地理环境多维数据模型
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(Cyberspace)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。在二维地理信息系统时代,
基础软件平台研制和应用系统设计开发一直沿用 20 世纪 70 年代以来
提出的传统空间数据模型与建模方法,在现实世界空间实体和相互间
关系及时空变化的描述与表达、计算机环境下的数据组织、空间分析
等方面均有较大的局限性。VGE 是以真三维空间数据表达为目标,其空
间数据组织不仅是点、线、面目标间有限的简单拓扑关系,而是要真
实有效地表达现实三维空间实体及其相互间的拓扑关系。因此探索能
够有效进行空间关系表达和空间数据动态存取的空间数据模型成为 VGE
表达的重要研究方向 13,14。
2 一维与二维虚拟地理环境
广义上 VGE 包括一维、二维、三维及多维虚拟地理环境。一维 VGE 是
指 20 世纪 50 年代末地理学研究开始计量运动以来,地理学研究领域
引入统计学方法,通过构造一系列统计量来定量描述地理要素的空间
分布特征,如较普遍地应用各种概率分布函数、平均值、方差、标准