基于GIS技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用21

基于GIS技術(shù)的

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用研討廣州大學(xué)理學(xué)院地理系01地理信息系統(tǒng)班張明湖聯(lián)絡(luò)方式：hu_gis@163基于GIS技術(shù)的——

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用研討主要從以下幾個(gè)方面談?wù)勌摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展和現(xiàn)階段所獲得的一些實(shí)踐運(yùn)用：虛擬現(xiàn)實(shí)的概念及現(xiàn)代GIS技術(shù)的開展趨勢(shì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展現(xiàn)狀基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用領(lǐng)域基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的中心技術(shù)討論基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展前景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念什么叫虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)？虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)技術(shù),又稱靈境技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)在于一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境。詳細(xì)地說,計(jì)算機(jī)經(jīng)過計(jì)算并構(gòu)成我們所熟習(xí)的三維空間,產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境,運(yùn)用者借助一定的設(shè)備,以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)展交互,從而產(chǎn)生身臨其境的感受?，F(xiàn)代GIS技術(shù)的開展趨勢(shì)那么，基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又該怎樣了解呢？和GIS技術(shù)相結(jié)合將賦予其什么新的特點(diǎn)？先讓我們來分析一下現(xiàn)代GIS技術(shù)的開展趨勢(shì)：1.空間數(shù)據(jù)庫(kù)趨向圖形、影像和DEM三庫(kù)一體化和面向?qū)ο?.空間數(shù)據(jù)表達(dá)趨向多比例尺、多尺度、動(dòng)態(tài)多維和實(shí)時(shí)3維可視化(3DGIS)3.空間分析和輔助決策智能化4.系統(tǒng)開發(fā)組件化(ComGIS)、網(wǎng)絡(luò)一體化(WebGIS)基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也就是前面提到的3DGIS技術(shù)，在數(shù)字虛擬城市等方面曾經(jīng)得到運(yùn)用。它表達(dá)了以下一些新的技術(shù)特點(diǎn):與面向?qū)ο蟮拇笮涂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，可以有效的存儲(chǔ)和處置海量數(shù)據(jù)〔如數(shù)字深圳的數(shù)據(jù)大約為100G〕，支持平面和三維查詢基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)與面向?qū)ο缶幊萄哉Z相結(jié)合與其他各種信息管理系統(tǒng)結(jié)合在虛擬技術(shù)的支持下,“賽博空間〞替代了傳統(tǒng)的籠統(tǒng)地圖以及用來解釋、分析和討論設(shè)計(jì)思想及城市進(jìn)展的描畫性文件,而以生動(dòng)的圖片展如今用戶眼前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展現(xiàn)狀虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術(shù),它的來源可追溯到1965年IvanSutherland在IFIP會(huì)議上的“終極的顯示〞報(bào)告,而VirtualReality一詞是80年代初美國(guó)VPL公司的創(chuàng)建人之一JaronLanier提出來的。目前,世界上少數(shù)興隆國(guó)家在軍事、經(jīng)濟(jì)和藝術(shù)等領(lǐng)域,已開場(chǎng)廣泛運(yùn)用這種高新技術(shù),并獲得了顯著的綜合效益。我國(guó)基于PC機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)技術(shù)已獲得了可喜成果,為擴(kuò)展在各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用奠定了較好的根底?；贕IS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于電腦軟硬件的要求比較高，但是由于PC機(jī)性能的大幅度提高，硬件曾經(jīng)不再是制約其運(yùn)用的主要要素；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，信息高速公路的提出，都為虛擬技術(shù)運(yùn)用提供了良好的條件。