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摘要：随着社会的发展与进步，重视基于GIS技术的虚拟现实技术运用对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍基于GIS技术的虚拟现实技术运用的有关内容。
关键词 ：虚拟现实技术；GIS技术；运用；
中图分类号：TN915.5 文献标识码：A 文章编号：
引言
虚拟现实技术就是VR 技术, 它是利用人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒體技术、网络技术、电子技术、机械技术、视听技术等高新技术, 模拟人在特定环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术. 其基本原理是: 以虚拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界, 在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中, 使参与者可以直接参与和探索虚拟对象在所处的环境中的作用和变化, 仿佛置身于一个虚拟的世界中, 产生沉浸感。
一、目前的研究动态
三维GIS 技术, 在国外作为GIS 的一个重要发展方向, 从八十年代末以来, 一直就是研究热点, 其研究范围涉及数据库, 地理信息系统, 计算机图形学, 虚拟现实技术等多门学科的领域. 加拿大NewBrunswick 大学的Kavouras Masry 于1987 年最早开发了用于矿产资源评估和开采的三维原型系统, 这个系统集成了光栅和矢量模型, 具有简单的空间分析能力, 如最近点分析等. 伦敦Inperail 学院的Bak 和Mill 于1989 年开发了三维地理信息系统, 这个原型系统虽然存在许多的不足, 但在空间分析能力上取得了大的进步. 1994 年, 德国的Bonn 大学的Breuning Bode 开发了三维地理信息系统原型系统,他们的研究集中在将几何操作嵌入到面向对象数据库管理系统中. 通过采用矢量模型, 他们解决了许多的空间查询问题, 如相交和相并等. 以上这些早期的三维地理信息系统原型系统, 虽然在技术上取得了很多的成果, 但都没有投入实际使用. 美国国家地理信息和分析中心已开发出一种基于域的三维地理信息系统, 对基于域的三维空间操作进行了比较全面的分析和实现, 具有很好的应用前景. 一些商用GIS系统中, 也加入了三维GIS 模块, 如ARC/ INFO 的IMAGINE VirtualGIS 模块, 能在实时三维环境中, 提供GIS 分析和实时三维飞行方式的访问和漫游. 但这些三维GIS 系统主要集中于三维表面的地形的分析, 仅就数据在三维环境中进行显示. 而在空间查询方面的功能比较简单, 还不是真正的三维GIS 系统.许多其它的模拟实验系统, 多为某些具体的应用对象建立三维GIS 系统, 其研究集中于三维可视化和虚拟现实功能方面, 以及与计算机网络的结合上. 在学术研究上, 三维GIS 技术也逐步成为研究热点.1989 年, 英国的Raper 教授率先总结了当时召开的几个国际学术会议中心关于三维GIS 方面的文章,汇集了在此之前的关于三维GIS 方面的研究成果.同年,Tuener 教授在北大西洋公约组织的支持下主持召开了第一个专门的三维地理信息系统会议, 邀请了全世界许多相关学科的著名专家, 共同为三维GIS 的研究重点. 今后的发展方向和如何与实际应用相结合等指明了道路. 此次会议的召开标志着三维GIS 研究开始全面展开.
二、地球科学领域的三维问题以及模型的建立
三维地质模型: 涉及的专业范围很多, 其中主要有岩石、构造、物探、测量、数学地质、矿产普查、水文地质、工程地质及环境地质、钻探、采矿等, 且不同的专业一般需要不同的三维地质模型;
三维地震解释: 是用于地质勘探中的一种非常重要的方法, 也是除钻孔外, 能获取三维地质模型的另一项重要技术;基于图象的虚拟现实系统即以现实城市的图象( 摄像, 影象) 为基础的虚拟城市建设下图是QuickTime VR 显示的基于多张摄影照片的, 位于中文大学图书馆, 百万大道的实景虚拟现实.
