虚拟地理环境
VGE
• 低通过滤的概念存在于各种不同的领域， 诸如电子电路，数据平滑，声学阻挡，图 像模糊等领域经常会用到。 • 在数字图像处理领域，从频域看，低通滤 波可以对图像处理进行平滑去噪处理。
低通滤波器
• 低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括 电子线路、图像模糊处理等等，这两个工具都 通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了 信号的平滑形式。 低通滤波器的幅频
低通滤波
• 低通滤波(Low-pass filter) 是一种过滤方式， 规则为低频信号能正常通过，而超过设定 临界值的高频信号则被阻隔、减弱。但是 阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以 及不同的滤波程序（目的）而改变。它有 的时候也被叫做高频去除过滤（high-cut filter）或者最高去除过滤（treble-cut filter)。 低通过滤是高通过滤的对立。
三 研究方向的子方向
• 研究方向四：信息/虚拟地理与区域可持 续发展 在信息社会大背景下，从信息地理/虚 拟地理角度，探索区域可持续发展理论、 方法与实践，主要的研究从全球化/本土化、 虚拟经济、网络社会（虚拟社区、网络教 育等）、复杂性信息系统、公众参与、群 体决策等角度开展研究。
高通滤波
• 高通滤波(high-pass filter) 是一种过滤方式， 规则为高频信号能正常通过，而低于设定 临界值的低频信号则被阻隔、减弱。但是 阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以 及不同的滤波程序（目的）而改变。它有 的时候也被叫做低频去除过滤（low-cut filter）。高通滤波是低通滤波的对立。
三 研究方向的子方向
• 研究方向三：虚拟地理环境与虚拟地理学 该方向以网络信息空间、虚拟现实以及数 字地球发展为背景，研究信息社会/知识社会 下虚拟地理学的理论和方法，探索虚拟地理环 境的基本规律，以及虚拟地理环境和现实地理 环境的相互关系和作用特征。 具体研究内容包括：虚拟地理学的理论和 方法框架，虚拟地理学与赛博地理学、信息地 理学的相互关系理论，虚拟地理环境的时间维、 空间维特性，虚拟地理环境的演化驱动力机制， 虚拟地理环境与数字地球等。
虚拟地理
虚拟地理环境（Virtual Geographical Environments, VGE）是地球表层空间——“地理环境”在计算机空间的映射。
地球表层空间是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，是地球上物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程作用最复杂的区域[1]。
VGE定义为包括作为主体的化身人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境，包括计算机、网络等软硬件环境、数据环境、虚拟图形镜像环境、虚拟经济环境和虚拟社会、政治、文化环境，其中化身人类表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合整体[2，3]，它与现实地理环境一样，将是一个包含空间系统、生态系统和社会系统的开放、复杂性巨系统。
对于地理科学而言，最初VGE只是作为地理学研究成果的展示部分，随着V GE研究的深入，它已在很大程度上影响了地理学研究的方法、手段和思维方式，即VGE 多维和动态的空间分析参与到地理过程研究中，VGE已在一定程度上影响到地理学的研究范式[4，5]。
1虚拟地理环境的表达近年来，计算机图形学、科学计算可视化和虚拟现实技术的发展为研究者提供了直观处理研究结果的技术方法，被公认为是科学研究过程的重要组成部分。
它在计算机空间（Cyb erspace）中为研究者开辟了一个具有沉浸感的虚拟环境，实现了三维空间和时态数据的可视化，并使研究者既能在虚拟环境中交互地操控研究对象，又可以在仿真模拟等科学计算过程中实时地得到正在处理的动态过程的反馈。
随着地理科学各分支学科、地理信息科学、地球系统科学的发展，科学计算可视化和虚拟现实技术也在地理科学研究中得到巨大发展[6—9]，具体表现在VGE 学科研究进展上。
建立VGE系统的关键在于其空间数据模型的建立[10—12]。
VGE 主要由建立地球表层空间数值模拟的地理环境可视化与虚拟现实模型、空间数据模型和专业模拟数学模型三大子系统组成。
其中，空间数据模型是专业模拟数学模型和可视化模型的基础。
虚拟地理环境
技术支持
动态建模技术 根据虚拟地理环境特征，其数据是以地形、地貌、
地质、海洋、大气等为主的地学数据。动态建模的目的 是获取实际环境三维数据，并根据实际需要建立相应的 环境模型，所以，有效地获取数据是关键。除了传统人 工内外作业调查和简单计算机处理外，利用卫星遥感、 航空遥测、航空地面摄影、地面激光扫描仪与GPS等技 术来获取数据是当前发展的趋势。
