三維可視化技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

饒霞

摘 要 當期我國正進入了信息社會，通過對信息的收集和整理能夠為協(xié)助日常工作作出巨大的貢獻。在獲取信息過程中對信息進行管理是快速獲得信息和保證質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。當前我國地理信息系統(tǒng)就是將數(shù)據(jù)信息進行處理、加工、分析和收集的多功能軟件系統(tǒng)，致力于為我國地理環(huán)境做出貢獻。人們獲取信息最直觀的方式是通過肉眼觀察，其次才是聽覺等接觸信息[1]。三維可視化技術(shù)的出現(xiàn)則借助于計算機等虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在地理信息系統(tǒng)當中，提高了系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)的能力和精準度。本文則通過三維可視化技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的具體應(yīng)用進行探索并為相關(guān)領(lǐng)域工作者提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞 三維可視化技術(shù) 地理信息系統(tǒng) 應(yīng)用研究

中圖分類號：O343.2;K9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）03-0017-02

1 三維可視化技術(shù)

可視化指通過頭腦構(gòu)造景象的能力構(gòu)造圖像或者不能夠通過肉眼觀察的視覺在人腦中型成圖形，加強人們對事物的理解。可視化技術(shù)通過計算機圖像能夠?qū)⑤^為抽象的圖片和景象變得更加直觀化，以便于理解和傳播知識，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展對我國科學(xué)和地理等方面均產(chǎn)生了重要影響。

隨著計算機技術(shù)的日漸成熟，三維可視化技術(shù)是當前我國計算機領(lǐng)域較為熱門的關(guān)注對象，主要通過三維立體透視和計算機的虛擬仿真技術(shù)，以現(xiàn)實中的地點坐標為依托轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C坐標。并運用物理化學(xué)等專業(yè)處理將所模擬的景象反映在屏幕當中，其特點是能夠讓人們用更加直觀的方式觀察并且真實性更強，不受環(huán)境的影響表現(xiàn)的更加靈活。三維可視化將所需要的組合以不同的視角將景觀收集，同時視頻的制作也需要通過數(shù)字景象技術(shù)實現(xiàn)，但是也存在一定的技術(shù)難點，如技術(shù)的不成熟將衛(wèi)星景象投射到三維透視圖中將會導(dǎo)致局部失真情況出現(xiàn)[2]。

2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)簡稱為GIS，是中世紀后發(fā)展起來，其通過計算機技術(shù)和遙感技術(shù)的發(fā)展為依托并被廣泛的應(yīng)用在地理學(xué)科當中。地理信息指空間排列和分布有關(guān)的數(shù)據(jù)，表示了事物和地理環(huán)境中無法轉(zhuǎn)變的關(guān)系、排列、規(guī)律等，通過數(shù)字、文字等方式表現(xiàn)出來。地理數(shù)據(jù)則根據(jù)地理特征用符號表現(xiàn)能夠讓人們更加直觀的去了解和探索。GIS是地理信息系統(tǒng)中非常重要的一項系統(tǒng)，能夠?qū)⒌厍虮砻嫔踔链髿鈱拥男畔⒍歼M行收集和整理，并通過計算機對數(shù)據(jù)分析，通過一系列的研究方法為地理科學(xué)、環(huán)境和工程設(shè)計提供寶貴的參考信息。是一門和人類生活息息相關(guān)且聯(lián)系緊密的技術(shù)。中國作為發(fā)展中國家對GIS技術(shù)的引用也格外重視，不僅引進相關(guān)人才，同時注重軟件開發(fā)，引進更加完善的軟件設(shè)備。

可視化技術(shù)最早被應(yīng)用于20年代末，對于GIS而言空間的可視化能夠加強人們對空間的探知，能夠提高人們對空間數(shù)據(jù)的分析能力并且增強地理信息的傳輸能力，便于人們更加充分的了解自然界和存在的關(guān)系。可視化技術(shù)能夠改善操作界面因此也是相關(guān)科研人員始終探索研究的方向，雖然在研究中研發(fā)了三維數(shù)據(jù)庫，但是GIS依舊主要用于二維景象。GIS需要處理地球表面環(huán)境信息和所處空間的聯(lián)系，因此為了更好的滿足人們需求，GIS需要在發(fā)展中融合三維技術(shù)以便于幫助研究人員進一步了解地理環(huán)境[3]。

