基于GIS技术虚拟现实技术应用21

基于GIS技术的虚拟现实技术应用研究广州大学理学院地理系01地理信息系统班张明湖联系方式：[e-mail]基于GIS技术的——虚拟现实技术应用研究主要从以下几个方面谈谈虚拟现实技术的发展和现阶段所取得的一些实际应用：虚拟现实的概念及现代GIS技术的发展趋势虚拟现实技术的发展现状基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域基于GIS的虚拟现实技术的核心技术探讨基于GIS的虚拟现实技术的发展前景虚拟现实技术的概念什么叫虚拟现实技术？虚拟现实(VirtualReality)技术,又称灵境技术。该技术的特点在于一种基于可计算信息的沉浸式交互环境。具体地说,计算机通过计算并构成我们所熟悉的三维空间,产生一种人为虚拟的环境,使用者借助一定的设备,以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互,从而产生身临其境的感受。现代GIS技术的发展趋势那么，基于GIS技术的虚拟现实技术又该怎样理解呢？和GIS技术相结合将赋予其什么新的特点？先让我们来分析一下现代GIS技术的发展趋势：1.空间数据库趋向图形、影像和DEM三库一体化和面向对象2.空间数据表达趋向多比例尺、多尺度、动态多维和实时3维可视化(3DGIS)3.空间分析和辅助决策智能化4.系统开发组件化(ComGIS)、网络一体化(WebGIS)基于GIS技术的虚拟现实技术，也就是前面提到的3DGIS技术，在数字虚拟城市等方面已经得到应用。它体现了以下一些新的技术特点:•与面向对象的大型空间数据库技术相结合，可以有效的存储和处理海量数据（如数字深圳的数据大约为100G），支持平面和三维查询基于GIS技术的虚拟现实技术特点基于GIS技术的虚拟现实技术特点与面向对象编程语言相结合与其他各种信息管理系统结合在虚拟技术的支持下,“赛博空间”代替了传统的抽象地图以及用来解释、分析和讨论设计思想及城市进展的描述性文件,而以生动的图片展现在用户眼前虚拟现实技术的发展现状虚拟现实技术是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术,它的起源可追溯到1965年IvanSutherland在IFIP会议上的“终极的显示”报告,而VirtualReality一词是80年代初美国VPL公司的创建人之一JaronLanier提出来的。目前,世界上少数发达国家在军事、经济和艺术等领域,已开始广泛应用这种高新技术,并取得了显著的综合效益。我国基于PC机的虚拟现实开发技术已取得了可喜成绩,为扩大在各个领域的应用奠定了较好的基础。基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域虚拟现实技术对于电脑软硬件的要求比较高，但是由于PC机性能的大幅度提高，硬件已经不再是制约其应用的主要因素；网络技术的发展，信息高速公路的提出，都为虚拟技术应用提供了良好的条件。GIS技术的发展成熟，及其可视化的发展趋势，使得基于GIS技术的虚拟现实在越来越多的方面得到重视，并在越来越多的领域得到初步的应用。虚拟数字校园基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域其应用领域主要有：城镇规划与建筑设计传统的城镇规划地通过二维图形形式展现在人们面前,没有立体感,也不够直观。而利用虚拟现实技术,将城镇规划布局中的所有对象———街区、建筑、绿化带、树木、花草、路标、路灯等数字建模,在虚拟的环境中,以任意高度、任意方向漫游整个城镇,身临其境地感受这个尚不存在的虚拟城镇,从而为城镇规划方案的优化提供更加直观的技术手段。旅游管理、风光介绍基于GIS技术的虚拟现实技术不仅能够真实的模拟真实的地形地物，还可以通过面向对象的大型空间数据库，实现平面和三维的属性查询，给人以身临其景的感受。基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域流域水资源管理利用虚拟现实技术,用户可以通过各种交互手段和显示方式,生动、直观地了解流域的全貌,实现一系列模拟分析、信息查询和空间定位等功能,包括洪水的漫溢及淹没过程、规划方案的可视化、水利工程动态运行与监控,为流域水资源管理提供先进的效果展示、动态监控和规划方案评估手段。电子商务随着Internet技术的发展,电子商务有了很大的发展。分布式虚拟系统的应用有可能大幅度改善顾客购买商品的经历,商家可将商品直接建立数字模型,在网络上发布,顾客可以访问虚拟世界中的商店,从任意方向审视商品,而且可以动手挑选商品。