VR技术在地理信息数据展现中的应用研究

蔡迎+李小虎+武彦明+薛国

摘要：本文从VR技术与地理信息数据展现相结合入手，主要研究利用虚拟现实手段，模拟产生三度空间，使受众在视觉、听觉、触觉等感官上有一个身临其境的感觉，并与地理信息数据相结合，融合数字地球、GIS模型建立、二维地图产品等传统展现方法，生成一种新的地理信息数据展现模式，对于构建三维地理信息数据体系具有一定意义。

关键词：VR技术；地理信息数据展现；三维地理信息数据体系

VR技术是近年来出现的高新技术，随着它在军事、地理、测绘和其他领域应用的不断拓展，将它同地理信息数据产品融合的时代已经到来，本文从VR技术概述、VR技术的基本特征、VR系统的组成、VR技术在地理信息数据生产中的应用构想等方面进行阐述，旨在通过研究，提出崭新的数据展现方法，为地理信息数据建设提供基础保障。

1 VR技术概述

VR技术就是虚拟现实，是以计算机为硬件基础，在计算机图形、数据仿真、全息投影、网络并行、传感器显示等技术的最新成果上，利用电脑生成模拟系统，使用户通过该系统对复杂数据进行可视化操作和高级人机交互，包括各种科学研究、修改建筑方案、预测工程进度和施工质量、模拟军事演习等，是一种新型的具有巨大发展潜力的数据可视化操作技术。

2 VR技术的基本特征

2.1多感知性

所谓多感知性是指在现阶段普通电脑视觉感知的基础上，又增加了耳、鼻、手、脚、舌等其它感官的真实存在，虚拟现实的发展方向是逐步具备人类所有的感知功能。

2. 2浸没感

理想的虚拟现实环境使用户有一种身临其境的感觉，他们在使用虚拟现实技术完成工作的过程中，完全浸没在真实场景中，无法分辨景物的真假。从视觉、味觉、听觉甚至于触觉上都和真实世界是一致的，如同在现实世界中一样，有助于用户全身心地投入到各项工作中去。

2. 3交互性

目前人和电脑的交互还停留在形式简单、内容单一、手段落后的阶段，使用虚拟现实技术，可以实现用户实时、准确地与模拟环境中的物体进行各种交互操作，并得到其近似真实自然的反馈。例如，虚空抓取的东西可以随人体一起移动，环境中的物体能感觉到它们的质量和重量等。

2. 4构想性

虚拟现实技术所提供的模拟空间，不仅可以非常逼真地表现现实环境，还可以根据用户特殊需要构建现实中根本不存在的多维空间，并能通过各种方式引导思维认知范围的拓展，激发想象力，提高人们研究未来的可能性。

3 VR系统的组成

VR系统是一款以大数据为基础，以先进的计算机系统为支撑的高科技成果，基本组成部分包括虚拟现实生成系统、感知系统、专业软件和开发接口。虚拟现实生成系统主要包括影像采集、音频编辑、高端定位等；感知系统主要包括传感器、数据接收器、跟踪器、显示器等；专业软件主要包括三维仿真软件以及相应的数据库。

4 VR技术在地理信息数据展现中的应用构想

虚拟现实技术的发展依赖随着计算机技术、测量与传感技术、计算机图形学、模拟仿真学的飞速发展，运用到地理信息数据展现领域的优势已经逐步表现出来。

4.1VR技术在测绘制图中的应用

利用VR技術强大的模拟仿真场景构建技术，制作各种虚拟现实专题地图，真实地再现人文景观，使用户能够感觉真正地进入“地图”，利用多感知编辑器中视觉为主的感知器来进行场景仿真，用虚拟现实感知系统连接数据分析应用工具，模拟真实工作中的一些内容，如经纬度计算、距离量算、面积计算等。将传统的制图过程与虚拟现实技术相结合，是测绘学科中一个新的设想。虚拟现实地图以模拟真实的地物、地貌替代象形的地图标号，这使得“地图”改善传统地形图中数据符号化、平面化和静态化的状态，进入多维交互、时空变换、实时动态的状态。这将带动测绘制图工艺从传统的地图符号选取、编辑、转换向三维地形生成、多重感知支持、地物真实构建、分析挖掘便利的方向发展

4.2 VR技术在三维GIS模型中的应用

随着三维技术的迅猛发展，用户对GIS三维功能的要求越来越多，而传统的DEM（数字高程模型）只是静态的假三维，不能满足用户的需求，利用虚拟现实系统的三维场景模型加载GIS数据库和地面影像数据库生成三维地理信息模型，再使用多感知编辑器进行模拟仿真，让用户感到进入到真实的地形当中。地理信息数据库主要包括等高线、水系、道路、居民地等基础数据；地面影像数据库主要包括已做定向和数字化的航空照片与卫星照片。

4.3 VR技术在其它GIS产品中的应用

市场上通用的二维GIS产品不管是纸质的还是加载到各种地理信息软件中的地形图，都不能满足用户对信息的需求。随着数据挖掘领域的迅猛发展，不同阶层的用户都渴望借助一个三维可视化程度高、人机交互功能强的地理信息产品来帮助他们提高研究分析的效率和精准度，而虚拟现实技术是解决当前问题的有效方法之一。随着计算机终端硬件和计算机图形技术的发展，地理信息产品正向多种维度、方便交互、实时动态和高度真实的方向发展。与传统地理信息产品相比，这类产品可以大大节省该领域研究经费、时间，并提高成果的可信度。

结束语：目前，虚拟现实技术在地理信息数据展现领域受各种条件制约，还处于初级发展阶段，但就发展前景来看，将给三维地理信息数据体系建设带来巨大的影响，从而推动虚拟现实技术同地理信息数据展现手段的无缝结合。

参考文献

[1]胡圣武，潘正风，虚拟现实技术的应用及其需要解决的问题，《矿山测量》，2004（1）：13-14 。

[2]刘光然，虚拟现实技术，清华大学出版社，2011年1月1日。

[3] 冯德俊，张献州，张文君，虚拟现实技术在地理信息系统中的应用，《四川测绘》，2001（2）。