[科普中国]-空间信息可视化

简介

空间信息可视化是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观及一些抽象概念图形化的过程。具体地说，是利用地图学、计算机图形图像技术，将地学信息输入、查询、分析、处理，采用图形、图像，结合图表、文字、报表，以可视化形式，实现交互处理和显示的理论、技术和方法。

空间信息可视化是近年来国际上提出的一项新课题。通常,可视化关键技术的出现是重大科学发现的前奏,如:显微镜的出现促使人类在微观领域有了新的突破;而望远镜的出现促使人类在宏观领域有了新的突破。医学和心理学研究表明,人类日常生活中接受的80%信息来自视觉,而50%的脑神经细胞与视觉相联。因此,人的创造性不仅取决于人的逻辑思维,而且取决于人的形象思维。通过可视化可以扩展人类的视觉功能,对大量抽象的数据进行分析,人们通过可视化技术可以了解数据之间的相互关系及发展趋势1。

目的1、将空间数据分析和应用的结果以可视化的方式传输给人，由人检验其正确性，正确则接受，错误则否定或修正。

2、以可视化的方式显示输出空间信息，通过视觉传输和空间认知活动，去探索空间事物的分布及其相互关系，以获取有用的知识，并进而发现规律

意义空间信息可视化可以通过扩大用户可用的存储量和可处理的资源量、减少对信息的搜索;通过使用可视化表示,提高对模式的发掘;通过调动感知推理操作,把感知注意用于监控,并把信息编码为可操作的媒介来帮助人们增强认知能力。总之,空间信息可视化一是可以大大加快数据的处理速度,使时刻都在产生的海量数据得到有效利用;二是可以在人与数据、人与人之间实现图形图像通信、从而使人们能够观察到数据中隐含的现象,为发现和理解科学规律提供有力工具;三是可以实现对计算和编程过程的引导和控制,通过交互手段改变过程所依据的条件,并观察其影响。

空间信息可视化涉及国民经济大多数的行业,具有广泛的应用前景,并己在应用中体现出其意义与价值"空间信息可视化通过强大的、有效的、系统的地图学表示方法将复杂的空间和属性数据以具有空间定位的图形图像形式展现出来,以利于人们挖掘数据之间的关联性和发展趋势,了解市场动态、发现商业机会,从而做出及时和正确的决策。空间信息可视化不仅用图形图像来显示多维的非空间数据,使用户加深对数据含义和理解,而且用形象直观的图形图像来指引检索过程,提高检索效率。

空间信息可视化的基本原理空间信息可视化源于可视化研究的基本原理,它是运用计算机图形学、图像处理技术和地图学的表达方式将空间信息输入、处理、查询、分析的结果用图形、图像结合图表、文字、表格、视频等可视化方式显示并进行交互处理的理论、方法和技术。具体地说,就是利用可视化原理、技术和方法,可对大量的空间数据进行处理,形象地、具体地显示其空间特性,使研究人员能直观地观察和模拟,从而丰富科学发现的过程,给予人们深刻与意想不到的空间洞察力。实践证明,可视化已在许多领域使科研人员的研究方式发生了很大的变化,而获得重大的科学发现。可视化技术,它适用于任何有一定空间数据存在、需要进行实体特征描述的场合,它主要包括:数据预处理、模型建立、模型描绘及模型研究等内容。

科学计算可视化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为人的视觉可以直接感受的计算机图形图像,从而可以进行数据关系特征探索和分析,以获得新的理解和知识。科学计算可视化把计算中所涉及的和所产生的数字信息转变为直观的、以图像或图形信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前,使他们能够观察到模拟和计算,即:看到传统意义上不可见的事物或现象;同时还提供与模拟和计算的视觉交互手段。通常,科学计算可视化也称为科学可视化或简称为可视化。科学计算可视化研究的应用领域现象大都有物理空间特征,其数据来自科学实验或者模型模拟,但近年来针对快速增长的因特网和万维网空间内的海量信息,数字化带来的大量商业信息以及庞大的数据仓库,在可视化领域中出现了一个新的分支:信息可视化。

信息可视化信息可视化是一门将信息和数据转换为人们可以直观形象理解的图形或图像表达方式的技术,从而可以为计算机用户提供更为快捷、有效的服务。在以科学探索为目的研究中,可视化技术为解释现象,揭示机理,发现规律预测结果提供了独到的方法。信息可视化在帮助人们理解信息空间的结构,快捷发现所需信息,有效防止信息迷途等方面将会扮演越来越重要的角色。

空间信息的可视化空间信息可视化是现有计算机可视化技术的具体应用,以地理环境为依托,透过视觉效果,探讨空间信息所反映的规律知识是其真正目的。地理空间信息可视化是信息可视化中的重要技术,涉及大多数国民经济行业,已经有广泛的应用。地理空间可视化通过强大的有效的地图系统将复杂的空间和属性数据以地理的形式展现出来,从而挖掘数据之间的关联性和发展趋势,了解市场动态,发现商业机会,进而做出及时的、正确的判断和决策。

主要形式1、地图：是空间信息可视化的最主要形式，也是最古老的形式，是地理学的第二语言2。

2、多媒体信息：使用文本、图形、图像、声音、录像、音频、视频等各种形式综合、形象地表现空间信息，是空间信息可视化的重要形式。

3、多媒体电子地图：是一种处于运动状态的数字地图，借助于计算机综合处理多种媒体信息的功能，将文字、图形、图像、声音、动画及视频技术相结合，使多种信息逻辑地连接并集成一个有机的具有人性化操作界面的空间信息传输系统

4、动态地图：利用地图动画技术,直观而又逼真地显示地理实体运动变化的规律和特点。

动态模拟，使重要事物变迁过程再现；

运动模拟，对于运动的地理实体的运行状态及环境测定和调整；

实时跟踪，在运动物体上安装GPS，它能够显示运动物体各时刻的运动轨迹。

5、三维仿真地图：基于三维仿真和计算机三维真实图形技术而产生的三维地图,具有仿真的形状、光照、纹理等，也可以进行各种三维的量测和分析 。

传统三维表示方法

·晕渲法：通过光照下灰度的变化来反映高度的变化；

·等高线法：高程相等点的连线，高程间隔一定；

·分层设色法：用颜色系列来表示高程。

6、虚拟现实：以视觉为主,也结合听、触、嗅甚至味觉来感知环境,使人们犹如进入真实的地理空间环境之中并与之交互作用。除了对三维空间和一维时间仿真外，还包含对自然交互方式的仿真3。

虚拟现实通过头盔式的三维立体显示器、数据手套、三维鼠标、数据衣、立体声耳机等使人能完全沉浸计算机生成创造的一种特殊三维图形环境，并且人可以操作控制三维图形环境。