环境表示的准确性
虚拟环境感知信息 合成的真实性
智能技术
自身问题
人与虚拟环境 交互的自然性
图形生成的问题
实时显示的问题
发展前景
动态环境建模技术 虚拟环境的建立是VR技术的核心内容，
动态环境建模技术的目的是获取实际环境的 三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境 模型。
发展前景
实时三维图形生成和显示技术 三维图形的生成技术已经比较成熟，而关键是
技术支持
数据库管理技术 三维仿真与建模必须需要大数据量的三维图形数据
库，协调图形数据与可视化硬件之间关系，使保证在数 据量不断扩展的情况下不会产生系统性能下降。容量庞 大的数据库需要使用有效的空间数据结构来组织，其主 要技术包括数据库管理技术、数据结构应用技术、网络 共享等用户访问技术。
技术支持
需要大量的时间和精力。如果将VR技术与智 能技术、语音识别技术结合起来，可以很好 的解决这个问题。
发展前景
大型网络分布式虚拟环境 Distributed Virtual Reality，将分散的虚
拟现实系统或仿真器通过网络联结起来，采用协调 一致的结构、标准、协议和数据库，形成一个在时 间和空间上相互耦合的虚拟/合成环境，参与者可 自由地进行交互作用。目前，分布式虚拟交互仿真 已成为国际上的研究热点，相继推出了DIS、HLA等 相关标准。
测绘科学技术：GIS原理及应用题库
测绘科学技术：GIS原理及应用题库1、名词解释（江南博哥）OGC本题答案：即OpenGIS协会（OpenGISConsortium）其目的是使用户可以开放地操纵异质的地理数据，（李满春、陈奇、周炎坤、李响，《基于空间数据引擎的企业化GIS数据组织与处理》）促进采用新的技术和商业方式来提高地理信息处理的互操作性（Interoperablity），OGC会员主要包括GIS相关的计算机硬件和软件制造商，数据生产商以及一些高等院校，政府部门等，其技术委员会负责具体标准的制定工作。
2、名词解释线密度本题答案：用所有区域内的线的总长度除以区域的面积。
3、名词解释拓扑包含本题答案：是表示空间图形中，面状实体所包含的其他面状实体或线状、点状实体的关系。
4、名词解释火山灰质混合材料本题答案：凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉和水后本身并不硬化，但与气硬性石灰石混合，加水拌和成胶泥状态后，能在空气中硬化，而且在水中继续硬化的，称为火山灰质混合材料。
5、问答题比较缓冲区查询与缓冲区分析的概念？本题答案：1.缓冲区查询与缓冲区分析不是一个概念的两种形式，缓冲区查询属于数据查询，而缓冲区分析属于数据的空间分析；2.缓冲区查询不对原有图形进行切割，只是根据用户需要给定一个点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理，检索出言该缓冲区多边形内的空间地物。
而缓冲区分析对原有图形进行切割，形成一个点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，从而获得该缓冲区多边形内的空间地物。
6、问答题网络分析的基本思想是什么？本题答案：人类的活动总是趋向于按一定的目标选择达到最佳效果的空间位置，根本目的是研究、筹划如何安排一项基于网络数据的工程，并使其运行效果最好7、单选同一幅地图而言，矢量结构与栅格结构相比（）A、图形精度高B、图形精度低C、图形精度相当D、无法比较本题答案：A8、名词解释 GIS应用模型本题答案：是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。
虚拟现实在地理信息系统中的应用
虚拟现实在地理信息系统中的应用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是以计算机技术为基础，采用地理学原理，对各类与地理空间相关的数据进行采集、存储、处理、分析和展示的综合性信息系统。
随着虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术的发展，它们之间的结合逐渐呈现出强大的应用潜力。
本文将探讨虚拟现实在地理信息系统中的应用，以及其带来的重大影响。
一、虚拟现实技术概述虚拟现实技术是一种通过计算机生成的模拟环境，使用户可以通过多感官的参与，获得一种身临其境的感觉。
虚拟现实技术主要由虚拟现实设备和虚拟现实应用软件组成。
虚拟现实设备包括头显设备、手柄控制器、传感器等，能够将用户置身于虚拟环境中。
虚拟现实应用软件是通过计算机模拟生成各种虚拟场景，并提供与场景进行交互的功能。
二、GIS与VR的结合虚拟现实技术可以为GIS系统提供更直观、交互性更强的用户体验。
