城市建设中的虚拟地理信息系统(VR―GIS)

2017-08-22 11:25:35 来源: 未知

  一、虚拟地理信息系统(VR-GIS)简介
  VR-GIS技术是指虚拟现实技术与地理信息系统技术相结合的技术,包括与网络地理信息系统(WebGIS , ComGIS)相结合的技术。VR-GIS技术是上世纪90年代才开始的一种专门以地学信息科学为对象的虚拟现实技术。VR-GIS技术目前还不用数字化头盔、手套和衣服,它运用虚拟现实建模语言(VRML)技术,可以在PC机上进行,使费用大幅降低,所以它具有被广大用户接受的特点。本文主要对虚拟地理信息系统(VR-GIS)的构成及特征、关键技术进行了分析,并研究探讨了该技术在现代城市建设中的实践应用,总结了该技术的广阔应用前景。

  二、 虚拟地理信息系统(VR-GIS)的构成及特征
VR和GIS两个技术的连接,主要是通过虚拟现实构模语言(VRML)转换文件格式,把GIS信息转到VR中表示。VR-GIS方法是基于一个耦合的系统,由一个GIS模块和VR模块组成。VR系统的构成模型见图1,用户操作虚拟环境时,主要使用传感装置,就能得到如二维实时显不等反馈信息。外部世界和系统使用传感装置可以形成反馈闭环,用户控制时,虚拟环境与用户的交互能够很大地影响外部世界。VR系统由6个模块组成,见图2。一是反馈模块,给用户提供实时反馈,接收传感器发出的模块信息;二是检测模块,用户发出操作命令后,检测到后通过传感器,在虚拟环境中使用;三是传感器模块,传感器一方面接收到用户的命令,然后运用到虚拟环境中;传感器在另一方面会将操作结果反馈信息传给用户;四是控制模块,控制传感器,并且作用在现实世界、虚拟环境和用户之间;五是建模模块,将现实世界用三维形式表现出来,构成虚拟环境。

VR技术的特征:一是交互性。是指在模拟环境中,用户对物体的操作程度以及从环境中得到自然反馈的程度。比如,用户在现实世界中用手直接去抓取物体时,手有触觉,能够感受到物体重量,视觉中的物体会跟随手动的移动;二是存在感也称为临场感。是指在模拟环境中用户存在的真实程度。模拟环境如果想要达到理想程度,就要让用户难以分辨环境的真假;三是自主性。是指物体在虚拟环境中按照物理定律运动的程度。比如,受到力的作用,物体会翻倒或者移动;四是多感知性。是指计算机除了一般视觉感知,还有运动、触觉、力觉、听觉感知,甚至是嗅觉、味觉感知等虚拟现实具有人所具备的感知才能达到理想程度。

  三、虚拟地理信息系统的关键技术
  (1)系统集成技术。因为虚拟现实包含了许多模型与感知信息,所以集成技术在系统中至关重要。它主要包括了数据的管理模型和转换技术、同步信息技术、标定模型技术、合成与识别技术等。

  (2)传感器和立体显示技术。传感器和立体显示技术主要运用在系统的交互能力上,但是目前的虚拟现实还达不到系统的需求。比如数据手套的缺点有使用不方便、低分辨率、较小作用范围、延退大等等;有待提高虚拟现实的跟踪范围与跟踪精度,三维显示技术也需要创新。

  (3)动态环境的建模技术。虚拟现实的核心是建立虚拟环境,该项建模技术主要是为了获得真实环境的相关数据,按照应用要求,使用这些数据来建立虚拟模型使用CAD技术能够获取二维数据,同时也要使用非接触式技术建立起更多环境,结合在一起使用可以提高获取数据的效率。

  (4)开发应用系统的工具。应用虚拟现实关键就在于找到适合的对象与场合,充分发挥出创造力与想象力。如果应用对象选择恰当的话,能够有效地提高效率、提高产品质量以及降低劳动的强度。开发虚拟现实的工具,要进一步研究创新。

  (5)分布式VR-GIS技术。分布式VR-GIS必须运用到网络,虚拟环境和用户用网络连接,多人实时进行交互也需要网络。在虚拟现实环境中,用户和计算机进行交互,能够共享信息。主要模型结构分成复制式与集中式结构,而多协议模型包括了交互协议、仿真协议、动画协议、几何协议以及场景管理协议等。

  四、现代城市建设中虚拟地理信息系统(VR-GIS)的实践应用
虚拟地理信息系统(VR-GIS)可以模拟景观结构、地貌构造、火山构造、地质构造以及地球构造等;也可以模拟大型的交通、城市工程结构。对三角洲演化形成的过程、冲击平原的过程、风化地貌以及河流地貌的进行虚拟实验。模拟试验海气交互、强对流天气、雷暴雨、龙卷风天气过程。地球系统的自然运动现象如火山爆发过程、地震的发生过程与机制、地壳运动过程都可以进行虚拟。对洪水灾害和救灾、学场森林火灾和救灾、垮坝灾害、雪灾、泥石流、滑坡、山崩、水土流失过程、荒漠化过程或土壤侵蚀过程进行虚拟。同时可以虚拟试验沼泽、湖泊、学场、森林生态系统,甚至是区域、城市、养殖农业生态系统的虚拟。对城市的可持续发展、区域的改造与规划进行虚拟。在现代数字城市系统中,虚拟地理信息系统所具有的观察立体细节的能力,可以跳转到不同的位置来检验开辟新观察的可能性。

新的建筑物或其他设施的规划者能从他们的透视位置进行全面的立体观察,或者能从附近的建筑物看到他们所在的地方的虚拟建筑物。城市管理者能看见各层街道、建筑物和停车场上的实际地貌,估计附近地点可以容纳的建筑数目、拥塞情况、光线照射等情况。此外,他们能用GIS数据库显示分布的商业活动,例如学校或商店的定位、主要下水道以及无数的其他信息。紧急事件报警服务能使责任者立即获得他们将要处理区域的三维图像,在GIS数据库中适当地添加事件信息,就能看见那儿出现的建筑或道路交通拥挤。

  五、结语
  总之,随着计算机技术的快速发展,在众多平台上的相关服务都需要采用V R-GIS,VR技术在微机环境中的实现也成为了现实VR-GIS是实时有效、高度集成的可视化地形数据,系统需要管理大量数据,是复杂典型的地理数据集。VR-GTS能够观察到立体细节,并且能够跳转到开辟检验新观察的功能。VR-GIS能够显示商业活动以及实际地貌的分布,并且数据库可以随时添加三维数据,这样对于各种城市新规划、地域新改变都能及时反应到VR-GIS中,其应用前景非常广阔。