虛擬地球原理與實(shí)現(xiàn)

1、虛擬地球原理與實(shí)現(xiàn)一、引言 一、引言目前與地理信息相關(guān)的信息絕大多數(shù)也是通過(guò)投影變換以平面的方式管理和使用，這已不能滿足大范圍甚至全球多分辨率海量數(shù)據(jù)管理的要求。2005 年，美國(guó)谷歌公司推出了一款免費(fèi)的虛擬地球?yàn)g覽軟件 GoogleEarth（谷歌地球），給了人們一種全新的感受，數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)裝載、地形漸進(jìn)描繪、多重細(xì)節(jié)層次（LOD: Levels of Detail）和虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)等已成為虛擬地球的典型技術(shù)特征。因而構(gòu)建一個(gè)虛擬地球，需要

2、解決以下幾個(gè)問(wèn)題：全球角度空間數(shù)據(jù)模型的構(gòu)造，海量地理空間數(shù)據(jù)（包括地形、影像）的組織、管理和調(diào)度，空間數(shù)據(jù)的三維可視化。二、全球角度的空間數(shù)據(jù)模型投影理論解決了球面或橢球面不可展的難題（盡管不完美），從而建立了二維平面與實(shí)際球面三維空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，球面網(wǎng)格理論則構(gòu)建了全球空間數(shù)據(jù)高效訪問(wèn)的應(yīng)用分析模型。（一） 、球面網(wǎng)格球面網(wǎng)格的基本原理是將球面（參考橢球面）遞歸剖分為面積、形狀近似相等且具有多分辨率層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格單元，采用單元對(duì)應(yīng)的

3、地址編碼代替地理坐標(biāo)在球面上進(jìn)行操作。全球網(wǎng)格主要分為經(jīng)緯線網(wǎng)格和多面體網(wǎng)格。經(jīng)緯度網(wǎng)格符合人們的思維習(xí)慣，計(jì)算簡(jiǎn)單直觀且與現(xiàn)有各類(lèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比較方便，容易進(jìn)行紋理坐標(biāo)的計(jì)算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（地理坐標(biāo)到三維直角坐標(biāo)），在添加地理數(shù)據(jù)時(shí)，所做的工作也最少。缺點(diǎn)是網(wǎng)格單元形狀不均勻，接近極點(diǎn)的時(shí)候，網(wǎng)格扭曲，數(shù)據(jù)浪費(fèi)嚴(yán)重。（圖 2-1）（二） 、基于經(jīng)緯度的球面網(wǎng)格基于經(jīng)緯度的球面本身就隱含了一個(gè)矩形網(wǎng)格系統(tǒng)，為了改進(jìn)在高緯度地區(qū)單元變形嚴(yán)重的缺陷

4、，GeoFusion(2005)將全球劃分為 6 個(gè)區(qū) 域，其中 4 個(gè)處于南北緯 45 度之間，采用矩形網(wǎng)格，兩個(gè)處于高緯度地區(qū)，采用三角形網(wǎng)格，避免了高緯度地區(qū)使用矩形網(wǎng)格帶來(lái)的變形，但數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜。目前主流的虛擬地球?yàn)g覽器均采用基于經(jīng)緯度的球面網(wǎng)格系統(tǒng)，其中GoogleEarth、NASA WorldWind 采用統(tǒng)一的矩形網(wǎng)格（圖 2-3），ArcGlobe則采用 GeoFusion 的全球網(wǎng)格技術(shù)（圖 2-4）。圖 2-3