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我国发展虚拟现实与三维空间数据(GIS)的重大意义
2010年8月4日    评论:    分享:

     来源:第三维度(http://www.d3dweb.com)
     作者:王逍     

       前言:
 

戈尔(美国): 一场新的技术革新浪潮正允许我们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息。大部分的这类数据是“参照于地理坐标的”,即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置。

 

   美国副总统戈尔  1998年的著名演讲  引发全球对数字地球、数字城市的思考和大讨论。

 

    1、国外相关产品
 

(1) Google Earth

 

Google Earth发布以来,三维GIS得到业界广泛关注,一时间成为研究和应用的热点,加上有美国宇航局(NASA)World Wind等开源项目代码可供参考,各厂商纷纷推出三维可视化软件。随着计算机网络技术的发展,Google Earth上的数据也越来越完善和精确,不仅仅在地理信息、空间数据方面取得了很大进步,同时在高分辨率地表贴图方面已经达到专业级别应用。目前很多国家已经把Google Earth提供的数据作为间谍防卫对象。 Google Earth近几年推出的街景拍摄,可以把地面拍摄的多角度高辨率图像与地理空间信息直接匹配,这更加剧各国对数据安全和信息泄密的担忧。

 

Google Earth 同时开发了一款基于虚拟现实技术的飞行模拟器,其充分利用了Google丰富的卫星图像。用户进入Google飞行模拟器以真实视角模拟驾驶,F16 Viper4SR22,同时为模拟建设者回馈真实的空间、高度、经纬度等数据。驾驶者视角中所见到的是真实的地表贴图和三维化山脉、城市建筑等信息。

Google Earth的飞行模拟器选择机型
Google Earth的飞行模拟器选择机型

Google Earth的飞行模拟器飞行过程中的画面
Google Earth的飞行模拟器飞行过程中的画面

(2)Skyline 三维GIS处理系统

 

  Skyline是美国Skyline软件系统公司研发运营的一款专业三维地球可视化软件,该公司1997年创立于弗吉尼亚州,目前通过一家代理公司(北京东方道迩信息技术有限责任公司)在中国运营。其技术早于Google Earth,据传Google Earth的部分技术就是源于Skyline。一般认为Google Earth属于民用基本的应用,Skyline是专业领域的应用开发系统。

 

Skyline可以利用海量的遥感航测影像数据、数字高程数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维虚拟现实场景,同时Skyline的中国代理公司具有千人以上的测绘、信息处理员工,采集我国的国土资源信息。

Skyline的三维数字地球软件截图1
Skyline的三维数字地球软件截图1

Skyline的三维数字地球软件截图2
Skyline的三维数字地球软件截图2

系统可以直接读取土地利用现状数据库,并对土地利用数据按国家标准进行实时的专题图分析。可以对专题图斑进行无级透明度设置,按分类打开、关闭土地利用图层,并进行属性查询
系统可以直接读取土地利用现状数据库,并对土地利用数据按国家标准进行实时的专题图分析。
可以对专题图斑进行无级透明度设置,按分类打开、关闭土地利用图层,并进行属性查询

2、我国三维地理空间信息发展状况

 

  中国工程院院士 刘先林:首先是在技术层面,国产软件在性能、功能上已经具备了同国外软件竞争的实力,并在许多重大项目中得到了应用,尤其是作为GIS核心技术的地理信息系统算法方面,国产软件已经接近国际顶尖水平,自主创新能力逐年增强。

 

其次是市场方面,基础平台软件技术门槛高,是应用平台软件和技术开发服务的基石,因而成为GIS软件产业链中最具核心技术竞争力的环节,也是国际大型厂商参与角逐的重点。近年来,国内软件厂商异军突起,在不断增强研发实力和大力开拓国内外市场的努力下,已经涌现出一批以超图软件、武汉中地等为代表的优秀软件厂商,他们凭借对本土客户的更深入理解和多年的研发积累以及成功的市场营销策略,在与MapInfoAutodeskIntergraph等国外厂商竞争中,占据了40%以上的市场份额,成为GIS市场的中坚力量。

 

从纸制地图到电子地图再到二维GIS,地理信息领域发生了众多革命性变革,每一次变革都极大地提高了人们生产和决策的效率。三维GIS过去一直是人们研究探索的重点。近年来,基于虚拟现实技术的三维地理信息系统技术获得了较快发展,并被应用于规划、房产、测绘、军事等诸多领域。

 

总体而言,当前基于虚拟现实技术的三维地理信息系统,其应用水平仅相当于十多年前的二维地理信息系统应用。造成这种局面的原因,一是与主流大型二维地理信息系统平台割裂,二是缺乏高端地理信息系统分析功能。因此,要从根本上解决这些问题必须从GIS平台底层技术着手,实现二三维的一体化,实现与地理信息技术的结合。在深入剖析二三维地理本质的基础上,提出二三维一体化的思想,基于先进的GIS内核技术,将二维和三维统一到一个真实的地理空间(球面空间)中发布出去,真正实现二三维的有机结合,将是我们目前努力的方向。

