gis与vr技术的结合 vr在gis可视化中的意义

vr是什么有什么用

VR的英文全称是Virtual Reality，翻译成中文名称是虚拟现实。

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虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

1.简介

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

2.发展历史

虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的第一阶段（1963年以前）；虚拟现实萌芽为第二阶段（1963 -1972 ）；虚拟现实概念的产生和理论初步形成为第三阶段（1973 -1989 ）；虚拟现实理论进一步的完善和应用为第四阶段（1990 -2004 ）。

3.特征

多感知性

指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。

存在感

指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。

交互性

指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。

自主性

指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。

4.关键技术

显示

人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。

在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。

声音

人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，所以会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。

感觉反馈

在一个VR系统中，用户可以看到一个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现实生活中是不可能的。解决这一问题的常用装置是在手套内层安装一些可以振动的触点来模拟触觉。

语音

在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如，连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理和环境的影响而有所不同。

5技术应用

医学。VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

娱乐。丰富的感觉能力与3D显示环境使得VR成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对VR的真实感要求不是太高，故近些年来VR在该方面发展最为迅猛。

军事航天。模拟训练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为VR提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训练，该系统可联结200多台模拟器。另外利用VR技术，可模拟零重力环境，替非标准的水下训练宇航员的方法。

室内设计。虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。

房产开发。随着房地产业竞争的加剧，传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需要。

工业仿真。当今世界工业已经发生了巨大的变化，大规模人海战术早已不再适应工业的发展，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，特别是虚拟现实技术的应用正对工业进行着一场前所未有的革命。虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。

应急推演。防患于未然，是各行各业尤其是具有一定危险性行业（消防、电力、石油、矿产等）的关注重点，如何确保在事故来临之时做到最小的损失，定期的执行应急推演是传统并有效地一种防患方式，但其弊端也相当明显，投入成本高，每一次推演都要投入大量的人力、物力，大量的投入使得其不可能进行频繁性的执行，虚拟现实的产生为应急演练提供了一种全新的开展模式，将事故现场模拟到虚拟场景中去，在这里人为的制造各种事故情况，组织参演人员做出正确响应。

游戏。三维游戏既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起了巨大的需求牵引作用。 尽管存在众多的技术难题，虚拟现实技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。

Web3D

Oculus Rift开拓虚拟现实游戏新时代[3]

Web3D主要有四类运用方向：商业、教育、娱乐、和虚拟社区。

道路桥梁。城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，虚拟现实技术可以广泛的应用在城市规划的各个方面，并带来切实且可观的利益。

地理。应用虚拟现实技术，将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观，可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作，满足数字城市技术由二维GIS向三维虚拟现实的可视化发展需要，为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。

教育。虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。

还有演播室、水文地质、技术培训、船舶制造、汽车仿真、轨道交通、生物力学、数字地球、虚拟现实等方面都会有很大的应用价值。

但是从现在来看，虚拟现实技术想要真正进入消费级市场，还有一段很长的路要走，包括Oculus公司在内。在Oculus内部，也对虚拟现实技术现在面对的问题进行了讨论，并且不断的在寻找解决方法。虽然所有问题最终都会找到答案，但是都不太可能在一夜之间全部解决。

目前，开发者如何为用户提供一个真正身临其境的游戏或应用体验还存在比较大的技术局限性，而一些问题到现在仍然还没有很好的解决办法。

VR)与GIS技术相结合,在哪些领域得到应用,举一个应

1.国土资源：河流、湖泊三维空间管理，矿山三维检测，地质灾害预警三维地理信息系统

2.数字城市领域：辅助规划决策、灾害应急模拟、道路交通组织、地下管线三维可视化管理

3.农业、林业：森林资源管理三维系统

4.海洋领域：海岛管理三维系统；三维海洋生态环境信息系统

5.电力：三维电网检测系统

6.水利：库区三维检测系统；淹没区分析

什么是VR-GIS?

虚拟现实技术（VR）与地理信息系统（GIS）的结合应用

如三维虚拟仿真数字城市

虚拟现实技术是如何运作的?

VR 本质在于创造一个虚拟的三维交互场景，借助特殊的硬件设备，为用户提供跨时空的、有自然交互的多维虚拟空间。将 VR 头盔作为显示终端，配合使用 VR 手柄、传感器、无线套件等操作工具，通过 VR 将机房内的 3D 场景呈现在 VR 头盔内。

虚拟现实 VR 技术以用户体验视角为中心，跟踪反馈在 3D 场景中的动作，借助软硬件设备，使用户完全沉浸其中。虚拟现实软件通常为实时视景仿真模拟驱动软件，用于环境渲染、视觉特性定义、场景描述。其包含多类可交互的可视化脚本，通过可视化操作建立三维场景仿真模型，并将其存放在应用定义文件中，然后应用程序就可以调用对应的函数库对已建好的三维可视化场景进行渲染驱动。

基于 WebXR 标准，实现用户通过 VR 设备与虚拟机房环境中的各类设备，进行语言、手势、行走等实时交互操作，及 360° 全方位自由漫步。通过在图扑 VR 场景内沉浸式体验，能集中感受机房资产布局、气流组织、高效运维等互动演示，打造身临其境的沉浸感。Hightopo 基于可视化引擎 HT for Web 搭建的 VR 数据中心机房，是将数据中心的运营搬到 VR 虚拟场景。以数据中心实际场景为基础，1：1 复原了具有更好视觉感知的轻量化数据中心机房环境。VR 虚拟场景内三维立体的呈现出机房内资产、容量、动环、设备等关键要素，搭配独具创新的 VR 手电筒透视巡检功能，为多项业务信息提供实时采集、处理、监控、透视业务，帮助运维人员准确掌握业务的动态运行情况及空间分部特征。

运用自研引擎强大的渲染技术，打造独具创新性的 VR 手电筒透视巡检功能。场景中 VR 手柄切换成手电筒，当光照扫射到的指定区域时，即可立体透视内部服务器、交换机、路由器等 IT 资产设备，清晰呈现相应的空间分布和运行状态。

用户通过佩戴 VR 设备，在虚拟空间内进行自由走动、飞行漫游巡检，以第一人称视角浏览机房内部空间陈设，或依照设定的线路对所需监管设备进行依次巡检或循环执行。支持从任意角度查看设备实时运行态势、告警信息、气流分布等变化。

通过手柄点选、拖动、拉伸等手势操控，将选中的目标设备拉拽到眼前。选择前、后、左、右、上、下等任意角度，配合手电筒光照，对设备内部的 CPU、硬盘、光驱、内存、风扇等硬件结构，展开多视角、立体化、集约化地细微观察。