5-空间信息可视化与景观仿真

空间信息可视化与景观仿真,一、城市规划中空间信息可视化的要求与方法二维图纸为主。主要集中在城镇体系规划、城市总体规划、分区规划等阶段，考虑问题的侧重点集中在资源环境、区域研究、城市交通、基础设施、社会经济、土地使用结构等方面政策研究和决策支持。所涉及的信息表达，以二维图纸、计算机平面显示为主。,二维图形图像处理方法传统学科的影响：地图学、制图学。现代信息技术的影响：由于使用了计算机，比传统方法更加灵活、便捷、细致地表达和处理空间信息，制作专题地图更加方便，辅助于空间分析和决策。二维图形图像学的可视化技术已经成熟，借助CAD、GIS等各种软件产品得到推广。,.简单三维模型。集中应用在城市设计、详细规划的方案阶段。主要表现为三维实体和三维场景，对于三维模型的整体要求还较简单，往往不需要细节，重点在于体量、高度、相互之间的空间关系和总体布局。以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。,GIS的三维可视化技术，作为一种“数字化的工作模型”，可以在城市设计的方案阶段应用。使用ArcViewGIS软件的3维可视化技术，即时反映城市设计方案,简单三维图形图像处理方法用计算机表达三维模型，直观而逼真。三维图形图像学的表达方法不再以符号为主，以景观仿真为重点。三维图形图像学的表现方式与手段随应用需求的不同而有很大的差异，其中CAD、计算机动画方面的应用历史较长。近年来，GIS的三维可视化发展迅速，也有了一些产品化的软件。,GIS的三维空间可视化,ArcView3DAnalyst模块为桌面GIS带来了三维数据的透视观察和分析功能。此外，在制图和空间数据分析上也有很大的提高，3DAnalyst改变了传统的2D平面的地图显示方式，代之以三维的动态交互的地图显示。丰富的3D分析工具可以帮助你从全新的角度认识地理数据。,1、3D分析及建模,查看3D数据,由于GIS实现了空间信息和属性信息的集成管理，并能够完善地建立二者之间的联系。所以GIS的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息的图形可视化。例如，利用一张中国的行政区划图，我们可以从地理信息系统数据库中提取各省（市、自治区）2007年的人口统计数据，计算人口密度，并按人口密度的分级指标指定不同的色彩和填充方式显示行政区所对应的图斑(这实际上是一个从属性到空间的关联过程)，这样空间地物的专题属性就可以通过GIS实现具有空间参照信息的可视化。,3D分析及建模,要素立体化（extrusion）,2、3D场景文档,3D场景文档,图层控制面板及3D视图窗口,3D场景用户界面,放大缩小,3D要素查询,3、3D显示及分析所支持的数据类型,栅格数据源TIN数据源2DShape文件及影像数据3Dshape文件,栅格数据源：Grid,通过包含高程信息的点数据如全球定位系统（GPS）数据内插得到由其它数据创建通过DEM数据获取根据栅格单元的取值以3维方式显示,TIN数据源,TIN是表现地表的一种快速的、高效率的、基于矢量的数据类型,TIN数据源：,是一种用以对表面进行建模的复杂数据结构,2Dshape文件及影像数据,任何2D地理要素都可以直接覆盖在3D表面（TIN或grid）。你还可以将多种影像数据（卫星影像、航空相片、扫描影像）覆盖在3D表面，使3D制图的内容更丰富、效果更逼真,河流等高线数字正射影像,3Dshape文件:一种要素类型,ArcViewGISshapefiles的数据结构扩展到支持包含坐标Z值的数据类型。Z值可以通过矢量要素的某一属性值（字段）得到(Theme菜单-Convertto3DShapefile)，也可以通过已有的TIN或grid插值得到(Toolbar-InterpolateLinetool)。