3 三維可視化技術(shù)的興起和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的地圖承擔著人們觀察世界和了解地理信息的載體，能夠簡單的記載地形地勢等，是一種基于二維平面的載體。三維GIS最初的作用也是對地理環(huán)境和空間信息進行講解和表達，以更加直觀的垂直形式將復(fù)雜的信息投影在平面當中，并進行操作分析。世界是一個豐富且多元的三維空間，因此和二維相比具有更大的優(yōu)勢和直觀性。為了便于人們的觀察和再現(xiàn)真實，通過可視化技術(shù)和計算機通訊技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)等構(gòu)建真實性的三維空間模型。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展在信息的展現(xiàn)上也得到了業(yè)內(nèi)人士的認可，三維可視化的技術(shù)就在這樣的環(huán)境背景下迅速發(fā)展。

三維可視化技術(shù)在地理信息應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較多，大體上分為兩種，其代表是四面格網(wǎng)結(jié)構(gòu)和八叉圖。首先四面格網(wǎng)是通過對空間目標用相互連接排列的方式但是避免了重疊，以格網(wǎng)的方式表示，本質(zhì)上是用2DTIN結(jié)構(gòu)在3D空間中展現(xiàn)出。四面體格網(wǎng)點由點、線等多樣元素構(gòu)成，能夠形成不同的四面體后排列組合，具有邊界表示的長處[4]如圖1所示。

八叉樹結(jié)構(gòu)是將三維空間分為XYZ三個方向，每個單位都分成八個板塊直到被目標填充為止，八叉樹能夠在集合運算中應(yīng)用非常廣泛，其他結(jié)構(gòu)圖無法充分表示但是八叉樹則可以，同時這種方式具有嚴謹?shù)挠行蛐裕阌诰珳实挠^察并帶來了巨大的方面。

4 三維可視化技術(shù)的應(yīng)用

空間體數(shù)據(jù)可視化才是意義上的三維，通過對空間坐標的各個數(shù)值和屬性進行透視，用空間三維體代替了數(shù)據(jù)進行表達。工作人員繪制吉林西部某地區(qū)的地震波速體數(shù)據(jù)三維體模型，通過圖中能夠看出由于地下介質(zhì)分層緣故，存在不同的波速層，通過體視化技術(shù)能夠更清楚的展示出空間數(shù)據(jù)，用灰度值表示。空間數(shù)據(jù)具有規(guī)律性，技術(shù)人員通過不同數(shù)值能夠繪畫出等值面和等值線。通過二者能夠更清晰的觀察出空間數(shù)據(jù)的實時變化。

技術(shù)人員通過三維可視化技術(shù)建立空間體模型后可以通過對模型切片獲得所需數(shù)據(jù)，切片指根據(jù)某一空間方向的空間數(shù)據(jù)投影，由此制作出繪面分析數(shù)據(jù)。其能夠更加充分表達出空間體內(nèi)部的不同信息，可視化效果明顯。切片數(shù)據(jù)也可以采用直方圖體現(xiàn)數(shù)據(jù)分布。

切片以外能夠切割空間數(shù)據(jù)塊狀，以便更好的觀察三維內(nèi)部情況，也能夠?qū)⒛Ｐ蛢?nèi)部取出幾塊觀察，或從整體切割出某一部分觀察剩余部分，操作性較大，可以根據(jù)觀察人員需要操作[5]。

5 結(jié)語

三維可視化技術(shù)如今在地理信息技術(shù)中運用得十分廣泛，便于相關(guān)工作者對地理環(huán)境、地球表面甚至大氣層等綜合的觀察，也為今后人們研究內(nèi)容提供了方向，三維可視化技術(shù)在未來一定能夠更廣泛的在地理信息系統(tǒng)中使用，同時對各行各業(yè)都發(fā)揮巨大的幫助，幫助相關(guān)技術(shù)人員在工作方面也提供了大量的便利。

參考文獻：

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