通过将GIS系统的数据与虚拟现实技术相结合，可以在地图上虚拟呈现出真实环境的三维模型，使用户可以更加方便地进行地理数据的分析和研究。
1. 三维地图的展示传统的二维地图在展示地理信息时存在局限性，而虚拟现实技术能够使地理信息以三维形式展现，用户可以通过头显设备和手柄控制器来探索虚拟地理世界。
这不仅提供了更真实的视觉感受，还为用户提供了更多的信息，使得地理数据的理解更加直观。
2. 空间分析与规划虚拟现实技术在GIS系统中的应用还可以为空间分析和规划提供强大的工具。
用户可以在虚拟地理环境中进行模拟实验、模拟推演等操作，以便更好地预测和规划地理空间的变化。
例如，在城市规划中，可以通过虚拟现实技术模拟不同规划方案的效果，从而为决策者提供参考意见。
3. 地理教育与培训虚拟现实技术也可以应用于地理教育和培训领域。
传统的地理教学主要依靠教科书和幻灯片来进行教学，学生的参与度和兴趣度有限。
而虚拟现实技术可以将学生置身于虚拟地理环境中，让他们亲身体验地理现象和过程，提高学习效果。
地理信息系统概论重点讲义(4)
重点一空间数据库模型1．空间数据库空间数据库是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。
2．空间数据库模型空间数据库模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。
一般而言，GIS 空间数据模库型由概念数据库模型、逻辑数据库模型和物理数据库模型三个有机联系的层次所组成。
3．数据库概念模型：( conceptual model)概念模型为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一数据库管理系统支持的数据模型。
人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换为机器世界。
也就是说，首先把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息结构，这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个数据库管理系统(DBMS)支持的数据模型，而是概念级的模型，称为概念模型。
4．逻辑模型逻辑模型，是指数据的逻辑结构。
在数据库中，逻辑模型有关系、网状、层次，可以清晰表示个个关系。
在管理信息系统中，逻辑模型：是着重用逻辑的过程或主要的业务来描述对象系统，描述系统要“做什么”，或者说具有哪些功能。
1)关系数据模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表格，每个二维表格称为一个关系。
关系模型以记录组或数据表的形式组织数据，便于利用各种地理实体与属性之间的关系进行存储和变换，不分层也无指针，是建立空间数据和属性数据之间关系的一种非常有效的数据组织方法。
2)关系数据库：是建立在关系数据库模型基础上的数据库，借助于集合代数等概念和方法来处理数据库中的数据。
目前主流的关系数据库有oracle 、SQL、access 、db2 等。
3)对象—关系管理模式是指在关系型数据库中扩展，通过定义一系列操作空间对象(如点、线、面)的API 函数，来直接存储和管理非结构化的空间数据的空间数据库管理模式。
5．物理模型，在管理信息系统中，物理模型：描述的是对象系统“如何做”、“如何实现”系统的物理过程。
虚拟现实发展趋势(PPT 99页)
二、在高速专用网上——如美国军方国防仿真 互联网。
最早的分布式虚拟战场环境是1983年美国陆军制 定的虚拟环境研究计划，这一计划将分散在不同地 点的地面坦克、车辆仿真器通过计算机网络联合在 一起，进行各种复杂任务的训练和作战演练。
1994年开始，美国陆军与美国大西洋司令部联合 开展了战争综合演练场的研究，建成了一个包括海 陆空多兵种、有3700多个仿真实体参与的地域范 围覆盖500公里×750公里的军事演练环境。
亲身体验虚拟环境带来的多方面的感受；
虚拟地理环境强调‘虚拟’而非‘数字’
不仅仅是数据库和几何模型的建设，强调人 的地位，强调许多地理信息与地理知识在区 域可持续发展中的意义。
虚拟环境与仿真环境不同
仿真是通过对系统模型的实验来研究一个存 在的或设计中的系统
仿真环境即运用仿真技术描述现实环境；
虚拟现实的发展
虚拟地理环境 分布式虚拟现实系统 增强现实
一、虚拟地理环境
地理学+虚拟现实技术
GIS+虚拟现实技术
虚拟GIS
数字城市+虚拟现实技术
虚拟城市
地理学+虚拟现实技术
虚拟地理环境
概念
地理环境：
包括作为主体的人类社会以及围绕该主体存 在的一切客观环境，自然环境、经济环境、 社会文化环境等。
化身人之间 化身人类社会与软硬件环境 化身人类社会与虚拟社会图形环境
化身人=自然人+化身
化身：
化身人类在虚拟界中的身份，采用不同形态、 性别的化身会影响化身人类在虚拟结合县世 界的心理状态和社会行为。
虚拟社群：
VGE特点：