这使得2Dshapefiles到3Dshapefiels的转换变得快速便捷任何2-Dshape文件可以转换到3-Dshape文件,4、3D可视化,图例编辑通过覆盖和立体化，以3维方式查看2维数据实时透视图浏览：移动/放大、缩小导航：/旋转/倾斜/模拟穿越飞行,3D可视化:图例编辑,修改TIN的显示,3D可视化:通过覆盖和立体化（Extrude）的操作以3维的方式查看平面的要素,修改2-D主题的显示,垂直偏移,设置阴影效果,3D可视化:通过覆盖操作查看2D数据,河流覆盖于DEM之上,河流覆盖于正射影像之上,3D可视化:通过立体化操作查看2D数据,根据图层中指定字段的数值对点要素进行立体化,根据指定的一个数值常数对河流主题进行立体化,3D可视化:实时透视图浏览,导航工具,3D可视化:实时透视图浏览,表面建模:渲染（阴影制图）,drapingwithcolorramping,表面建模:渲染（阴影制图）,draping,colorramping,andhillshading,drapingwithcolorramping,表面建模:最大坡降,基于TIN计算某一点的最大坡降轨迹,在视图中显示为图形元素,可以在3D场景中显示,3.细致的三维模型和景观模拟仿真主要集中在城市设计、详细规划的成果表现阶段。设计工作告一段落，需要将成果提交、展示给决策者、公众。由于展示的对象以非专业人士为主，要求尽可能地逼真表达设计中的城市环境，能够表达丰富的细节，三维模型要求相当细致。给人以真实性感觉是这一类型要求的重点。,某地城市房地产三维电子沙盘,虚拟现实的方法虚拟现实是由计算机产生虚拟的环境，使用户得到沉浸于环境的感觉。虚拟现实技术的基本特征用三个“I”表示，即Immersion(沉浸性)、Interaction(交互性)、Imagination(构想性)。虚拟现实和CAD及计算机动画的区别在于：动画的所有画面是事先定义好的，操作者只能被动地观看结果。而VR技术能让操作者随时改变视角、位置、路线，观察由计算机生成的城市环境，使人能沉浸在虚拟的现实环境中，并与它发生交互作用。,VRMap平台操作,北京灵图软件,VRMap4.0产品体系,VRMap平台基础介绍,系统要求平台环境介绍显示方式介绍浏览方式常用插件标准编辑插件,VRMap系统要求,VRMap平台环境,VRMap的主界面与标准的Windows软件界面一致，其基本的界面元素包含如下几个部分：菜单栏以菜单命令的形式提供软件的所有功能状态栏用于提示用户的操作以及显示场景的状态信息工具栏使用户能够快捷地使用软件提供的功能窗口包括场景窗口、工程窗口、属性窗口快捷键,菜单栏,工具栏,属性窗口,场景窗口,工程窗口,状态栏,菜单栏插件管理器,VRMap插件管理器，用来管理现有的和外接的程序。VRMap内所有功能被分类整理后以插件的形式放入插件管理器，通过插件管理器中的“加载行为”来控制插件的加载或卸载。,VRMap状态栏,Tris面板表示当前场景中的三角面数量，数值越大表示场景越复杂FPS面板表示当前场景的每秒渲染祯数，数值越大表示场景浏览越流畅。一般，帧数大于5表示可以正常浏览，大于15表示场景浏览流畅动画控制面板显示当前动画编辑控制的一些信息。最左边的面板为菜单信息以及进度条面板,工程窗口对象视图,对象视图：将场景中的所有对象以树的形式进行组织，所有场景中的对象都是场景对象的子节点，每一个特定的对象都有一个和它相关联的图标，用户可以对场景中的对象一目了然。对象视图表示的是场景中所有对象的真实空间位置对象创建的时候系统可能自动为其建立一定的从属关系，比如：对于每一个Terrain（DEM）对象，系统都会为其创建一个TerrainDataset子对象；在创建矢量地物对象时，系统自动将其作为Terrain对象的子对象加入对象视图。,工程窗口层视图,层视图是另一种对场景中的对象进行管理的方式。主要是为了方便用户对一组对象的操作，对于在一个层下的物体，用户可以对它们的一些共有的属性进行整体编辑。操作：用户可以在层视图的场景对象上点击鼠标右键，菜单新层创建新层，然后可以在对象视图中选中一个对象将它的Layer属性设置为这个新的层，这样在层视图的这个新层下就可以看到这个对象。,属性窗口对象属性,对象属性窗口非常类似于VisualBasic的属性窗口，各个属性按照字母顺序从上到下排列。