VR技術在地理信息數據展現中的應用研究

蔡迎+李小虎+武彥明+薛國

摘要：本文從VR技術與地理信息數據展現相結合入手，主要研究利用虛擬現實手段，模擬產生三度空間，使受眾在視覺、聽覺、觸覺等感官上有一個身臨其境的感覺，并與地理信息數據相結合，融合數字地球、GIS模型建立、二維地圖產品等傳統(tǒng)展現方法，生成一種新的地理信息數據展現模式，對于構建三維地理信息數據體系具有一定意義。

關鍵詞：VR技術；地理信息數據展現；三維地理信息數據體系

VR技術是近年來出現的高新技術，隨著它在軍事、地理、測繪和其他領域應用的不斷拓展，將它同地理信息數據產品融合的時代已經到來，本文從VR技術概述、VR技術的基本特征、VR系統(tǒng)的組成、VR技術在地理信息數據生產中的應用構想等方面進行闡述，旨在通過研究，提出嶄新的數據展現方法，為地理信息數據建設提供基礎保障。

1 VR技術概述

VR技術就是虛擬現實，是以計算機為硬件基礎，在計算機圖形、數據仿真、全息投影、網絡并行、傳感器顯示等技術的最新成果上，利用電腦生成模擬系統(tǒng)，使用戶通過該系統(tǒng)對復雜數據進行可視化操作和高級人機交互，包括各種科學研究、修改建筑方案、預測工程進度和施工質量、模擬軍事演習等，是一種新型的具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ臄祿梢暬僮骷夹g。

2 VR技術的基本特征

2.1多感知性

所謂多感知性是指在現階段普通電腦視覺感知的基礎上，又增加了耳、鼻、手、腳、舌等其它感官的真實存在，虛擬現實的發(fā)展方向是逐步具備人類所有的感知功能。

2. 2浸沒感

理想的虛擬現實環(huán)境使用戶有一種身臨其境的感覺，他們在使用虛擬現實技術完成工作的過程中，完全浸沒在真實場景中，無法分辨景物的真假。從視覺、味覺、聽覺甚至于觸覺上都和真實世界是一致的，如同在現實世界中一樣，有助于用戶全身心地投入到各項工作中去。

2. 3交互性

目前人和電腦的交互還停留在形式簡單、內容單一、手段落后的階段，使用虛擬現實技術，可以實現用戶實時、準確地與模擬環(huán)境中的物體進行各種交互操作，并得到其近似真實自然的反饋。例如，虛空抓取的東西可以隨人體一起移動，環(huán)境中的物體能感覺到它們的質量和重量等。

2. 4構想性

虛擬現實技術所提供的模擬空間，不僅可以非常逼真地表現現實環(huán)境，還可以根據用戶特殊需要構建現實中根本不存在的多維空間，并能通過各種方式引導思維認知范圍的拓展，激發(fā)想象力，提高人們研究未來的可能性。

3 VR系統(tǒng)的組成

VR系統(tǒng)是一款以大數據為基礎，以先進的計算機系統(tǒng)為支撐的高科技成果，基本組成部分包括虛擬現實生成系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、專業(yè)軟件和開發(fā)接口。虛擬現實生成系統(tǒng)主要包括影像采集、音頻編輯、高端定位等；感知系統(tǒng)主要包括傳感器、數據接收器、跟蹤器、顯示器等；專業(yè)軟件主要包括三維仿真軟件以及相應的數據庫。

4 VR技術在地理信息數據展現中的應用構想

虛擬現實技術的發(fā)展依賴隨著計算機技術、測量與傳感技術、計算機圖形學、模擬仿真學的飛速發(fā)展，運用到地理信息數據展現領域的優(yōu)勢已經逐步表現出來。

4.1VR技術在測繪制圖中的應用

利用VR技術強大的模擬仿真場景構建技術，制作各種虛擬現實專題地圖，真實地再現人文景觀，使用戶能夠感覺真正地進入“地圖”，利用多感知編輯器中視覺為主的感知器來進行場景仿真，用虛擬現實感知系統(tǒng)連接數據分析應用工具，模擬真實工作中的一些內容，如經緯度計算、距離量算、面積計算等。將傳統(tǒng)的制圖過程與虛擬現實技術相結合，是測繪學科中一個新的設想。虛擬現實地圖以模擬真實的地物、地貌替代象形的地圖標號，這使得“地圖”改善傳統(tǒng)地形圖中數據符號化、平面化和靜態(tài)化的狀態(tài)，進入多維交互、時空變換、實時動態(tài)的狀態(tài)。這將帶動測繪制圖工藝從傳統(tǒng)的地圖符號選取、編輯、轉換向三維地形生成、多重感知支持、地物真實構建、分析挖掘便利的方向發(fā)展

4.2 VR技術在三維GIS模型中的應用

隨著三維技術的迅猛發(fā)展，用戶對GIS三維功能的要求越來越多，而傳統(tǒng)的DEM（數字高程模型）只是靜態(tài)的假三維，不能滿足用戶的需求，利用虛擬現實系統(tǒng)的三維場景模型加載GIS數據庫和地面影像數據庫生成三維地理信息模型，再使用多感知編輯器進行模擬仿真，讓用戶感到進入到真實的地形當中。地理信息數據庫主要包括等高線、水系、道路、居民地等基礎數據；地面影像數據庫主要包括已做定向和數字化的航空照片與衛(wèi)星照片。

4.3 VR技術在其它GIS產品中的應用

市場上通用的二維GIS產品不管是紙質的還是加載到各種地理信息軟件中的地形圖，都不能滿足用戶對信息的需求。隨著數據挖掘領域的迅猛發(fā)展，不同階層的用戶都渴望借助一個三維可視化程度高、人機交互功能強的地理信息產品來幫助他們提高研究分析的效率和精準度，而虛擬現實技術是解決當前問題的有效方法之一。隨著計算機終端硬件和計算機圖形技術的發(fā)展，地理信息產品正向多種維度、方便交互、實時動態(tài)和高度真實的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)地理信息產品相比，這類產品可以大大節(jié)省該領域研究經費、時間，并提高成果的可信度。

結束語：目前，虛擬現實技術在地理信息數據展現領域受各種條件制約，還處于初級發(fā)展階段，但就發(fā)展前景來看，將給三維地理信息數據體系建設帶來巨大的影響，從而推動虛擬現實技術同地理信息數據展現手段的無縫結合。

參考文獻

[1]胡圣武，潘正風，虛擬現實技術的應用及其需要解決的問題，《礦山測量》，2004（1）：13-14 。

[2]劉光然，虛擬現實技術，清華大學出版社，2011年1月1日。

[3] 馮德俊，張獻州，張文君，虛擬現實技術在地理信息系統(tǒng)中的應用，《四川測繪》，2001（2）。