空间可视化
摘要：文章分析空间信息可视化的基本概念和应用，国内外研究现状和存在的主要问题入手，分析了空间信息可视化的基本原理,探讨了与空间信息可视化有关的关键技术。
关键字： 空间信息可视化、计算可视化、数据可视化、信息可视化
空间信息可视化是运用计算机图形学、 图像处理技术和地图学的表达方式将空间信息输入、处理、查询、分析的结果用图形、图像结合图表、文字、表格、视频等可视化方式显示并进行交互处理的理论、 方法和技术。 具体地说， 就是利用可视化原理、技术和方法，可对大量的空间数据进行处理，形象地、具体地显示其空间特性， 使研究人员能直观地观察和模拟， 从而丰富科学发现的过程， 给予人们深刻与意想不到的空间洞察力。
完整 的空 间 信息 可视 化概 念要 包括 科学 计算 可视 化 (Visualization in Scientific Computing) 、数据可视化 (Spatial Data Visualization)以及近年来国际上提出的信息可视化(InformationVisualization)3 个方面。科学计算可视化指空间数据场的可视化， 人们需要在计算过程、 数据处理流程中了解数据的变化， 然后通过图形、图像、图表以及其它可视化手段
来检查、分析处理结果数据。空间数据可视化技术指的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，要发展发现空间知识的可视化方法。
通过可视化可以扩展人类的视觉功能， 对大量抽象的数据进行分析， 人们通过可视化技术可以了解数据之间的相互关系及发展趋势。 同时，海量数据只有通过可视化变成形象特征， 才能激发人的形象思维， 才能在表面上看来是杂乱无章的海量数据中出其中隐藏的规律， 为科学发现、 工程开发、医疗诊断和业务决策等提供依据。 总之，空间信息可视化一是可以大大加快数据的处理速度， 使时刻都在产生的海量数据得到有效利用； 二是可以在人与数据、 人与人之间实现图形图像通信，从而使人们能够观察到数据中隐含的现象， 为发现和理解科学规律提供有力工具； 三是可以实现对计算和编程过程的引导和控制， 通过交互手段改变过程所依据的条件，并观察其影响。
空间信息可视化涉及国民经济大多数的行业， 具有广泛的应用前景， 并己在应用中体现出其意义与价值。 空间信息可视化通过强大的、 有效的、系统的地图学表示方法将复杂的空
间和属性数据以具有空间定位的图形图像形式展现出来，以利于人们挖掘数据之间的关联性和发展趋势，了解市场动态、发现商业机会，从而做出及时和正确的决策。 空间信息可视化不仅用图形图像来显示多维的非空间数据，使用户加深对数据含义和理解， 而且用形象直观的图形图像来指引检索过程，提高检索效率。
空间信息可视化技术的核心是为使用者提供空间信息直观的、 可交互可视化环境。它与一般科学计算可视化比较，其主要特点如下：
(1)位置特征：所有空间对象和现象均与地理位置紧密相关；
(2)交互性特征：用户可以方便地调整可视化变量（如轴系，颜、高度、阴影、视角、分辨力等场景参数） ，获得空间信息不同表现效果。
(3)多维性特征：除了    3 维空间外，对空间对象或事件的多属性或变量维，
数据可视化大屏设计可以按其每一维的值，将其分类、排序、组合和显示。
(4)可视化多样性特征：数据可以用图形符号、图像、图表，    3 维实体和动画
来组合展示空间信息，并通过与空间分析与建模的结合实现更高层次的过程模拟。
可视化技术，它适用于任何有一定空间数据存在、 需要进行实体特征描述的场合，它主要包括：数据预处理、模型建立、模型描绘及模型研究等内容。空间信息可视化中的部分关键技术包括：空间数据多尺度表达、空间信息概化技术、渐进传输技术和 “所见即所得” 等技术。其中多尺度表达主要用于满足用户多种比例尺数据的需求， 以及空间信息提取和浏览过程中对数据进行预处理， 以满足更及时、更快捷地数据提取效果； 空间信息概化技术主要用于减少网络传输中的总体数据量， 加快数据传输； 渐进传输技术则用于有效提高响应时间， 满足用户对浏览时间的需求； “所见即所得”技术旨在提高数据提取精度，只提取那些用户所需显示的数据。
在技术实现方面， OpenGL 和 DirectX 已经发展了比较成熟的 3 维图形应用接口和开发工具， VRML2 基于网络的三维可视化，已经支持动画和动态可视化表达。世界著名的 GIS 公司 -ESRI，在 Arcviewx 和 ArcGIS 下增加了丰富的 3 维分析和可视化功能，可适用于城市、地质、海洋等多个应用领域，它最新推出的ArcMap 模块提出了 “以地图为核心”的概念， 实现了制图可视化与编辑、显示、分析功能、分析的完整集成。
随着空间信息的迅速发展， 用户不再满足于单机空间信息可视化。 加之，空间数据量巨大， 空间数据生产、 加工工作量也同耗费人力和物力， 使得数据共享成为一种必然趋势。 网络共享则是最好的方式之一， 由此网络空间信息可视化成为现在空间信息研究中的热点。在网络空间信息可视化方面， Arc View Internet Server 采用服务器方式，Web 服务器通过 ASP、CGI 等接口与 GIS 应用程序通讯，
GIS 服务器将地图生成图像。    Geomedia Web Map 采用中间数据转换方式，将数据库检索结果生成中间图形，    客户端获得图形数据后进行可视化表现。   
此外，采用插件方式通过    http 直接获得数据，在客户端处理可视化的方法也比较流行。
通过互联网络发布空间信息，    不仅用户面广， 信息实时准确， 同时还具有可共享多个数据源，简化客户端配置等优点。在过去时间内，网络    GIS 取得了巨大的发展，形成了一套较完善的技术体系，也涌现出了许多优秀的网GIS 软件，诸如：美国 ESRI 的 Arc view IMs、Maplnfo 的 MapXtreme、AuttoDesk 的MapGuide、 Intergraph 的 GeoMedia Web Map。然而，目前 GIS 的网络应用尚不成熟，各著名 GIS 站仍采用静态图形图像的表现方式，缺少用户的在线交互操作和空间查询与分析，响应时间达不到用户要求等缺点。
通过分析国内外    GIS 软件产品的特性和现状，可以认为由于软件产品自身和现今网络等原因， 都存在传输速度慢， 响应不及时， 不能满足用户对空
间信息查询时的需求，且人机交互能力弱等问题，严重影响了    GIS 软件产品的推广和应用，以及    GIS 软件产品效益的发挥，制约了空间信息技术的普及。然而，这些问题均需要通过空间信息可视化研究来解决，    在某些项目设计开发过程中， 在实现空间信息动态发布、空间叠加分析、属性查询、属性分析与统计、图像动画生成，以及大数据集传输时也遇到了同样的问题，    虽也试图采用其它方法加以处理，但结果都不尽人意。
随着空间技术的进步和各种应用的深入， 多分辨率、多时态空间信息大量涌现，与之紧密相关的非空间数据也日益丰富， 从而对海量空间信息的综合应用提出了挑战，对空间信息可视化技术的需求日益迫切， 要求越来越高。 通过对空间信息可视化的现状分析， 不难发现在时空数据组织、 GIS 系统对空间信息可视化的支持、网上海量空间数据可视化、 空间数据处理与分析过程可视化等方面仍然不能满足技术发展和应用的需要。 同时，信息技术的发展也要求空间信息可视化的概念、本质特征、基本过程等相关理论有相应的发展。相应地，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、 空间信息可视化平台建立与集成等技术将成为该领域研究重点。

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