[发明专利]三维虚拟现实系统与地理信息系统的无缝可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实技术、地理信息技术领域，具体涉及一种三维虚拟现实系统与地理信息系统的无缝可视化方法。

背景技术

大规模三维复杂虚拟场景的实时可视化是虚拟现实系统的重要组成部分，广泛应用于：数字地球，战场信息可视化，大型建筑物漫游，三维驾驶仿真，计算机辅助工业制造，以及计算机游戏和动画等众多分支领域，是所有虚拟现实系统的基础。它的目标在于：在一个空间跨度较大的三维复杂场景范围内，给用户提供一个能够实时交互的浏览环境，从中能够获得逼真度非常高的视觉体验。

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。地理信息系统结合了地理学和地图学，被广泛应用在测绘与地图制图、资源管理、灾情监测、城乡规划、国防、环境保护、宏观决策支持等一百多个领域。除了专业的地理信息系统，随着互联网和移动互联网的蓬勃房展，人们日常生活中能够接触到的商业地理信息系统也越来越多，如国外的Google地图、Bing地图，国内的百度地图、高德导航等。这些系统为我们的生活提供了极大的便利。地图符号是传统地理信息系统中用来表示实际地物的图解记号，它能表示地物的数量特征及空间位置关系。地图符号的可视化能增强地理信息系统和地图的易读性。

随着计算机图形学与虚拟现实技术及其三维可视化技术的快速发展，地理信息系统也开始逐渐从二维向三维空间发展，传统的二维地图符号的呈现方式已不能满足三维地理信息系统中复杂三维场景空间的表示和可视化的需要，如何有效地展示三维地理信息系统中的地理事物的空间位置信息的抽象形式及其所对应地理实体的三维空间特性成为亟需解决的难点问题。国内外几个主要的GIS产品中，包含三维模块的主要有以下几个：

(1)ESRI公司推出的ArcGIS不断扩展了它的三维显示与分析组件ArcGIS 3DAnalyst。该组件提供用户的功能可以实现地表网格的三维构模和立体分析，数字城市的三维显示、分析与管理，并提供三维建模工具。

(2)ERDAS公司推出的IMAGINE系列产品是一个包括制图和可视化核心功能在内的 影像工具软件。其扩充的VirtualGIS模块可以实现实时三维飞行模拟和GIS分析等功能。

(3)CyberCity 3D公司所推出的CyberCity 3D系统是根据城市数据、GIS数据、CAD数据等自动建立三维模型，并具有大范围海量数据三库一体化管理和无缝三维实时漫游功能，并具有常规GIS的空间信息查询、表示、分析和决策功能。

但是目前三维GIS依然面临着许多技术挑战，许多关键技术没有得到很好的解决。例如，如何自动重构三维GIS数据源，如何实现海量地理信息的高效可视化等。地理信息三维可视化系统的研究对象是三维空间，三维地理信息的可视化系统不仅仅对二维地理信息系统进行简单扩展，而是从地理空间模型分析到空间数据库的结构直至三维地理数据的可视化。地理信息系统可视化要为用户提供兼具具象和抽象含义的地理信息展示，上述具备三维地理信息可视化功能的系统及其方法虽然可以较好地表达地理实体的三维空间形状等具象信息，但是一方面由于具象信息过多过密集而容易导致信息的过载和混乱，另一方面也难以有效表达地理空间位置信息的抽象符号化形式，他们往往把三维地理实体和抽象的地理符号区分对待；而传统二维GIS的可视化主要侧重于表达地理事物的空间位置信息和地理实体之间的关系以及状态变化，而对三维实体本身的空间结构、形态缺乏真实表达，仅仅以抽象或象形符号代表。作为传统地图和2D地理信息系统中用来表达和传递地理信息的工具，地图符号的重要性不言而喻。地图符号是地图和地理信息系统中用来表示实地物体的特定图解记号，是地理信息对真实世界的描述与表达。地图符号作为地理信息表示和可视化的形式具有有两个基本功能，一是表示地物种类及其数量和质量特征，二是表示地物的空间位置和现象分布。地图符号的好坏直接影响到地图和地理信息系统中地理信息的表达和传递效果及其易读性。随着地理信息系统从二维到三维的发展，原来的二维地图符号已难以满足三维场景逼真性的要求,它必然要求与之配套的三维场景可视化技术和相应的符号理论及技术。

上述无论二维GIS还是具有三维可视化功能的三维GIS系统的可视化方式都有可能造成地理事物抽象与具象信息的混淆、错乱、脱节，从而降低了三维地理信息系统的可读性、易用性，给用户带来极大的障碍和麻烦。

发明内容