：二维、三维、四维
❖ 人的地理空间认知 ❖ 可视化表达模式
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地理空间数据可视化的研究内容
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主要内容
1. 可视化的定义 2.地理空间数据可视化的定义 3.地理空间数据可视化的研究内容 4.地理空间数据可视化的研究前沿
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地理空间数据可视化研究前沿
❖ 真三维GIS
心 智 图 － 蜂 的 技 能
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主要内容
1. 可视化的定义 2.地理空间数据可视化的定义 3.地理空间数据视化的研究内容 4.地理空间数据可视化的研究方向
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地学可视化
❖ 可视化对象－地学数据 ❖ 地学专题相关可视化
▪ 外层空间及其飞行器可视化 ▪ 大气圈层空间可视化 ▪ 水圈（海洋等）可视化 ▪ 生物圈（植被，森林等）可视化 ▪ 地形圈可视化 ▪ 土壤圈可视化 ▪ 岩石圈可视化（地质，地下空间） ▪ 人类圈可视化（城市，聚落，社会行为等）
▪ 与科学可视化相比，信息可视化 则侧重于抽象数据集，如非结构 化文本或者高维空间当中的点（ 这些点并不具有固有的二维或三 维几何结构）
博客世界的映射
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可视化的定义
❖ 知识
▪ 从定量到定性过程得以实现的、抽象的、逻辑的东西 ▪ 知识是需要通过信息使用归纳、演绎得方法得到 ▪ 有价值的信息沉淀并结构化后就形成了知识
▪ 美国国家基金会第一次提出（1987） ▪ 三要素：数据、渲染、人 ▪ 研究方向有
体可视化，流场（ 二维、三维矢量场，流面技术） ，可 视化的人机交互，数据建模，并行处理，实时动态处理 技术，虚拟现实技术等
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可视化的定义
❖ 信息可视化
▪ 信息＝数据＋处理
▪ 大规模非数值型信息资源的视觉 呈现，如软件系统之中众多的文 件或者一行行的程序代码，以及 利用图形图像方面的技术与方法 ，帮助人们理解和分析数据
❖ （2）空间数据可视化的所包含的内容 ❖ （3）空间数据可视化的研究前沿
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视觉、听觉、触觉等多通道空 间感知
个人感知层面
多维表示层面
1D 文 字 、 声 音 ， 2D 图 形 图 象 ， 2.5D 表 面 ， 3D 立 体，4D动画
信息选取 （数据分 析）、重 组与表示
图象 模型 属性 元数据 图形 其他
地理数据层面
数据 获取 、组织管 理与发布
机
（计算交互环境）
天
（观测系统）
第一章 地理空间数据可视化概论
主要内容
1. 可视化的定义 2.地理空间数据可视化的定义 3.地理空间数据可视化的研究内容 4.地理空间数据可视化的研究方向
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可视化的定义
❖ 可视化
▪ 是指在人脑中形成对某物（某人）的图像，是一个心 智处理过程，促进对事物的观察力及建立概念等
❖ 科学计算可视化
▪ 是通过研制计算机工具、技术和系统，把实验或数值 计算获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以直接感 受的计算机图形图像
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Khao Lak Ban Bang La On
1 = Tin placer deposites 2 = Inlets
2004年印度洋大海啸对于全球的影响的模拟
虚拟地理环境 学术人才培养
科研院所 中科院地理所
河南大学 解放军信息工程大学
中科院遥感所 香港中文大学
武汉大学
南京师范大学
中科院东北地理所 中国矿业大学 华东师范大学
❖ 知识可视化
▪ 指应用图来构建与传送复杂的洞察力与知识 ▪ 主要用于人与人之间的知识传播
❖ 知识可视化与信息可视化的区别
▪ 前者主要涉及人的认知、人的思维与洞察力、以及人 与人的知识交流等
▪ 后者主要关于如何通过对于大规模数据的可视化分析 ,获取新的关系或模式知识
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可视化的定义
❖ 知识可视化相关的概念 ▪ 心智图、思维导图、概念图……
史中超、刘学军
虚拟地理环境
刘先林
地理景观虚拟技术
杨永国、吴立新
区域规划与虚拟地理环境
过仲阳
虚拟地理环境
陈崇成
多源数据可视化与虚拟地理环境
陈戈
虚拟地理环境
全国10多个科研院所招收虚拟地理环境 方向博士硕士研究生，并开设虚拟地理环境 相关课程
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思考题
