摘要：本文介绍了虚拟现实技术和地理信息系统的一些主要特点以及两者结合的一些典型应用
关键词：VR GIS
1、引言
VR即虚拟现实，是在20世纪80年代初提出的概念，其具体内容就是利用计算机图系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。近年来随着VR技术的发展，其应用领域越来越广泛，包括旅游、购物、游戏娱乐等。地理信息系统（后简称GIS）作为一门综合性的学科，发展过程中不断与其他技术相结合，对一些相关的地理信息进行统计、分析和预测。GIS技术与VR技术的结合，更好的利用GIS精确的空间数据和属性数据，将地物环境以三维虚拟场景的形式展现在用户面前，提供给用户更真实更客观的感受。本文简单的介绍这两种技术的结合的几种应用。
2、VR与GIS的结合
2.1 虚拟现实相关技术特点
（1）多感知性。是指除了一般计算机所具有的视觉听觉感知外，还有触觉、味觉、嗅觉、力感等人类具有的感知功能。
（2）存在感。就是沉浸感，是指用户作为主角存在于模拟出来的环境中的真实程度。理想的模拟环境应让用户觉得难以分辨真假。
（3）交互性。是指用户对虚拟环境内的物体可操作性的程度和从环境得到反馈的自然程度。例如用户可以去感觉环境中的物体，物体也可以随着人的行动而移动等。
（4）自主性。是指虚拟环境中的物体可以按照物理定律运动的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向推动方向移动或者翻到等。
2.2 地理信息系统的特点
（1）具有公共的地理定位基础，所有的地理要素在一个特定的投影和比例的参考坐标系统中进行严格的空间定位。
（2）具有多维的数据结构。由于地理信息不仅包括对象的空间位置，也包括实体特征的属性描述，同时还有明显的时间特征。所以地理信息系统的空间数据组织形式是一个由空间数据（三维空间坐标及其拓扑关系）、属性数据以及时间数据组成的多维数据结构，因此地理信息系统还具有以下特征：
1、具有采集、管理、分析以多种方式输出地理空间信息的能力，具有空间性和动态性。
2、为管理和决策服务，以地理模型方法为手段，又有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生决策支持信息及其他高层地理信息。
3、由计算机系统支持进行地理空间数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用到空间数据之上产生有用信息，完成人类难以完成的任务。计算机系统的支持使得地理信息系统具有快速、精确并能综合的对复杂的地理信息进行空间和过程的动态分析。
2.3 VR系统与GIS集成
VR系统构建具有完美人机交互能力和启发构思的多维空间信息环境，GIS擅长地理信息要素的空间分布、空间关系、空间过程的处理，将这两种技术集成在一起具有广泛的应用前景。
（1）对于GIS，集成VR技术可扩展GIS现有的图形显示功能，丰富GIS理论和内涵，拓宽GIS应用的领域，是空间信息可视化表达的另外一种形式。VR系统作为一种人机关系和谐的，通过视觉、视觉、触觉等作用使用户身临其境感受多维信息世界的交互式视景仿真系统，满足了当前探索和研究地球科学问题的需要，使GIS从描述地理信息的简单工具发展成为面向整个地球空间的高新信息技术前沿方向。
（2）对VR系统而言，GIS是解决用户在虚拟场景中“迷失”问题的有利工具。由VR系统生成的多维空间称为虚拟环境。用户除了在虚拟世界中行走、探索外，有时还需进行地理对象查询、修改、模型计算、数据分析等操作，这些也是GIS的特点。所以，VR系统功能的完善，只要和GIS有机紧密集成才能达到优势互补的目的。
（3）从数据层面看，要构建真实世界的大规模场景，将虚拟场景建模中的对象放到统一的地理系统、统一的空间数据库中进行管理，必须依靠地理信息系统的辅助才能完成。GIS在三维场景、实时动态、多维度、多分辨率空间场景海量数据的简化、压缩、存储以及查询、提取等方面具有很大优势和潜力。
在地理学研究和实践中，人们组件认识到GIS和VR系统的结合可以解决更多重要的实际的问题，形成了VRGIS这一新的研究领域。集成作为多种技术融合的手段，也将成为两大系统深入结合和提供应用的有效帮助。
2.4 VR与GIS结合的应用
(1)三维城市规划系统与VR技术的集成
VR技术可以把客观存在或者不存在的东西，通过计算机技术在用户眼前展现出来，在此基础上建立的三维城市规划系统对城市的规划产生巨大的影响，主要表现在：1、为城市规划设计创建逼真的、三维的场景；2、可以进行多种规划设计的对比；3、不同时期、不同阶段城市发展变化的对比；4、形成标准的三维城市信息平台；5、三维城市信息平台为城市管理服务等。借助虚拟现实技术，无需规划方案的真正实施，就能先期检验该规划方案的实施效果是否可以达到社会、经济、生态的综合效益，并且可以反复修改和选择，决策者制定和规划的方案可以再交互式三维场景中考察、讨论和修改设计，也可以通过这种方式向公众展示规划方案，有利于提高公众参与和规划的积极性。
图一 三维城市规划管理系统
（2）在水利工程系统中VR-GIS技术的应用
水利工程对流域的防洪减灾、水资源配置以及综合利用具有明显的作用，在传统的水利工程规划和设计过程中，采用的方法基本是纯数值计算或者在二维平面上进行设计，然后把规划与设计好的成果采用传统的三维建模和渲染软件进行播放，这样的方法使得水利工程规划设计“视”和“算”有脱节，计算的结果不一定能当做设计的指导，看到的效果也不能很好反映计算的结果，因此给工程规划设计带来了诸多不便和局限性。采用VR技术和GIS技术的结合，不但能更直观的表现水利工程的三维场景，还有很强的空间数据存储、分析，修改、计算等功能，真正的做到了“视算一体化”，方案如图二。
（3）在军事和公安方面的应用
虚拟现实地理信息系统在军事和公安领域方面的应用也是十分重要的一个方面，系统可以建立实时的、动态的三维地形地貌场景，对军事学的重要意义是不言而喻的。对行军推进，战术打击，武器弹道规划，实战演习方面有着确保效果，降低成本，节约人力物力的重要作用。这一技术应用水平的高低，也是各个国家军事实力的重要方面。另外VR-GIS技术还可以应用于公安指挥系统，辅助进行警情实时监听，监控，了解治安及警力分布状况，反恐救援方案的制定，对于提高治安效果，打击罪犯，提高警力利用效率具有重要意义。
（4）其他
随着计算机技术的不断发展，虚拟现实地理信息系统的应用也越来越广泛，除了上述介绍的几种方面的应用外，在其他领域也体现了其诸多优势。如在矿产资源发现和开采，旅游景观服务平台，防汛防洪预警，三维校园管理系统、数字考古等。
3 小结
VR-GIS技术是地理信息系统由二维向三维发展的一种趋势，是对传统GIS技术的扩展和包容。本文仅就VR与GIS的特点，以及在几个行业中的应用进行了简单的介绍。目前地理信息技术正有力的推进数字城市向智慧城市发展，VR技术与GIS的深入结合必将为城市建设、社会发展、国家稳定提供更好更多的应用和服务。
参考文献
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[4]邓岳辉，杨以涵.虚拟现实技术[J].电力科学与工程，1997,04:7-9.
论文作者:谭盛辉
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/19
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