GIS技術(shù)的開展成熟，及其可視化的開展趨勢(shì)，使得基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)真實(shí)越來越多的方面得到注重，并在越來越多的領(lǐng)域得到初步的運(yùn)用。虛擬數(shù)字校園基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用領(lǐng)域其運(yùn)用領(lǐng)域主要有：城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)規(guī)劃地經(jīng)過二維圖形方式展如今人們面前,沒有立體感,也不夠直觀。而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),將城鎮(zhèn)規(guī)劃規(guī)劃中的一切對(duì)象———街區(qū)、建筑、綠化帶、樹木、花草、路標(biāo)、路燈等數(shù)字建模,在虛擬的環(huán)境中,以恣意高度、恣意方向遨游整個(gè)城鎮(zhèn),身臨其境地感受這個(gè)尚不存在的虛擬城鎮(zhèn),從而為城鎮(zhèn)規(guī)劃方案的優(yōu)化提供更加直觀的技術(shù)手段。旅游管理、風(fēng)光引見基于GIS技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以真實(shí)的模擬真實(shí)的地形地物，還可以經(jīng)過面向?qū)ο蟮拇笮涂臻g數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)平面和三維的屬性查詢，給人以身臨其景的感受。城市旅游信息系統(tǒng)基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用領(lǐng)域流域水資源管理利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),用戶可以經(jīng)過各種交互手段和顯示方式,生動(dòng)、直觀地了解流域的全貌,實(shí)現(xiàn)一系列模擬分析、信息查詢和空間定位等功能,包括洪水的漫溢及淹沒過程、規(guī)劃方案的可視化、水利工程動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)與監(jiān)控,為流域水資源管理提供先進(jìn)的效果展現(xiàn)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和規(guī)劃方案評(píng)價(jià)手段。電子商務(wù)隨著Internet技術(shù)的開展,電子商務(wù)有了很大的開展。分布式虛擬系統(tǒng)的運(yùn)用有能夠大幅度改善顧客購(gòu)買商品的閱歷,商家可將商品直接建立數(shù)字模型,在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布,顧客可以訪問虛擬世界中的商店,從恣意方向?qū)徱暽唐?而且可以動(dòng)手挑選商品?；贕IS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用領(lǐng)域軍事模擬訓(xùn)練目前的主要軍事模擬訓(xùn)練有:虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,即經(jīng)過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,包括戰(zhàn)地場(chǎng)景、各種武器配備和作戰(zhàn)人員等,為運(yùn)用者發(fā)明一種險(xiǎn)象環(huán)生、幾近真實(shí)的立體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,以加強(qiáng)其臨場(chǎng)覺得,提高訓(xùn)練質(zhì)量。美空軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的飛行訓(xùn)練模擬器運(yùn)用高分辨率顯示頭盔協(xié)助飛行員進(jìn)入VR世界,具有視覺控制、三維圖形實(shí)時(shí)交互、聲音和觸感,不但能以正常方式支配和控制飛行器,還能處置虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以外的各種情況,如氣球的要挾、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等;美國(guó)國(guó)防高級(jí)工程研討方案局的SIMNET方案,在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中引進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)、水面艦艇、坦克等作戰(zhàn)對(duì)象,構(gòu)筑海、陸、空三軍立體作戰(zhàn)逼真環(huán)境,實(shí)施諸軍兵種大規(guī)模結(jié)協(xié)作戰(zhàn)演習(xí)基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的中心技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)最關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)在于要在短時(shí)間內(nèi)完成大數(shù)據(jù)量運(yùn)算。系統(tǒng)中,普通要求能做到25幀的快速遨游。也就是說,要在1/25s內(nèi),根據(jù)視點(diǎn)和視角,計(jì)算視場(chǎng)范圍大小,再根據(jù)視場(chǎng)范圍,提取視場(chǎng)內(nèi)“可見的〞物體,進(jìn)展三維、光照、紋理貼圖、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等等一系列計(jì)算。