虚拟地理环境强调“人”的作用
化身人使‘虚拟’变得更为真实 化身人使人们愿意加入到虚拟的地理环境中，
地理信息系统名词解释大全
地理信息系统名词解释大全地理信息系统Geographic Information System GIS作为信息技术的一种，是在计算机硬、软件的支持下，以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。
简单地说，GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
地理信息系统属于空间型信息系统。
地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息科学与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。
地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。
地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。
数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。
包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。
四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n≥1），直到子象限的数值单调为止。
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1 虚拟现实技术及其应用
（3）基本特征 • 多感知性
所谓多感知性(Multi-Sensor)就是除了具有的视觉感 知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知 、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术 应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别 是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能 仅限于视觉，听觉、力觉、触觉、运动等几种，无论从感 知范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。
虚拟地理环境
路漫漫其悠远
2020/4/3
主要内容
1 虚拟现实技术及其应用 2 虚拟地理环境的概念与特征 3 虚拟地理环境的构建和应用
路漫漫其悠远
1 虚拟现实技术及其应用
（1）基本概念 虚拟现实是一种人与通过计算机生成的虚拟
环境可自然交互的人机界面，是指利用计算机和 一系列传感辅助设施来实现的使人能有置身于真 正现实世界中的感觉的环境,是一个看似真实的模 拟环境。通过传感设备,用户根据自身的感觉,使 用人的自然技能考察和操作虚拟世界中的物体,获 得相应看似真实的体验。
• 叠加式虚拟现实系统
叠加式虚拟现实系统允许用户对现实世界进行观察的 同时，虚拟图像叠加在现实世界之上。叠加式虚拟现实系 统又称补充现实系统。
例如，战斗机驾驶员使用的头盔可让驾驶员同时看到 外面世界及上置的合成图形。额外的图形可在驾驶员对机 外地形视图上叠加地形数据，或许是高亮度的目标、边界 或战略陆标（Landmark）。补充现实系统的效果显然在很 大程度上依赖于对使用者及其视线方向的精确的三维跟踪 。
1 虚拟现实技术及பைடு நூலகம்应用
• 分布式虚拟现实系统
分布式虚拟现实(Distributed Virtual Reality,简 称DVR)又称网络虚拟现实(Net Worked Virtual Reality, 简称NVR),其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的 分布式虚拟环境(Distributed Virtual Environment,简 称DVE),在这个环境中,位于不同物理位置的多台计算机及 其用户,可以不受其各自的时空限制,在一个共享虚拟环境 中实时交互、协同工作,共同完成某一复杂产品的设计、 制造、销售全过程的模拟或某一艰难任务的演练。它特别 适合用于实现对造价高、危险、不可重复、宏观及微观事 件的仿真。
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1 虚拟现实技术及其应用
（2）发展历程