一般的数值或字符属性用户可以在其上双击鼠标进入编辑状态，输入新的属性值；对于布尔属性或枚举属性，用户可单击属性后在下拉列表里选取，或者双击属性使其值自动在其范围内切换,显示方式,VRMap提供了多种的显示方式四视图宽屏显示全屏显示视点切换,四视图,前视图、左视图、顶视图、透视图,场景中右键全屏、宽屏场景中右键视点切换,鼠标操作可以通过“场景操作”插件实现鼠标浏览场景,浏览方式,步行、飞行模式,步行模式：是模仿人行走的一种仿真浏览模式，通过步行模式可以实现如爬楼梯、上山、翻越障碍等一系列仿真动作飞行模式：模仿空中飞行的浏览模式两模式更改属性面板更改快捷键更改（F2）,数据准备,场景是由数据组成的，对于一般的场景，主要由以下四类数据组成，统称为4D数据：DEMDOMDLGDM,DEM:,地形数据，标准地形数据为USGS标准格式,文件后缀名必须为*.usgs，,DOM:,影像数据，标准影像数据为bmptab，并且要求这两个文件放在同一文件夹中，建议名称相同。其中tab文件可通过MapInfo配准得到，或者手动编辑。,DLG:,矢量数据,包括点、线、面、注记等形式。,DM:,模型数据：包括矢量楼块数据以及3D模型等。,其他数据：,包括其他匹配数据、粒子等组成场景的辅助要素。,数据格式,场景制作流程,场景制作过程,地形、正射影像编译模型层的生成矢量楼块3ds模型场景辅助设施建设和场景环境总体协调原始数据的属性查询,地形生成,导入地形导入正射影像连接地形设置：实施浏览配置典型光源远裁剪面近裁剪面（比例最好不大于15000）注意：将地形与影像的.pak文件放在同一文件夹下，才能在指定链接后同时选择地形数据库与影像数据库。,模型层数据组织,VRMap的数据组织方式将三维数据数据分层管理，每层分纹理，模型，属性进行存储。,模型层的生成,直接导入模型生成矢量楼块批量导入（mif、shp）单个导入批量导入连接或导入已经生成的模型层（mdb）,二维矢量数据的编辑,矢量数据的创建和修改是通过“矢量工具”插件来创建矢量点、线、面，并且进行匹配和修改匹配的目的：将二维矢量数据快速生成满足真实感要求的三维场景。,匹配模型,点匹配模型VMD+VMM+BMPJPG线匹配模型剖面匹配BMPJPG+VMM型匹配VMD+VMM+BMPJPG综合匹配VMD+VMM+BMPJPG面匹配模型VMD+VMM+BMPJPG,场景辅助设施建设,环境结点特效结点,粒子结点,特效面(需显卡支持),场景使用,制作好的场景,场景输出,录制动画,动画编辑插件,定线飞行浏览插件,动画输出,动画编辑插件,高分辨率出图插件,标准GIS分析设计插件,场景分析,飞行,测量,查询,二、当前城市规划中的实用景观仿真技术城市规划中的空间信息可视化主要用于景观仿真。目前，二维图形图像学方法、三维图形图像学方法、虚拟现实方法都有了相应技术和大量实例。1)用计算机绘制平面图、立面图、剖面图、透视图。2)计算机绘制的静态渲染图。3)固定路径的计算机动画。4)交互式、动态的景观仿真。5)虚拟现实。,静态渲染图先建立物体的三维几何模型，然后设定模型表面的材料质感(或贴纹理图)，而后设定场景中的采光、照明，再选取一个合适的观察角度，由计算机渲染成单幅静态图像，在计算机屏幕上显示出来或打印在纸上。,2关于固定路径的动画将很多幅静态渲染图串联起来，在显示屏上连续播放，就形成了计算机动画，不但观察者是在场景中运动，场景中的物体也可以运动。制作动画的过程和静态渲染图相比，要增加视觉选择和观察路径的设置，计算机计算出关键的帧，根据关键帧，再靠算法自动填补中的画面，产生动画数据，然后播放画面，动画数据的产生和播放也是分开的。,3关于交互式、动态的景观仿真所谓实时动态，指计算机可以根据观察者选择的位置、视角立刻产生渲染图，所谓交互，指观察者可以比较灵活地控制、调整观察的位置、方向、视角。,(1)三维几何模型的简化采用纵向拉伸的方法，将建筑平面图，变成垂直方面不变的立体体块，其原理是在二维模型的基础上，增加高程信息，不将高程变量作为独立的变量来处理，只将其作为附属的属性变量对待。这种二维半简化模型不能表达形体复杂的物体，如坡屋顶、穹隆顶、山洞。为了弥补形体太简单的不足，可将现场摄影的建筑立面以平面纹理的方式贴在被简化的建筑物上，将航空摄影的地表图像贴在地表上。,(2)基于图像的环视仿真在一个固定的地点，对周围景观进行360o的环绕摄影，然后用计算机将一幅幅不连续的影像图连接起来，就成为360o的全景影像，形成一个闭合的场景，再用普通的计