地理空间数据可视化的概念

可视化的本意即是变成可被视觉所感知。在人脑中形成对某物（人）的图像，是—个心理过程，目的是促使对事物的观察力及建立概念等。

可视化技术最初起源于科学计算可视化。科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形和 图像显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程计算数据的可视化，它的主要功能是从复杂的多维数据中产生图形，也可以分析和理解存入计算机的图像数据。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。它主要是基于计算机科学的应用目的提出的，侧重于复杂数据的计算机图形。

地理空间数据可视化与科学计算可视化存在一些不同，最显著的一点就是图形符号化的概念。地理空间数据可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、査询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频、音频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。地理空间数据可视化是科学计算可视化在地学领域的特定发展。地理空间数据可视化改变了传统地图的应用和使用形式。从新的制图技术和表达内容来讲，可以认为地理空间数据可视化是一种广义的地图制图过程，其成果是广义地图。

地理空间数据可视化具有三个方面的重要作用：

（1）可视化可用来表达地理空间信息。地理空间分析操作结果能用设计良好的地图来显示，以方便对地理空间分析结果的理解，也能回答类似“是什么?”“在哪里?”“什么是共同的?”等问题。

（2）可视化能用于地理空间分析。事实上，我们能理解所设计的并彼此独立的两个数据集的性质，但很难理解两者之间的关系。只有通过叠加与合并两个数据集之类的空间分析操作，才可以测定两个数据集之间的可能空间关系，才能回答“哪个是最好的站点?”“哪条是最短的路径?”等类似问题。

（3）可视化可以用于数据的仿真模拟。在一些应用中，有足够的数据可供选择，但在实际的空间数据分析之前，必须回答与“数据库的状态是什么?”或 “数据库中哪一项属性与所研究的问题有关?” 这些类似的问题。这里的空间分析需要允许用户可视化仿真空间数据的功能。

地理空间数据可视化在理解地理空间信息方面发挥着重要作用，例如：

（1）在地质勘探领域，寻找矿藏其主要方式是通过地质勘探 了解大范围内的地质结构，发现可能的矿藏构造，并且通过测井数据了解局部区域的地层结构，探明矿藏位置及其分布，估计蕴藏量及开采价值。由于地质数据及测井数据的数量极大且不均匀，无法依据纸面上数据进行分析，利用可视化技术，则可以从大量的地质勘探及测井数据中构造出感兴趣的等值面、等值线，显示其范围及走向，并用不同色彩、符号及图纹显示出多种参数及其相关关系，从而使专业人员能对原始数据做出正确解释，得到矿藏存在、位置及储量大小等重要信息。它可以指导打井作业、节约资金，大大提高寻找矿藏效率。

（2）在气象预报领域，气象预报的准确性依赖于对大量数据的计算和计算结果的分析。科学计算可视化一方面可将大量的数据转化为图像，显示某个时刻的等压面、等温面、风力大小与方向、云层的位置及运动、暴雨区的位置与强度等，使预报人员对天气做出准确分析和预报；另一方面根据全球的气象监测数据和计算结果，可将不同时期全球的气温分布、气压分布、雨量分布及风力风向等以图像形式表示出来，从而对全球的气象情况及变化趋势进行研究和预测。

（3）计算流体动力学，汽车、船舶、收音机等的外形设计都必须考虑在气体、流体高速运动的环境中能否正常工作。过去，必须将所设计的机体模型放人大型风洞中做流体动力学的物理模拟实验，然后根据实验结果修改设计，再实验修改，直至完成，这种做法设计周期长、资金耗费大。现在，已可在计算机系统上建立机体几何模型，并进行风洞流体动力学的模拟计算。为理解和分析流体流动的模拟计算结果，必须利用可视化技术尽快将结果数据动态地显示出来，并将各时刻数据（不管是全局的还是局部的）精确显示及分析，这将是机体设计关键性的步骤。

（4）分子模型构造是生物工程，化学工程中先进的最有创造性的发展技术，今天科学计算可视化已经是学术界和工业界研究分子结构并与其相互作用的有力武器，它使分子模型构造技术发生了革命性的变化，过去的复杂和昂贵的方法，已经变成了可控性强、操作简易可靠的有效工具。例如，在遗传工程的药物设计中，使用彩色三维立体显示来改进已有药物的分子结构或设计新的药物，以及构造蛋白质和DNA等高度复杂的分子结构。

显然，科学计算可视化在学科的广泛程度上包括了空间信息的可视化，这是因为从复杂的多维数据中产生图形是空间信息可视化的基本内容，不管是空间数据的显示，还是空间分析结果的表示、空间数据的时空迁移以及每一空间数据处理的过程，无一不是其基本内容。