第一章 虚拟地理环境概念、特征及其技术框架.ppt

虚拟地理环境及其应用 主讲:江辉仙 课程体系： 第一部分：虚拟地理环境基础理论 第二部分：VRML语言程序设计 第三部分：应用示例 课程概况： 虚拟地理环境是一门实践性较强的课程。虚拟地理环境作为继GIS之后新一代地理学语言。显著特征是以用户为中心、提供最接近人类自然的交流方式与表达形式。通过本课程的学习，可以仿真或虚构地理环境，供观察、操纵与建构其中的对象，获得三维仿真体验和研究。虚拟地理环境技术与专业技术相融合又产生了数字地球研究、虚拟城市规划设计、虚拟旅游等领域的应用，使得虚拟地理环境技术成为一种崭新的技术手段而得到广泛的应用。 课程目标： 了解虚拟地理环境的理论与关键支撑技术；并掌握一门虚拟现实建模语言。在通过本课程的学习后，可以独自进行简单的虚拟地理环境应用系统开发。 主要应用： 地形地貌时空动态三维仿真研究 水文动态变化三维仿真研究 旅游景观三维仿真研究 植被动态变化过程模拟 数字流域模拟 城市规划建筑工程三维仿真应用 虚拟数字校园展示系统 房地产开发三维仿真应用 交通枢纽仿真应用 数字社区模拟 第一章 虚拟地理环境概念、特征及其技术框架 第二节 虚拟地理环境 一、概念： 包括虚拟界中化身人类社会主体及其围绕该主体存在一切的客观环境，包括计算机、网络、传感器等硬件环境、软件环境、数据环境、虚拟图形境象环境、虚拟经济环境、以及虚拟社会、政治和文化环境。 化身人类：表现现实界中的人与虚拟地理界的化身相结合后的集合整体. 1、实境面 地理位置层面 内表数据层 外表数据层面 2、虚境面 单主体感知认识层面 互主体社会层面 1、地理位置层面：不同位置由众多计算机及网络组成。(域名地域数量北京（36.7%）、广东（14.46%）、上 海（8.9%）) 2、内层数据层面：由一定 点、线、面和体的数据 形式线性存储在计算机物理介质。 3、外层数据层面：让用户可以直觉地、高效地、逼真地与虚拟地理环境中的虚拟物体和化身交互，例三维视觉。 4、单主体感知认识层面：化身人类与虚拟地理环境间交互. 5、互主体社会层面：化身人主体之间的相互关系. ①空间数据的真实表现(如地形、环境等的真实再现，也包括对未来与过去不存在的事物的模拟真实表现)； ②用户可从任意角度进行观察、浸入、实时交互，可在所选择的地理带(地理范围)内外自由移动； ③具有基于三维空间数据库的基本GIS功能(如查询、空间分析等)； ④可视化部分应作为用户接口一个自然而完整的部分。 1、虚拟群落社会：仅有虚拟空间、没有位置的社 会。例在线交谈社群，社群中的成员一般是随 机不确定的。例QQ某一主题房间。 2、虚拟村落社会：成员拥有固定二维、三维空间 位置，并建立自己的家居。例：网络游戏（在 二维或三维图形界面中） 3、虚拟城市社会：不同虚拟村落之间连接日益 加强，最后形成城市。 例：赛博城市（Cybertown ,Active words ）:最早、面积最大虚拟城市，总面积为42万km2，虚拟人穿越中心区域为2个多小时。 第四节 虚拟地理环境关键技术 一、三维仿真技术： 在目前通用三维技术中，三维虚拟仿真是一个新兴的，极具优势的应用技术。三维仿真技术可以让人们再现远古消失地理环境或地形演变过程。动态的、实时的显示系统，高速的计算机处理、智能交互的多媒体技术都是三维可视化仿真的重要技术。 根据虚拟地理环境特征，其数据是以地形、地貌、地质、海洋、大气等为主的地学数据。动态建模的目的是获取实际环境三维数据，并根据实际需要建立相应的环境模型，有效地获取数据是关键。除了传统人工内外作业调查和简单计算机处理外，利用卫星遥感、航空遥测、航空地面摄影、地面激光扫描仪与GPS等技术来获取数据是当前发展的趋势。 三维仿真与建模必须需要大数据量的三维图形数据库，协调图形数据与可视化硬件之间关系，使保证在数据量不断扩展的情况下不会产生系统性能下降。大容量庞大的数据库需要使用有效的空间数据结构来组织，其主要技术包括数据库管理技术、数据结构应用技术，网络共享等用户访问技术。 虚拟地理环境所需要的数据，特别在高校教育环境下是分布式存储，且可能不是放在一个单独的数据库里，且要实现不同地理位置虚拟地理环境资源共享，需要由高速的计算机网络连接起来。对于宽带网络技术主要包含：高速网络通技术、数字标准接口技术等，万维网球技术。 在虚拟地理环境中，建筑物是重要组成部分，而航空影像建筑物