三、地学三维可视化与虚拟环境
地学三维可视化与地学虚拟环境有着密切的关联. 从技术层面上, 两者都要把多维地学数据空间转换映射成三维图形空间, 用于地学三维可视化的许多技术和方法直接可用于地学虚拟环境的设计和开发;从系统目标层面上, 地学可视化是针对大量( 海量) 的多维复杂地学数据, 通过计算机图形图像表达, 经过人的视觉大脑系统的快速处理, 在反复动态交互中, 增强对数据的洞察力, 从而从数据抽象出新的关系和特征, 即获取新的地学知识. 而地学虚拟环境, 是应用多维地学数据建立一个三维虚拟地理空间, 而地学研究人员可以通过多感知或者化身(Avatar, 用户在虚拟世界身份的图形表达) 进入到该虚拟空间, 并可在该虚拟空间中行走, 观察地学现象的分布或地学过程的演化, 这时人在虚拟空间中的体验对地学研究极其重要;
从技术层面上, 地学可视化一般没有考虑双眼立体视觉, 也并不要求与三维图形的实时交互, 但投入式地学虚拟环境, 双眼立体视觉的应用是必须的( 只有如此, 人才能真切地感知三维虚拟空间) , 并且要求实时的交互能力, 即每秒钟内必须产生至少15帧以上的供左、右眼观察的一对三维立体图; 而对于分布式地学虚拟环境, 虽然目前没有应用双眼立体视觉, 但它是应用表达用户身份的三维化身, 增强人对虚拟空间的投入感, 并且也要求实时的交互能力;从认识和实践主体层面上, 地学可视化是属于“外观察”方式, 并仅用视觉观察方式.
四、3D-GIS 的开发语言的介绍
目前来讲较成熟的开发3D-GIS 系统的语言有很多种。
1) 微软公司Visual C++ 环境下的OpenGL基于维软公司的Windows 系统的地位而言,OpenGL 的3D 开发应用的范围和领域非常广泛,OpenGL 是运行在vc 环境下的开发语言, 它完全支持虚拟现实技术, 在三维模型的创建和可视化方面有着自身很多的优势, 它集成了庞大的三维函数体系, 对于虚拟环境的模拟也是非常之强大. 在国内外很多的3D-GIS 系统都是基于这种语言开发的, 例如上面提到的Geo3Dvision, 国内很多的软件系统也是,如测绘院下的四维公司开发的虚拟三维旅游系统.
2) IDL( 交互式开发语言)IDL 是美国RS 开发公司的技术产品, 2004 年前, 在国内的唯一代理是适普公司北京分公司, 市场价格是6 万美金左右, 公司负责培训. IDL 即交互式数据开发语言, 是一种基于com 技术的语言结构, 它的强大之处就在于它的无与伦比的科学数据的分析能力上.在IDL 集成开发环境下, 那些具体的函数都被封装起来, 用户需要去调用这些函数就可以了. 在一定的程度上而言, com 技术也是目前开发技术的潮流. IDL 的组件( com) 技术, 为开发者节省了大量的开发时间和开发精力. 在这方面,适普公司有很多成熟的产品, 如ImageGIS 等, 部分产品已经占领国外市场.
3) 其他语言
还有很多语言应用于三维地理信息系统的开发, 如VRML( 虚拟现实构造语言) , java3D, Direct3D等等。
结束语
随着计算机技术的进步与发展, GIS 将由各自分开独立的系统走向兼容与集成; 从二维走向三维和四维, 从单机走向网络, 并最终走向社会和家庭.
参考文献
[1]周克平, 胡庆夕, 方明伦. 虚拟现实技术及其城市漫游系统. 上海大学CIMS 中心.2005.
[2]肖朝晖. 虚拟现实技术实现三峡数字游. 重庆工学院, 计算机科学与工程学院. 2003,
[3]李军, 景宁, 孙茂印. 三维地理信息系统研究进展. 国防科技大学电子工程学院. 1999
[4]李勇, 郝向阳, 西勤. 三维地理信息系统相关技术研究. 信息工程大学测绘学院研究生培训中心. 2001.
