空間信息可視化

空間信息可視化是指運用計算機圖形圖像處理技術，將複雜的科學現象和自然景觀及一些抽象概念圖形化的過程。具體地説，是利用地圖學、計算機圖形圖像技術，將地學信息輸入、查詢、分析、處理，採用圖形、圖像，結合圖表、文字、報表，以可視化形式，實現交互處理和顯示的理論、技術和方法。

空間信息可視化是近年來國際上提出的一項新課題。通常,可視化關鍵技術的出現是重大科學發現的前奏,如:顯微鏡的出現促使人類在微觀領域有了新的突破;而望遠鏡的出現促使人類在宏觀領域有了新的突破。醫學和心理學研究表明,人類日常生活中接受的80%信息來自視覺,而50%的腦神經細胞與視覺相聯。因此,人的創造性不僅取決於人的邏輯思維,而且取決於人的形象思維。通過可視化可以擴展人類的視覺功能,對大量抽象的數據進行分析,人們通過可視化技術可以瞭解數據之間的相互關係及發展趨勢 ^[1]  。

1、將空間數據分析和應用的結果以可視化的方式傳輸給人，由人檢驗其正確性，正確則接受，錯誤則否定或修正。

2、以可視化的方式顯示輸出空間信息，通過視覺傳輸和空間認知活動，去探索空間事物的分佈及其相互關係，以獲取有用的知識，並進而發現規律

空間信息可視化可以通過擴大用户可用的存儲量和可處理的資源量、減少對信息的搜索;通過使用可視化表示,提高對模式的發掘;通過調動感知推理操作,把感知注意用於監控,並把信息編碼為可操作的媒介來幫助人們增強認知能力。總之,空間信息可視化一是可以大大加快數據的處理速度,使時刻都在產生的海量數據得到有效利用;二是可以在人與數據、人與人之間實現圖形圖像通信、從而使人們能夠觀察到數據中隱含的現象,為發現和理解科學規律提供有力工具;三是可以實現對計算和編程過程的引導和控制,通過交互手段改變過程所依據的條件,並觀察其影響。

空間信息可視化涉及國民經濟大多數的行業,具有廣泛的應用前景,並己在應用中體現出其意義與價值"空間信息可視化通過強大的、有效的、系統的地圖學表示方法將複雜的空間和屬性數據以具有空間定位的圖形圖像形式展現出來,以利於人們挖掘數據之間的關聯性和發展趨勢,瞭解市場動態、發現商業機會,從而做出及時和正確的決策。空間信息可視化不僅用圖形圖像來顯示多維的非空間數據,使用户加深對數據含義和理解,而且用形象直觀的圖形圖像來指引檢索過程,提高檢索效率。

空間信息可視化源於可視化研究的基本原理,它是運用計算機圖形學、圖像處理技術和地圖學的表達方式將空間信息輸入、處理、查詢、分析的結果用圖形、圖像結合圖表、文字、表格、視頻等可視化方式顯示並進行交互處理的理論、方法和技術。具體地説,就是利用可視化原理、技術和方法,可對大量的空間數據進行處理,形象地、具體地顯示其空間特性,使研究人員能直觀地觀察和模擬,從而豐富科學發現的過程,給予人們深刻與意想不到的空間洞察力。實踐證明,可視化已在許多領域使科研人員的研究方式發生了很大的變化,而獲得重大的科學發現。可視化技術,它適用於任何有一定空間數據存在、需要進行實體特徵描述的場合,它主要包括:數據預處理、模型建立、模型描繪及模型研究等內容。

科學計算可視化是通過研製計算機工具、技術和系統,把實驗或數值計算獲得的大量抽象數據轉為人的視覺可以直接感受的計算機圖形圖像,從而可以進行數據關係特徵探索和分析,以獲得新的理解和知識。科學計算可視化把計算中所涉及的和所產生的數字信息轉變為直觀的、以圖像或圖形信息表示的、隨時間和空間變化的物理現象或物理量呈現在研究者面前,使他們能夠觀察到模擬和計算,即:看到傳統意義上不可見的事物或現象;同時還提供與模擬和計算的視覺交互手段。通常,科學計算可視化也稱為科學可視化或簡稱為可視化。科學計算可視化研究的應用領域現象大都有物理空間特徵,其數據來自科學實驗或者模型模擬,但近年來針對快速增長的因特網和萬維網空間內的海量信息,數字化帶來的大量商業信息以及龐大的數據倉庫,在可視化領域中出現了一個新的分支:信息可視化。

信息可視化是一門將信息和數據轉換為人們可以直觀形象理解的圖形或圖像表達方式的技術,從而可以為計算機用户提供更為快捷、有效的服務。在以科學探索為目的研究中,可視化技術為解釋現象,揭示機理,發現規律預測結果提供了獨到的方法。信息可視化在幫助人們理解信息空間的結構,快捷發現所需信息,有效防止信息迷途等方面將會扮演越來越重要的角色。

空間信息可視化是現有計算機可視化技術的具體應用,以地理環境為依託,透過視覺效果,探討空間信息所反映的規律知識是其真正目的。地理空間信息可視化是信息可視化中的重要技術,涉及大多數國民經濟行業,已經有廣泛的應用。地理空間可視化通過強大的有效的地圖系統將複雜的空間和屬性數據以地理的形式展現出來,從而挖掘數據之間的關聯性和發展趨勢,瞭解市場動態,發現商業機會,進而做出及時的、正確的判斷和決策。

1、地圖：是空間信息可視化的最主要形式，也是最古老的形式，是地理學的第二語言 ^[2]  。

2、多媒體信息：使用文本、圖形、圖像、聲音、錄像、音頻、視頻等各種形式綜合、形象地表現空間信息，是空間信息可視化的重要形式。

3、多媒體電子地圖：是一種處於運動狀態的數字地圖，藉助於計算機綜合處理多種媒體信息的功能，將文字、圖形、圖像、聲音、動畫及視頻技術相結合，使多種信息邏輯地連接並集成一個有機的具有人性化操作界面的空間信息傳輸系統

4、動態地圖：利用地圖動畫技術,直觀而又逼真地顯示地理實體運動變化的規律和特點。

動態模擬，使重要事物變遷過程再現；

運動模擬，對於運動的地理實體的運行狀態及環境測定和調整；

實時跟蹤，在運動物體上安裝GPS，它能夠顯示運動物體各時刻的運動軌跡。

5、三維仿真地圖：基於三維仿真和計算機三維真實圖形技術而產生的三維地圖,具有仿真的形狀、光照、紋理等，也可以進行各種三維的量測和分析 。

傳統三維表示方法

·暈渲法：通過光照下灰度的變化來反映高度的變化；

·等高線法：高程相等點的連線，高程間隔一定；

·分層設色法：用顏色系列來表示高程。

6、虛擬現實：以視覺為主,也結合聽、觸、嗅甚至味覺來感知環境,使人們猶如進入真實的地理空間環境之中並與之交互作用。除了對三維空間和一維時間仿真外，還包含對自然交互方式的仿真 ^[3]  。

虛擬現實通過頭盔式的三維立體顯示器、數據手套、三維鼠標、數據衣、立體聲耳機等使人能完全沉浸計算機生成創造的一種特殊三維圖形環境，並且人可以操作控制三維圖形環境。