❖ （1）空间数据可视化的内涵，与科学可视化的区 别与关联
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地学可视化
风 暴 形 成 模 拟
虚拟的灌浆期玉米群体
人
地
群
质
可
体
视
可
化
视
化
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地图可视化
❖ 地图可视化
▪ 将数据或者数据分析的结果形象化地表现在地图上， 帮助使用者理解数据的规律和趋势
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地理空间数据可视化
❖ 地理空间数据可视化
▪ 数字时代的地图学（高俊. 地理空间数据的可视化[J]. 测绘工程, 2000, 9（3）: 1-7.）
福建空间信息工程中心 青岛中国海洋大学
导师
研究方向
孙九林, 刘 闯
虚拟地理环境
孙九林
虚拟地理环境
高 俊、游 雄
地学信息模型与虚拟地理环境
龚建华、林珲
虚拟地理环境
林珲
虚拟地理环境
朱庆、林珲、孙九林、李霖 GIS 与虚拟地理环境、虚拟地理景观数字 城市、虚拟地理环境、地学环境虚拟现实
闾国年、盛业华、孙九林、
解读现代人精神与物 质需求的重要窗口
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地理空间数据可视化研究前沿－虚拟地理环境
虚拟哲学与社会学
虚拟哲学 与美学
游戏、 教育学 社会学
虚 拟 现 实 技
虚拟现实
地理学/生态学
地
地图学/医学地理学/虚拟地理学 理
人工智能
虚拟地理环境 实验地理学/实验遥感
科 学
术
仿真（军事仿真）
“3S”技术
/地理信息科学
▪ 狭义的虚拟地理环境是一种传统意义上的软件信息系 统，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
▪ 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
网络技术
心理学 /地球空间信息科学
（空间认知）
认知心理学 20
地理模型
地理模型分类体系（草案）(据南京师范大学VGE重点实验室
)
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环境化学元素时空变化模拟
土壤侵蚀过程模拟
水积过程模拟
风暴移动预测与模拟
气象、气流、风场模拟
虚拟地理环境定义
❖ 虚拟地理环境（VGE）－（龚建华、林晖）
▪ 是以化身人、化身人群、化身人类为主体的一个虚拟 共享空间与环境，它既可以是现实地理环境的表达、 模拟、延伸与超越，也可以仅是指赛博空间中存在的 一个虚拟社会世界
虚拟之“地” （虚拟地理环境）
地面观测与实证调查
实体之“地”
（地理环境）
人
（地理智识与意象）
基于天地人机关系的虚拟地理环境研究实验平台
多用户协同环境建模
数字规划 福建省空间信息工程研究中心
福建漳浦县某林区 对应的马尾松林
林区中的林火蔓延场景
用于矿山开采的虚拟环境
Animation of Crustal* Movement for a Year
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中科院遥感所
“非典”疾病传播与控制模拟
地理空间数据可视化研究前沿
❖ 虚拟地理环境原型
Google Earth: 数字地球
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虚拟地理环境系统结构
计 算 机 网 络 层 面
SD ProC urv
8000 HPJ4110A
语言、手势、草图等自然交互
多用户协同工作的社会层面
知识发现 、模拟、 预测与规 划决策
(Exaggerated by 400,000 times) *: Ground Surface
地理现象与过程
地理现象与过程
海啸
地理现象与过程
IKONOS Perspective Image of Phangnga Coastal
Laem Krang Yai – Ban Bang La On : IKONOS_29 Dec 2004
▪ 概念意在强调地上下室内外三维空间实体的集成表示 ，既有自然的地形地貌和地表的各种人工建筑物，还 有地下的地质结构和各种工程设施与建筑 物，突出整 个三维实体空间一体化的高精度建模和准确度量分析 。三维意味着多维，真三维GIS技术框架自然包含了传 统2维和2.5维的GIS技术内涵，并能根据需要提供恰当 的多维表示
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相关概念
❖ 计算机模拟与仿真
▪ 建立研究对象的数学模型或描述模型并在计算机上加 以体现和试验
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主要内容
1. 可视化的定义 2.地理空间数据可视化的定义 3.地理空间数据可视化的研究内容 4.地理空间数据可视化的研究方向
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地理空间数据可视化的研究内容
❖ 研究目的为将空间数据以可视化形式进行表达 ❖ 空间数据