三維GIS在很長的一段時(shí)間內(nèi)以可視化作為自身產(chǎn)品夸耀的特點(diǎn)，大多數(shù)三維GIS的三維能力甚至被認(rèn)為主要體現(xiàn)在三維可視化功能上。當(dāng)然，三維GIS的一個(gè)最重要的特征也正是提供了三維形態(tài)的可視化方式讓用戶獲得完整的、非降維的視覺體驗(yàn)。通過三維模式，用戶可以結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，在虛擬的真實(shí)場(chǎng)景中做出準(zhǔn)確而快速的空間決策。
除此以外，三維可視化能夠非常方便地讓只具有抽象概念而難以 直接感知的空間現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)化和直觀化，如對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖切、推演城市的未來發(fā)展、仿真復(fù)雜的三維時(shí)空現(xiàn)象 （臺(tái)風(fēng)演進(jìn)、洪水淹沒、大氣污染、核泄漏影響、噪聲傳播、溫度和風(fēng)場(chǎng)變化）等，由此能獲得各種超越現(xiàn)實(shí)的空間感知經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，被認(rèn)為是不同背錄的用戶進(jìn)行空間信息交流、視覺分析與空間認(rèn)知的有效媒介。與傳統(tǒng)二維GIS固定的視角 （直角投影視點(diǎn)）觀察效果明顯不同，當(dāng)用戶把視點(diǎn)放在三維空間 （特別是透視投影空間）里時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)縮放和平移操作往往容易導(dǎo)致方位感的迷失，使得迅速定位產(chǎn)生困難。為了既能享受常規(guī)二維GIS地圖的方位感，又能得到三維的真實(shí)感和沉浸感，三維GIS往往采用多視點(diǎn)的可視化視圖進(jìn)行三維空間的模擬和表示。
三維GIS顯示時(shí)需要調(diào)用龐大的數(shù)據(jù)量，為了加快數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上的渲染速度，使三維GIS的視角從宏觀地形特征和地物布局到微觀街道漫游時(shí)能夠迅速地、無滯感地轉(zhuǎn)換和顯示，三維GIS需要在視角的運(yùn)動(dòng)中及時(shí)更新可見的內(nèi)容 （數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載），并根據(jù)距離遠(yuǎn)近以不同的細(xì)節(jié)或尺度進(jìn)行多重細(xì)節(jié)層次切換。即便如此，常規(guī)的三維GIS可視化技術(shù)仍然有很多問題，例如視角內(nèi)幾何片面較多時(shí)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化、大規(guī)模場(chǎng)景難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)陰影計(jì)算、需要計(jì)算的場(chǎng)景復(fù)雜時(shí)出現(xiàn)明顯的渲染間隔等問題。
為了改善三維GIS的顯示效率，目前研究人員從多個(gè)角度人手進(jìn)行了相應(yīng)的研究，如使用圖形處理芯片增強(qiáng)三維顯示效果。CPU是個(gè)人計(jì)算機(jī)中顯示卡的心臟，能夠從硬件上支持多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理操作，可以提供細(xì)致的三維物體和髙級(jí)的光線特效。GPU計(jì)算能夠構(gòu)建更加精細(xì)的三維模型，極大地提升了三維GIS的可視化效率，例如基于物體在當(dāng)前畫面中的視覺貢獻(xiàn)(視覺重要度)及相關(guān)語義信息，進(jìn)行場(chǎng)景LOD的自適應(yīng)計(jì)算;通過基于統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)的GPU并行計(jì)箅模型，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存中千萬級(jí)別面片的實(shí)時(shí)可視化計(jì)算。
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三維地圖緩存也是為了提升三維可視化效果不可缺少的手段，地圖緩存技術(shù)是按照一定數(shù)學(xué)規(guī)則將地圖分割成一定規(guī)格的圖片，并保存到服務(wù)器端。當(dāng)用戶通過客戶端瀏覽器訪問地圖服務(wù)時(shí)，即可直接返回當(dāng)前坐標(biāo)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的緩存圖片，從而達(dá)到降低服務(wù)器負(fù)擔(dān)并提升地圖瀏覽速度的效果，可極大地提高瀏覽速度從而提升用戶瀏覽的體驗(yàn)。地圖緩存技術(shù)一般針對(duì)較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)榉指詈蟮奈募詧D片形式存在，不再依賴生成地圖緩存的原始數(shù)據(jù)集，因此當(dāng)原始數(shù)據(jù)的屬性或者幾何信息發(fā)生變化后若更新數(shù)據(jù)，就需要對(duì)新的地圖數(shù)據(jù)重新生成緩存，因此，對(duì)現(xiàn)勢(shì)性要求高且數(shù)據(jù)更新頻繁的數(shù)據(jù)不建議使用地圖緩存技術(shù)。
三維GIS的可視化不僅僅是顯示簡單的地面場(chǎng)錄或貼上紋理的三維立方體即可，它還必須實(shí)現(xiàn)多種顯示效果，如模擬火焰、日照、黑夜、水流等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)，這些效果非常豐富，包括粒子效果、海底效果、地下場(chǎng)景效果、夜景效果等。
三維數(shù)據(jù)可視化的另一個(gè)重要趨勢(shì)是與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度，并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以為現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象添加上一層電子外套，是一種獨(dú)特的信息鏈接技術(shù)。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與GIS技術(shù)的結(jié)合，可以做到兩點(diǎn)：一是將自身的行為實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為GIS中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，二是GIS中的信息可以與現(xiàn)有的地理實(shí)景相掛接。
來源：開源地理空間基金會(huì)中文分會(huì)
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/14c82
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