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中遨游時(shí),展如今我們面前的風(fēng)光,都是利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出來的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)需求處理的技術(shù)難點(diǎn)有如下4項(xiàng)：海量數(shù)據(jù)的快速提取假設(shè)研討對(duì)象的范圍或數(shù)據(jù)量較小,那么海量數(shù)據(jù)的快速提取技術(shù)顯得不太重要,但假設(shè)研討對(duì)象的范圍或數(shù)據(jù)量較大實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)三維圖形的生成技術(shù)曾經(jīng)比較成熟,其關(guān)鍵問題是如何“實(shí)時(shí)〞生成。實(shí)時(shí)顯示的刷新頻率不能低于15幀/s,而復(fù)雜場(chǎng)景的顯示存在宏大的計(jì)算量,在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的前提下,提高刷新頻率是該技術(shù)的關(guān)鍵。研討層次細(xì)節(jié)(LevelsofDe2tail)信息模型和逐漸求精技術(shù)是此方面的熱點(diǎn)。如虛擬環(huán)境中的三維地形,可以經(jīng)過剔除視野區(qū)域外的地形數(shù)據(jù)來支配復(fù)雜的地形,用層次細(xì)節(jié)技術(shù)減少地形數(shù)據(jù),借助一定的存取構(gòu)造實(shí)現(xiàn)分層的多分辨率地形數(shù)據(jù)庫(kù),從而建立符合桌面虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)要求的地形描畫模型。為進(jìn)一步簡(jiǎn)化地形,采用地形紋理貼圖表達(dá)各種外表細(xì)節(jié),可以實(shí)時(shí)生成具有真實(shí)感的三維地形景觀。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)人與場(chǎng)景的交融技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感和交互特征依賴于人與場(chǎng)景的交融技術(shù),這主要表達(dá)在立體顯示和傳感器技術(shù)方面。現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需求,例如,數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、運(yùn)用不便等缺陷。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高,因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術(shù)。運(yùn)用系統(tǒng)開發(fā)工具目前,成熟的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還很少,為了滿足開發(fā)不同運(yùn)用需求的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),同時(shí)為了提高消費(fèi)效率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量,有必要研制虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)工具。運(yùn)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡(jiǎn)介如今主流的GIS軟件都提供了比較強(qiáng)大的三維GIS功能，主要包括了：點(diǎn),線,面等轉(zhuǎn)換為TIN,DEM數(shù)據(jù)以及TIN,DEM轉(zhuǎn)換為點(diǎn),線,面數(shù)據(jù)，填挖方計(jì)算，三維閱讀,淹沒,飛行模擬等三維功能，并且支持運(yùn)用多種編程言語進(jìn)展二次開發(fā)等……上圖是我在地理信息系統(tǒng)論壇上就主要幾種GIS軟件和三維開發(fā)工具進(jìn)展一個(gè)調(diào)查的情況。運(yùn)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡(jiǎn)介目前基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要開發(fā)工具包括三大方面：傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)工具：包括ArcGIS、MapInfo、SuperMap等專門的3DGIS軟件,如美國(guó)Alberta大學(xué)開發(fā)的MR,國(guó)內(nèi)靈圖公司的VRMap等專業(yè)的3D游戲開發(fā)工具，如OpenGL、Direct等運(yùn)用3DGIS系統(tǒng)開發(fā)工具簡(jiǎn)介比較上述幾種開發(fā)工具，以ArvGIS為代表的傳統(tǒng)GIS開發(fā)工具三維建模功能曾經(jīng)有了很大的改良，國(guó)內(nèi)公司的產(chǎn)品功能也比較強(qiáng)大，而且由于其可以很好地和GIS技術(shù)相結(jié)合，使得其在很多領(lǐng)域得到運(yùn)用。而MR,OpenGL等工具要依賴于運(yùn)用C++等編程手段進(jìn)展二次開發(fā)，開發(fā)本錢、技術(shù)難度等都要高一些……基于GIS的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展前景20世紀(jì)90年代是計(jì)算機(jī)多媒體時(shí)代,我們有理由以為,21世紀(jì)是多媒體的更高境界———虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)代。21世紀(jì)