空間信息可視化綜述

■陳燕 陳雪榮

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院陜西西安710054）

空間信息可視化綜述

■陳燕 陳雪榮

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院陜西西安710054）

本文概述了空間信息可視化的特征、形式及其基本過程，分析了信息可視化當(dāng)前存在的一些問題，最后討論了空間信息可視化在未來有待研究的問題。

空間信息可視化 表現(xiàn)形式 基本過程

空間信息可視化是指利用地圖學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將地學(xué)信息的相關(guān)數(shù)據(jù)及結(jié)果用圖形、圖像，并結(jié)合圖表、文字等可視化形式顯示出來并進(jìn)行交互處理的技術(shù)方法。完整的空間信息可視化概念要包括科學(xué)計算可視化、數(shù)據(jù)可視化以及信息可視化3個方面。科學(xué)計算可視化是指空間數(shù)據(jù)場的可視化,人們需要在計算過程、數(shù)據(jù)處理過程中了解數(shù)據(jù)的變化,然后一些可視化手段來檢查、分析處理結(jié)果數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是運用計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù),將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像，然后在屏幕上顯示出來,并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)一步提出了信息可視化的要求,為了使發(fā)現(xiàn)知識的過程和結(jié)果易于理解和在發(fā)現(xiàn)知識過程中進(jìn)行人機(jī)交互,需要進(jìn)一步發(fā)展空間信息的可視化方法。

1 空間信息可視化的形式

在計算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)出現(xiàn)時，空間信息就可用文本、圖形、圖像等形式來表示，這是空間信息可視化較為簡單而常用的形式。隨著地圖動畫技術(shù)、三維技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，空間信息可視化進(jìn)入了一個嶄新的時期，可視化的形式主要有下列5種：地圖：空間信息可視化的最主要的形式，包括紙質(zhì)地圖和數(shù)字地圖；多媒體信息：使用文本、圖形、圖像、聲音、錄像、音頻、視頻等形式，綜合形象地表現(xiàn)空間信息；動態(tài)地圖：借助地圖動畫技術(shù)，可以直觀而真實的處于地理空間環(huán)境中，并與之交互作用。動態(tài)地圖的表示方法如下：利用傳統(tǒng)的地圖符號和顏色表示；采用定義動態(tài)視覺變量的動態(tài)符號來表示；采用連續(xù)、快照方法制作多幅或一組地圖。

2 空間信息可視化的基本過程

一般科學(xué)計算可視化包括模擬、預(yù)處理、映射、繪圖、解釋等5個過程,可以支持后處理、跟蹤處理、駕馭處理等方面的應(yīng)用。根據(jù)空間特點與實際應(yīng)用需要,空間信息可視化完整的過程應(yīng)包括數(shù)據(jù)組織與調(diào)度、靜態(tài)可視化、過程模擬、探索性分析等4個過程。其中,數(shù)據(jù)組織與調(diào)度主要適合于解決海量空間數(shù)據(jù)的簡化模式、快速調(diào)度;靜態(tài)可視化主要解決運用符號系統(tǒng)反映空間數(shù)據(jù)的數(shù)量特征、質(zhì)量特征和關(guān)系特征;過程模擬是對空間數(shù)據(jù)處理、維護(hù)、分析使用過程提供可視化引導(dǎo)、跟蹤、監(jiān)控手段;探索性分析則是通過交互式建模分析可視化、多維分析可視化為空間知識提供可視化技術(shù)支撐.