关键词 ：虚拟现实技术；GIS技术；运用；
中图分类号：TN915.5 文献标识码：A 文章编号：
引言
虚拟现实技术就是VR 技术, 它是利用人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒體技术、网络技术、电子技术、机械技术、视听技术等高新技术, 模拟人在特定环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术. 其基本原理是: 以虚拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界, 在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中, 使参与者可以直接参与和探索虚拟对象在所处的环境中的作用和变化, 仿佛置身于一个虚拟的世界中, 产生沉浸感。
一、目前的研究动态
三维GIS 技术, 在国外作为GIS 的一个重要发展方向, 从八十年代末以来, 一直就是研究热点, 其研究范围涉及数据库, 地理信息系统, 计算机图形学, 虚拟现实技术等多门学科的领域. 加拿大NewBrunswick 大学的Kavouras Masry 于1987 年最早开发了用于矿产资源评估和开采的三维原型系统, 这个系统集成了光栅和矢量模型, 具有简单的空间分析能力, 如最近点分析等. 伦敦Inperail 学院的Bak 和Mill 于1989 年开发了三维地理信息系统, 这个原型系统虽然存在许多的不足, 但在空间分析能力上取得了大的进步. 1994 年, 德国的Bonn 大学的Breuning Bode 开发了三维地理信息系统原型系统,他们的研究集中在将几何操作嵌入到面向对象数据库管理系统中. 通过采用矢量模型, 他们解决了许多的空间查询问题, 如相交和相并等. 以上这些早期的三维地理信息系统原型系统, 虽然在技术上取得了很多的成果, 但都没有投入实际使用. 美国国家地理信息和分析中心已开发出一种基于域的三维地理信息系统, 对基于域的三维空间操作进行了比较全面的分析和实现, 具有很好的应用前景. 一些商用GIS系统中, 也加入了三维GIS 模块, 如ARC/ INFO 的IMAGINE VirtualGIS 模块, 能在实时三维环境中, 提供GIS 分析和实时三维飞行方式的访问和漫游. 但这些三维GIS 系统主要集中于三维表面的地形的分析, 仅就数据在三维环境中进行显示. 而在空间查询方面的功能比较简单, 还不是真正的三维GIS 系统.许多其它的模拟实验系统, 多为某些具体的应用对象建立三维GIS 系统, 其研究集中于三维可视化和虚拟现实功能方面, 以及与计算机网络的结合上. 在学术研究上, 三维GIS 技术也逐步成为研究热点.1989 年, 英国的Raper 教授率先总结了当时召开的几个国际学术会议中心关于三维GIS 方面的文章,汇集了在此之前的关于三维GIS 方面的研究成果.同年,Tuener 教授在北大西洋公约组织的支持下主持召开了第一个专门的三维地理信息系统会议, 邀请了全世界许多相关学科的著名专家, 共同为三维GIS 的研究重点. 今后的发展方向和如何与实际应用相结合等指明了道路. 此次会议的召开标志着三维GIS 研究开始全面展开.
二、地球科学领域的三维问题以及模型的建立
三维地质模型: 涉及的专业范围很多, 其中主要有岩石、构造、物探、测量、数学地质、矿产普查、水文地质、工程地质及环境地质、钻探、采矿等, 且不同的专业一般需要不同的三维地质模型;
三维地震解释: 是用于地质勘探中的一种非常重要的方法, 也是除钻孔外, 能获取三维地质模型的另一项重要技术;基于图象的虚拟现实系统即以现实城市的图象( 摄像, 影象) 为基础的虚拟城市建设下图是QuickTime VR 显示的基于多张摄影照片的, 位于中文大学图书馆, 百万大道的实景虚拟现实.