中国工程院院士   刘先林
中国工程院院士 刘先林

3、 我国大力发展三维可视化数字地球技术的意义

 

抢占战略制高点

 

中科院对地观测与数字地球中心主任  郭东华:数字地球建设是一场意义深远的科技革命,也是地球科学研究的一场纵深变革。人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球,进而管理好地球,回顾10年的发展,我们已看到诸多设想已变为现实。

 

因此,有人说它是一门科学,有人说它是一项技术,有人说它是一种战略,也有人说数字地球是21世纪人类最伟大的信息工程之一。目前,还找不到一个统一的词汇来描述数字地球的特征。

 

 拥有数字地球等于占据了现代社会的信息战略制高点。,从战略角度来说,数字地球是全球性的科技发展战略目标,数字地球是未来信息资源的综合平台和集成,现代社会拥有信息资源的重要性更基于工业经济社会拥有自然资源的重要性。

 

而从科技角度分析,数字地球是国家的重要基础设施,是遥感、地理信息系统、全球定位系统、互联网—万维网、仿真与虚拟现实技术等的高度综合与升华,是人类定量化研究地球、认识地球、科学利用地球的先进工具。

 

 从国家需求角度分析,数字地球可在一定程度上满足国家在资源环境和可持续发展领域的需要,可以为国家在社会、经济发展和国家安全方面提供支撑,可以带动并牵引国家空间领域、信息领域等的不断发展。

 

 大到地球系统、全球气候变化这类地球表面正在发生的宏观大尺度现象,小到人们日常生活里广泛使用的电子地图,数字地球已经应用到了社会的各个层面。数字地球正在成为人类发展和解决全球性问题的重大需求。经常有学者在讨论时认为,不论再过10年或者20年,数字地球的研究仍然是热点,并且会越来越受关注。

 

保障国土信息安全

 

目前在空间测绘领域大部分数据建立在以美国等西方国家为主导的GPSGlobal Positioning System全球定位系统)上。如上文提到的Google EarthSkyline 三维GIS处理系统都是基于此系统而来的应用开发系统。其特点是信息量大、精度高,其中不仅仅在民用领域起着重要作用,同时也在为美国军方提供更高级别的数据和应用,这无疑对我国的国土信息安全造成巨大威胁!

 

近年来我国开始大力研发和推广具有完全自主知识产权的全球卫星定位系统,随着我国航空航天技术发展,在全球范围内部署我国自主的卫星系统的已经逐步提上日程,在此基础上从底层入手、本土开发三维数字地球系统也成为一种现实可能和迫切的需要。

 

新中国成立以来,我军军事测绘导航从主要提供地图成果向“定时空、绘天地、测目标、导航向”多样化保障发展,技术手段和保障模式发生巨变,保障能力大幅提升。我军军事测绘导航将加速构建以北斗系统为核心的定位导航授时服务基础设施,以天基信息系统为骨干的地球测绘探测系统,集测绘信息处理存储与网络服务为一体的测绘信息服务系统,以及基于全军共用信息基础设施的测绘导航应用保障技术装备体系,努力实现时空基准不断精化,技术手段更加先进,信息资源极大丰富,服务保障快捷高效。

资料图:我国北斗导航定位系统模型
资料图:我国北斗导航定位系统模型

巨大的产业前景

 

不久前,《自然》杂志发表的一篇文章将与数字地球密切相关的地学技术与纳米材料、生物科技一起誉为21世纪三大前沿科学技术。而作为信息产业的重要组成部分,每年全球地球空间信息产业的产值超过500亿美元,并以每年约20%的速度增长;服务于数字地球建设的对地观测计划在逐渐形成,仅在近5年内全世界就将发射130颗左右的对地观测卫星。

 

中科院对地观测与数字地球中心主任 郭华东: 500亿美元的估计还是保守的,仅美国就有每年300亿美元的产值。前不久,美国一家公司自己计划发射卫星群,希望可以通过这个卫星群经营农业信息。在我看来,不论是就世界范围还是我国来讲,数字地球的商业化应用前景广阔。”

 

国际上的高分辨率数据都是高度商业化的,而高分辨率的数据在商业上有广泛的需求,主要应用在国防、城市规划、城市管理等方面。

 

很多中国公司也看到了数字地球产业的良好前景,不但参与各种技术和应用的研发,还频频自费参加相关学术会议,以期扩大企业影响。

 

“这在20年前甚至10年前,是根本不能想象的,最近几年越来越多的中国企业加入到这个行列中,希望能在数字地球的商业应用上占据一席之地。” 郭华东。

 

标签:数字地球GIS空间数据
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