基于三维GIS技术的虚拟现实技术

基于三维GIS技术的虚拟现实技术，也就是VRGIS技术，随着GIS应用的深入,人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。在应用要求较为强烈的部门如采矿、地质、石油、规划等领域已率先发展专用的具有部分功能的VRGIS。

VRGIS是GIS技术、可视化技术和虚拟现实技术结合而形成的新一代虚拟现实系统。该系统在提供较强的多维数据建模能力和多维空间数据管理能力的同时，更能支持复杂虚拟图形空间的生成和支持用户采用多种交互设备与图形空间进行交互。

VRGIS的特点： 真三维的立体视觉 实时交互和实时漫游

支持多通道沉浸式三维显示环境，如多通道柱面投影、平面投影、CAVE等 基于PC-Cluster的多通道高分辨率显示输出

基于GIS的虚拟现实技术主要应用领域

1、城镇规划与建筑设计

传统的城镇规划地通过二维图形形式展现在人们面前,没有立体感,也不够直观。而利用虚拟现实技术,将城镇规划布局中的所有对象———街区、建筑、绿化带、树木、花草、路标、路灯等数字建模,在虚拟的环境中,以任意高度、任意方向漫游整个城镇,身临其境地感受这个尚不存在的虚拟城镇,从而为城镇规划方案的优化提供更加直观的技术手段。

2、旅游管理、风光介绍

基于GIS技术的虚拟现实技术不仅能够真实的模拟真实的地形地物，还可以通过面向对象的大型空间数据库，实现平面和三维的属性查询，给人以身临其景的感受。

3、流域水资源管理

利用虚拟现实技术,用户可以通过各种交互手段和显示方式,生动、直观地了解流域的全貌,实现一系列模拟分析、信息查询和空间定位等功能,包括洪水的漫溢及淹没过程、规划方案的可视化、水利工程动态运行与监控,为流域水资源管理提供先进的效果展示、动态监控和规划方案评估手段。

4、军事模拟训练

目前的主要军事模拟训练有:虚拟战场环境,即通过相应的三维战场环境,包括

战地场景、各种武器装备和作战人员等,为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境,以增强其临场感觉,提高训练质量。

5、基于虚拟现实技术的矿山露天矿GIS系统的研究与实现

矿山开采中人们希望能随时了解和掌握露天矿的地质构造，以便为矿山开采提供决策支持。然而目前的地理信息系统(GIS)对数据分析解释局限于二维静态表达、三维可视化能力严重不足，无法直接、完整、准确重现地理环境，这使得GIS系统实用价值受到了很大的限制。虚拟现实技术的发展为解决这一问题创造了条件。将虚拟现实技术应用到矿山露天矿GIS系统中，实现了矿山地理信息数据多维表达；使用户能沉浸到虚拟的地理环境之中，从多角度、多层次、实时地感受和理解矿山露天矿的地质构造。

6、城市消防指挥系统中的GIS和虚拟现实应用技术

火灾是城市灾害中的重要灾种，其发生频度居各灾种之首。我国现有的消防指挥调度体系仍以手工方式查找消防资料、处理报警电话、进行调度，已经远远落后于城市的发展需要，以致消防力量出动时间延长，贻误灭火战机。为帮助消防部门提高信息处理效率、争取时间，建立现代化的城市消防指挥系统是非常紧迫的和重要的。基于GIS和虚拟现实技术的消防指挥系统，主要包括以下的工作。 1.解决了城市消防指挥系统中不同数据源的单位、消火栓、高程点、路网等数据的融合。

2.实现了在GIS环境下开发消防指挥系统的关键技术，如动态链接库技术、考虑道路宽度的路径优化技术和多条件查询问题。

3.建筑物建模是城市消防通信指挥系统建设中的瓶颈问题。三维建模方法有两种。一种是基于电子地图的海量建筑物建模方法，它是一种对整个城市的建筑物建立三维模型的可行方法。另一种是对单一建筑物的建模方法，能建立较细致逼真的模型，但需要一些尺寸数据和贴图，适合用于重要的建筑物。这两种方法，以及对其它一些物体建模的方法，均已实现，并取得了较好的结果。

4.实现了消防指挥系统中GIS与虚拟现实软件的集成，并在系统中实现了火场的消防设施、周边建筑物等的虚拟现实表现，并提供了固定路线漫游和任意漫游两种功能。该系统可以在消防指挥中心使用，支持消防调度的各个步骤，以及进行日常信息查询与维护。还可以在消防车的车载电脑上使用，供消防队员在前往火场的路上观看火场基本情况，迅速地确定灭火、营救、疏散方案。两方面的用途均可使消防人员提高工作效率，减少火灾损失。

虚拟现实技术的技术难点

虚拟现实最关键的技术难点在于要在短时间内完成大数据量运算。在虚拟现实环境中漫游时,展现在我们面前的景色,都是利用计算机实时计算出来的 需要解决的技术难点有如下4项： 1、海量数据的快速提取

若研究对象的范围或数据量较小,则海量数据的快速提取技术显得不太重要,

但如果研究对象的范围或数据量较大。 2、实时三维图形生成技术

三维图形的生成技术已经比较成熟,其关键问题是如何“实时”生成。实时显示的刷新频率不能低于15 帧/ s ,而复杂场景的显示存在巨大的计算量,在不降低图形的质量和复杂度的前提下,提高刷新频率是该技术的关键。 3、人与场景的融合技术

虚拟现实的沉浸感和交互特征依赖于人与场景的融合技术,这主要体现在立体显示和传感器技术方面。现有的虚拟现实还远远不能满足系统的需要,例如,数据手套有延迟大、分辨率低、作用范围小、使用不便等缺点。虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高,因此有必要开发新的三维显示技术。 4、应用系统开发工具

目前,成熟的桌面虚拟现实系统还很少,为了满足开发不同应用需求的桌面虚拟现实系统,同时为了提高生产效率,减轻劳动强度,提高产品开发质量,有必要研制虚拟现实系统的开发平台和开发工具。

基于GIS的虚拟现实技术的发展前景

21世纪是多媒体的更高境界——虚拟现实技术时代。21世纪的信息处理将不再建立在单一的数字空间,地理信息系统技术也不可能再停留在二维的时代。虚拟现实作为当今最为热点的研究领域之一,与多媒体、网络并称为3大前景最好的计算机技术。GIS技术的快速发展和成熟也为虚拟现实技术提供了一个良好的发展机遇，基于GIS的虚拟现实技术作为虚拟现实技术最为重要的一个分支，也必将在未来得到越来越多的应用„„