基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域军事模拟训练目前的主要军事模拟训练有:虚拟战场环境,即通过相应的三维战场环境,包括战地场景、各种武器装备和作战人员等,为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境,以增强其临场感觉,提高训练质量。美空军用虚拟现实技术开发的飞行训练模拟器使用高分辨率显示头盔帮助飞行员进入VR世界,具有视觉控制、三维图形实时交互、声音和触感,不但能以正常方式操纵和控制飞行器,还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况,如气球的威胁、导弹的发射轨迹等;美国国防高级项目研究计划局的SIMNET计划,在虚拟现实环境中引进作战飞机、水面舰艇、坦克等作战对象,构筑海、陆、空三军立体作战逼真环境,实施诸军兵种大规模联合作战演习基于GIS的虚拟现实技术的核心技术虚拟现实最关键的技术难点在于要在短时间内完成大数据量运算。系统中,一般要求能做到25帧的快速漫游。也就是说,要在1/25s内,根据视点和视角,计算视场范围大小,再根据视场范围,提取视场内“可见的”物体,进行三维、光照、纹理贴图、坐标转换等等一系列计算。在虚拟现实环境中漫游时,展现在我们面前的景色,都是利用计算机实时计算出来的。虚拟现实技术的技术难点需要解决的技术难点有如下4项：海量数据的快速提取若研究对象的范围或数据量较小,则海量数据的快速提取技术显得不太重要,但如果研究对象的范围或数据量较大实时三维图形生成技术三维图形的生成技术已经比较成熟,其关键问题是如何“实时”生成。实时显示的刷新频率不能低于15帧/s,而复杂场景的显示存在巨大的计算量,在不降低图形的质量和复杂度的前提下,提高刷新频率是该技术的关键。研究层次细节(LevelsofDe2tail)信息模型和逐步求精技术是此方面的热点。如虚拟环境中的三维地形,可以通过剔除视野区域外的地形数据来操纵复杂的地形,用层次细节技术减少地形数据,借助一定的存取结构实现分层的多分辨率地形数据库,从而建立符合桌面虚拟现实运行要求的地形描述模型。为进一步简化地形,采用地形纹理贴图表达各种表面细节,可以实时生成具有真实感的三维地形景观。虚拟现实技术的技术难点人与场景的融合技术虚拟现实的沉浸感和交互特征依赖于人与场景的融合技术,这主要体现在立体显示和传感器技术方面。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要,例如,数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高,因此有必要开发新的三维显示技术。应用系统开发工具目前,成熟的桌面虚拟现实系统还很少,为了满足开发不同应用需求的桌面虚拟现实系统,同时为了提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品开发质量,有必要研制虚拟现实系统的开发平台和开发工具。应用3DGIS系统开发工具简介现在主流的GIS软件都提供了比较强大的三维GIS功能，主要包括了：点,线,面等转换为TIN,DEM数据以及TIN,DEM转换为点,线,面数据，填挖方计算，三维浏览,淹没,飞行模拟等三维功能，并且支持使用多种编程语言进行二次开发等……上图是我在地理信息系统论坛上就主要几种GIS软件和三维开发工具进行一个调查的情况。应用3DGIS系统开发工具简介目前基于GIS的虚拟现实技术的主要开发工具包括三大方面：传统的GIS系统系统开发工具：包括ArcGIS、MapInfo、SuperMap等专门的3DGIS软件,如美国Alberta大学开发的MR,国内灵图公司的VRMap等专业的3D游戏开发工具，如OpenGL、Direct等应用3DGIS系统开发工具简介比较上述几种开发工具，以ArvGIS为代表的传统GIS开发工具三维建模功能已经有了很大的改进，国内公司的产品功能也比较强大，而且由于其可以很好地和GIS技术相结合，使得其在很多领域得到应用。而MR,OpenGL等工具要依赖于使用C++等编程手段进行二次开发，开发成本、技术难度等都要高一些……基于GIS的虚拟现实技术的发展前景20世纪90年代是计算机多媒体时代,我们有理由认为,21世纪是多媒体的更高境界———虚拟现实技术时代。21世纪的信息处理将不再建立在单一的数字空间,地理信息系统技术也不可能再停留在二维的时代。虚拟现实作为当今最为热点的研究领域之一,与多媒体、网络并称为3大前景最好的计算机技术。GIS技术的快速发展和成熟也为虚拟现实技术提供了一个良好的发展机遇，基于GIS的虚拟现实技术作为虚拟现实技术最为重要的一个分支，也必将在未来得到越来越多的应用……2004/04/26于广州大学