3 空間信息可視化技術(shù)存在和待研究的問題

近年來，空間信息可視化在電子地圖與動態(tài)地圖表達(dá)、虛擬環(huán)境表現(xiàn)、知識發(fā)現(xiàn)與挖掘等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。但隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)用的普及與深化,仍存在許多問題需要進(jìn)一步研究,主要包括以下4個方面：

（1）時空數(shù)據(jù)模型的研究。當(dāng)前許多專家提出了空間-時間立方體模型、序列快照模型、空間-時間組合體模型,但這些模型在時空語義和邏輯建模、模型的形式化描述方面還有不足。盡管商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫相繼實現(xiàn)了對空間數(shù)據(jù)的管理，但是,關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要用于空間數(shù)據(jù)檢索,它對不同尺度空間數(shù)據(jù)缺乏有效銜接切換機(jī)制,對時態(tài)數(shù)據(jù)描述與管理支持不夠。規(guī)范化的時空數(shù)據(jù)模型可以全面描述圖形、圖像、DEM、屬性等不同類型的多維海量空間信息,實現(xiàn)對多類型、多尺度、多時態(tài)海量空間信息進(jìn)行統(tǒng)一組織、存儲、更新維護(hù)、連續(xù)快速調(diào)度等。

（2）目前信息可視化技術(shù)主要用于展示、生產(chǎn)模擬地圖,在人機(jī)交互的數(shù)據(jù)可視化方面比較弱,對于時間變化的情況,更多的是支持2維或2.5維空間可視化，很難滿足各種現(xiàn)象及其變化復(fù)雜性和相互關(guān)系,利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)研究多用戶空間信息調(diào)度引擎開發(fā),信息可視化的數(shù)據(jù)模型和簡化方法,利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存貯、管理和動態(tài)調(diào)度DEM數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)的方法,采用3層瀏覽器/服務(wù)器實現(xiàn)3維地形場景表達(dá)。

（3）空間信息處理分析與模擬表達(dá)的統(tǒng)一。GIS拓?fù)鋽?shù)據(jù)與可視化制圖數(shù)據(jù)中查詢、分析的信息與地圖化展示的數(shù)據(jù)還不能統(tǒng)一,未能實現(xiàn)信息的統(tǒng)一存儲。專家提出了可視化挖掘的概念,主要研究多類型、多重數(shù)據(jù)混合視圖技術(shù),空間數(shù)據(jù)特征及其關(guān)系的多維建模與圖形化表達(dá)技術(shù),空間數(shù)據(jù)的動態(tài)表達(dá)和隨時間變化的表達(dá)技術(shù),多分辨率空間數(shù)據(jù)表達(dá)技術(shù),圖形化的人機(jī)交互方式設(shè)計技術(shù),利用空間分析模型進(jìn)行空間數(shù)據(jù)探索性分析及其視圖控制技術(shù)。通過對空間信息的位置、時間和數(shù)質(zhì)特征進(jìn)行全面可視化。

（4）海量空間數(shù)據(jù)的可視化問題。目前還缺乏有效的技術(shù)手段解決大范圍海量空間數(shù)據(jù)可視化的動態(tài)調(diào)度,無法實現(xiàn)大范圍動態(tài)多維可視化。多尺度、海量空間數(shù)據(jù)處理與分析過程可視化技術(shù)通過研究可視化的數(shù)據(jù)管理方法,實現(xiàn)利用多種視圖直觀反映多維海量空間數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與維護(hù)過程,對操作過程進(jìn)行可視化引導(dǎo),并對數(shù)據(jù)流向、元數(shù)據(jù)、使用頻率、訪問權(quán)限、運行狀態(tài)進(jìn)行可視化監(jiān)控與一致性檢查。通過可視化界面與空間分析進(jìn)行連接,將空間分析過程通過可視化界面直觀表達(dá)。

4 總結(jié)

隨著科學(xué)的進(jìn)步和各應(yīng)用的深入，出現(xiàn)了大量多分辨率、多時態(tài)空間信息，與之緊密相關(guān)的非空間數(shù)據(jù)也日益豐富，對空間信息可視化技術(shù)的要求也越來越高，從而對海量空間信息的綜合應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。同時，信息技術(shù)的發(fā)展也要求空間信息可視化的概念、形式、基本過程等相關(guān)理論有相應(yīng)的發(fā)展。同時，時空數(shù)據(jù)模型研究、利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)上海量空間信息可視化、空間信息處理與分析過程可視化、空間知識可視化分析技術(shù)將成為該領(lǐng)域研究重點。

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P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-241-2