空间信息可视化综述

■陈燕 陈雪荣

（长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054）

空间信息可视化综述

■陈燕 陈雪荣

（长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054）

本文概述了空间信息可视化的特征、形式及其基本过程，分析了信息可视化当前存在的一些问题，最后讨论了空间信息可视化在未来有待研究的问题。

空间信息可视化 表现形式 基本过程

空间信息可视化是指利用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息的相关数据及结果用图形、图像，并结合图表、文字等可视化形式显示出来并进行交互处理的技术方法。完整的空间信息可视化概念要包括科学计算可视化、数据可视化以及信息可视化3个方面。科学计算可视化是指空间数据场的可视化,人们需要在计算过程、数据处理过程中了解数据的变化,然后一些可视化手段来检查、分析处理结果数据。空间数据可视化技术是运用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换为图形或图像，然后在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。近年来,随着网络技术的发展,进一步提出了信息可视化的要求,为了使发现知识的过程和结果易于理解和在发现知识过程中进行人机交互,需要进一步发展空间信息的可视化方法。

1 空间信息可视化的形式

在计算机图形图像处理技术出现时，空间信息就可用文本、图形、图像等形式来表示，这是空间信息可视化较为简单而常用的形式。随着地图动画技术、三维技术和虚拟现实技术的产生和发展，空间信息可视化进入了一个崭新的时期，可视化的形式主要有下列5种：地图：空间信息可视化的最主要的形式，包括纸质地图和数字地图；多媒体信息：使用文本、图形、图像、声音、录像、音频、视频等形式，综合形象地表现空间信息；动态地图：借助地图动画技术，可以直观而真实的处于地理空间环境中，并与之交互作用。动态地图的表示方法如下：利用传统的地图符号和颜色表示；采用定义动态视觉变量的动态符号来表示；采用连续、快照方法制作多幅或一组地图。

2 空间信息可视化的基本过程

一般科学计算可视化包括模拟、预处理、映射、绘图、解释等5个过程,可以支持后处理、跟踪处理、驾驭处理等方面的应用。根据空间特点与实际应用需要,空间信息可视化完整的过程应包括数据组织与调度、静态可视化、过程模拟、探索性分析等4个过程。其中,数据组织与调度主要适合于解决海量空间数据的简化模式、快速调度;静态可视化主要解决运用符号系统反映空间数据的数量特征、质量特征和关系特征;过程模拟是对空间数据处理、维护、分析使用过程提供可视化引导、跟踪、监控手段;探索性分析则是通过交互式建模分析可视化、多维分析可视化为空间知识提供可视化技术支撑.

3 空间信息可视化技术存在和待研究的问题

近年来，空间信息可视化在电子地图与动态地图表达、虚拟环境表现、知识发现与挖掘等领域具有良好的应用前景。但随着IT技术的不断发展,应用的普及与深化,仍存在许多问题需要进一步研究,主要包括以下4个方面：

（1）时空数据模型的研究。当前许多专家提出了空间-时间立方体模型、序列快照模型、空间-时间组合体模型,但这些模型在时空语义和逻辑建模、模型的形式化描述方面还有不足。尽管商用关系数据库相继实现了对空间数据的管理，但是,关系数据库系统主要用于空间数据检索,它对不同尺度空间数据缺乏有效衔接切换机制,对时态数据描述与管理支持不够。规范化的时空数据模型可以全面描述图形、图像、DEM、属性等不同类型的多维海量空间信息,实现对多类型、多尺度、多时态海量空间信息进行统一组织、存储、更新维护、连续快速调度等。

（2）目前信息可视化技术主要用于展示、生产模拟地图,在人机交互的数据可视化方面比较弱,对于时间变化的情况,更多的是支持2维或2.5维空间可视化，很难满足各种现象及其变化复杂性和相互关系,利用数据库管理技术研究多用户空间信息调度引擎开发,信息可视化的数据模型和简化方法,利用关系数据库存贮、管理和动态调度DEM数据、纹理数据的方法,采用3层浏览器/服务器实现3维地形场景表达。

（3）空间信息处理分析与模拟表达的统一。GIS拓扑数据与可视化制图数据中查询、分析的信息与地图化展示的数据还不能统一,未能实现信息的统一存储。专家提出了可视化挖掘的概念,主要研究多类型、多重数据混合视图技术,空间数据特征及其关系的多维建模与图形化表达技术,空间数据的动态表达和随时间变化的表达技术,多分辨率空间数据表达技术,图形化的人机交互方式设计技术,利用空间分析模型进行空间数据探索性分析及其视图控制技术。通过对空间信息的位置、时间和数质特征进行全面可视化。

（4）海量空间数据的可视化问题。目前还缺乏有效的技术手段解决大范围海量空间数据可视化的动态调度,无法实现大范围动态多维可视化。多尺度、海量空间数据处理与分析过程可视化技术通过研究可视化的数据管理方法,实现利用多种视图直观反映多维海量空间数据库的创建与维护过程,对操作过程进行可视化引导,并对数据流向、元数据、使用频率、访问权限、运行状态进行可视化监控与一致性检查。通过可视化界面与空间分析进行连接,将空间分析过程通过可视化界面直观表达。

4 总结

随着科学的进步和各应用的深入，出现了大量多分辨率、多时态空间信息，与之紧密相关的非空间数据也日益丰富，对空间信息可视化技术的要求也越来越高，从而对海量空间信息的综合应用提出了挑战。同时，信息技术的发展也要求空间信息可视化的概念、形式、基本过程等相关理论有相应的发展。同时，时空数据模型研究、利用数据库管理技术实现网上海量空间信息可视化、空间信息处理与分析过程可视化、空间知识可视化分析技术将成为该领域研究重点。

[1]肖昕.空间信息可视化关键技术与方法研究 [D].华南师范大学,2005.

[2]刘纪平,常燕卿,李青元.空间信息可视化的现状与趋势 [J].测绘学院学报,2002,03: 207-210.

[3]芮小平,张彦敏.空间信息可视化挖掘研究 [J].测绘科学,2005,02:64-66+6.

[4]杨彦波,刘滨,祁明月.信息可视化研究综述 [J].河北科技大学学报,2014,01:91-102.

[5]赵军喜,高博.空间信息可视化的最新表现形式 [J].地图,2001,03:7-10.

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-5-241-2