三、地学三维可视化与虚拟环境
地学三维可视化与地学虚拟环境有着密切的关联. 从技术层面上, 两者都要把多维地学数据空间转换映射成三维图形空间, 用于地学三维可视化的许多技术和方法直接可用于地学虚拟环境的设计和开发;从系统目标层面上, 地学可视化是针对大量( 海量) 的多维复杂地学数据, 通过计算机图形图像表达, 经过人的视觉大脑系统的快速处理, 在反复动态交互中, 增强对数据的洞察力, 从而从数据抽象出新的关系和特征, 即获取新的地学知识. 而地学虚拟环境, 是应用多维地学数据建立一个三维虚拟地理空间, 而地学研究人员可以通过多感知或者化身(Avatar, 用户在虚拟世界身份的图形表达) 进入到该虚拟空间, 并可在该虚拟空间中行走, 观察地学现象的分布或地学过程的演化, 这时人在虚拟空间中的体验对地学研究极其重要;
从技术层面上, 地学可视化一般没有考虑双眼立体视觉, 也并不要求与三维图形的实时交互, 但投入式地学虚拟环境, 双眼立体视觉的应用是必须的( 只有如此, 人才能真切地感知三维虚拟空间) , 并且要求实时的交互能力, 即每秒钟内必须产生至少15帧以上的供左、右眼观察的一对三维立体图; 而对于分布式地学虚拟环境, 虽然目前没有应用双眼立体视觉, 但它是应用表达用户身份的三维化身, 增强人对虚拟空间的投入感, 并且也要求实时的交互能力;从认识和实践主体层面上, 地学可视化是属于“外观察”方式, 并仅用视觉观察方式.
四、3D-GIS 的开发语言的介绍
目前来讲较成熟的开发3D-GIS 系统的语言有很多种。
1) 微软公司Visual C++ 环境下的OpenGL基于维软公司的Windows 系统的地位而言,OpenGL 的3D 开发应用的范围和领域非常广泛,OpenGL 是运行在vc 环境下的开发语言, 它完全支持虚拟现实技术, 在三维模型的创建和可视化方面有着自身很多的优势, 它集成了庞大的三维函数体系, 对于虚拟环境的模拟也是非常之强大. 在国内外很多的3D-GIS 系统都是基于这种语言开发的, 例如上面提到的Geo3Dvision, 国内很多的软件系统也是,如测绘院下的四维公司开发的虚拟三维旅游系统.
2) IDL( 交互式开发语言)IDL 是美国RS 开发公司的技术产品, 2004 年前, 在国内的唯一代理是适普公司北京分公司, 市场价格是6 万美金左右, 公司负责培训. IDL 即交互式数据开发语言, 是一种基于com 技术的语言结构, 它的强大之处就在于它的无与伦比的科学数据的分析能力上.在IDL 集成开发环境下, 那些具体的函数都被封装起来, 用户需要去调用这些函数就可以了. 在一定的程度上而言, com 技术也是目前开发技术的潮流. IDL 的组件( com) 技术, 为开发者节省了大量的开发时间和开发精力. 在这方面,适普公司有很多成熟的产品, 如ImageGIS 等, 部分产品已经占领国外市场.
3) 其他语言
还有很多语言应用于三维地理信息系统的开发, 如VRML( 虚拟现实构造语言) , java3D, Direct3D等等。
结束语
随着计算机技术的进步与发展, GIS 将由各自分开独立的系统走向兼容与集成; 从二维走向三维和四维, 从单机走向网络, 并最终走向社会和家庭.
参考文献
[1]周克平, 胡庆夕, 方明伦. 虚拟现实技术及其城市漫游系统. 上海大学CIMS 中心.2005.
[2]肖朝晖. 虚拟现实技术实现三峡数字游. 重庆工学院, 计算机科学与工程学院. 2003,
[3]李军, 景宁, 孙茂印. 三维地理信息系统研究进展. 国防科技大学电子工程学院. 1999
[4]李勇, 郝向阳, 西勤. 三维地理信息系统相关技术研究. 信息工程大学测绘学院研究生培训中心. 2001.