• 1965年，Sutherland在《终极的显示》中首次提出虚拟现实系统 的基本思想。 • 1966年，MIT的林肯实验室开始头盔式显示器研制。 • 70年代出现第一个功能较齐全的HMD系统。 • 80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词 • 80年代，美国宇航局（NASA）及国防部组织了一系列有关虚拟现实 技术的研究。如，1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室 将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表 面的三维虚拟环境。 • 90年代，计算机软硬件的发展为虚拟现实系统的发展打下了的基础 。1993年11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从飞机的运输 舱内取出望远镜面板的工作。再如，用虚拟现实技术设计波音777获 得成功。
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1 虚拟现实技术及其应用
（3）基本特征 • 存在感
存在感(Presence)又称为临场感(Immersion)，它是 指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想 的模拟环境应达到使用户难以分辨真假的程度(例如可视 场只应随着视点的变化而变化)，甚至比真的还真，如实 现比现实更逼真的照明和音响效果等。
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1 虚拟现实技术及其应用
（3）基本特征 • 交互性
交互性(interaction)是指用户对模拟环境内的物体 可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。 例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，这时 手有捏着东西的感觉，并可以感觉物体的重量(其实这时 手里并没有实物)，视场中被抓的物体也立刻随着手的移 动而移动。
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1 虚拟现实技术及其应用
• 非完全投入式虚拟现实系统
在非投入式系统 中，使用者可从视觉上感觉到真实 世界，但通过某种显示装置如图形工作站，可对虚拟世界 进行观察，用户利用像空间鼠标这样的装置在虚拟环境内 漫游，这种装置使用户可对视点作六自由度平移及旋转。
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1 虚拟现实技术及其应用
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1 虚拟现实技术及其应用
（3）基本特征 • 自主性
自主性(Automomy)是指虚拟环境中物体依据物理定律 进行动作的程度，例如有力的推动时，物体会向力的方向 移动、翻倒或从桌面落到地面等。
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1 虚拟现实技术及其应用
（4）分类 • 非完全投入式虚拟现实系统 • 叠加式虚拟现实系统 • 投入式系统 • 分布式虚拟现实系统
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1 虚拟现实技术及其应用
（5）虚拟现实系统的构成——系统模型
用户通过传感装置直接对虚拟环境进行操作，并得 到实时3维显示和其他反馈信息（如触觉、力觉反馈等） 。当系统与外部世界通过传感装置构成反馈闭环时，在 用户的控制下，用户与虚拟环境间的交互可以对外部世 界产生作用（如遥操作等）。
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1 虚拟现实技术及其应用
• 投入式虚拟现实系统
在投入式系统中，以对使用者头部位置、方向作出反 应的计算机生成的图像代替真实世界的景观。用户可做能 在工作站上完成的任何事，其明显长处是完成投入。当具 备结合模拟软件的额外处理能力后，使用者就可交互地探 索新景观，体验到实时的视觉回应。
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1 虚拟现实技术及其应用
（5）虚拟现实系统的构成——系统构成
①检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境。 ②反馈模块：接受来自传感器模块信息，为用户提供实时反馈。 ③传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一 方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户。 ④控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用。 ⑤建模模块：获取现实世界组成部分的3维表示，并由此构成对应的虚拟环境。