地学空间信息建模与可视化
出版时间:
2016-07
版次:
1
ISBN:
9787121292620
定价:
59.00
装帧:
平装
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
268页
字数:
440千字
正文语种:
简体中文
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地学空间信息的建模与可视化有助于帮助用户直观地了解地学信息空间分布，是进行空间信息辅助决策的重要手段。本书系统阐述了地学领域大规模地形、水面及河流、真三维层状地质体和规则体三维场、地球物理勘探数据、天气雷达数据以及地理多维属性信息建模和可视化的理论和方法。本书作者在地学空间信息可视化领域从事过十多年研究工作，本书内容是作者近些年来主持国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家深部探测专项、科技部科技支撑项目等多个国家及企业项目的研究成果，抓住了地学空间信息建模与可视化的难点和要点，具有很好的前瞻性和实用性。本书适用于地质学、地球物理学、气象学、地理信息系统及其他与地学相关专业本科生和研究生的教学参考书，也可作为地学领域相关研究人员的参考书。 芮小平，1975年生，博士（后），中国科学院大学副教授，硕士研究生导师，美国威斯康星大学（麦迪逊）访问学者。主要从事地理信息系统理论与应用方面的研究，研究方向包括空间信息可视化、基于GIS的应急决策方法、路径优化与资源分配问题等。现为《地理与地理信息科学》杂志编委，中国系统仿真协会会员，中国科学院大学《地理信息系统》校级优秀课程主讲教师，国内外各种GIS相关主流杂志的审稿专家。近几年，先后主持了国家自然科学基金项目“多维空间信息可视化方法研究”、国家科技重大专项油气专项专题“煤层气地面集输地理信息系统研究”和水专项专题“三峡库区流域水污染防治三维可视化平台系统研制”、国家科技支撑计划专题“餐厨垃圾智能收运与调度方法研究”、国家深部探测专项专题“深部探测数据网络三维可视化系统”和北京市重大专项课题“房山张坊地区岩溶发育机理研究”等14项国家纵向项目和5项横向科研项目；参与了国家973项目专题“GIS支持的人类活动条件下区域地下水系统响应”和中国科学院重大战略性先导专项课题“煤田自燃中的碳排放”等8项。2008年获得国家测绘科技进步二等奖（排名第6）。已发表论文80余篇（其中被国际论文三大检索机构检收录的论文达30余篇），编写GIS开发相关教材1部。获得软件著作权12项和国家发明专利2项（排名第二）。于雪涛，1984年生，博士，石家庄铁道大学讲师。主要是从事地理信息系统的开发与应用研究，研究方向包括GIS在气象学中的应用、交通地理信息系统等。近两年主持了河北省自然科学基金1项，河北省社会科学基金1项。目前已发表论文10余篇（其中被SCI或EI检索论文4篇），参与编写GIS开发相关教材1部。 第1章引言 1
1．1可视化技术的产生 3
1．2数据可视化 4
1．3信息可视化 9
1．4地理空间信息的可视化 14
1．5本书主要内容及其框架 16
参考文献 17
第2章空间数据的处理 19
2．1多重二次曲面函数插值法 21
2．1．1多重二次曲面函数插值法的数学原理 22
2．1．2多重二次曲面函数插值的数值求解过程 22
2．1．3多重二次曲面函数插值的实现方法 23
2．2基于超曲面样条函数的真三维数据插值法 23
2．2．1曲面样条函数简介 24
2．2．2超曲面样条函数原理 25
2．2．3超曲面样条函数插值算法的实例验证 26
2．3本章小结 28
参考文献 28
第3章大规模地形可视化 31
3．1地形可视化研究现状 33
3．1．1基于分形技术的地形可视化 33
3．1．2基于真实地形数据的地形可视化 34
3．2一种基于Perlin噪声函数的地形生成方法 37
3．2．1Perlin噪声函数简介 37
3．2．2二维Perlin噪声函数的构造 38
3．2．3具有多层细节的地形生成方法 39
3．2．4用Perlin噪声函数绘制地形的实例 40
3．3基于Morton码的地形简化方法 40
3．3．1Morton码的基本概念 40
3．3．2基于Morton码的地形简化算法 41
3．3．3用Morton码进行地形简化的应用实例 42
3．3．4基于Morton码的地形简化算法优缺点讨论 43
3．4基于不完全四叉树的LOD方法 43
3．4．1实时连续LOD的特征 44
3．4．2基于不完全四叉树LOD技术的基本原理 45
3．4．3四叉树节点的快速访问 49
3．4．4基于不完全四叉树LOD技术的研究实例 52
3．4．5算法讨论 54
3．5一种改进的ROAM算法 54
3．5．1ROAM算法简介 54
3．5．2改进的ROAM算法 56
3．5．3应用实例 59
3．5．4算法讨论 60
3．6基于球面索引的三维地形可视化 61
3．6．1连续球面地形LOD算法――SphericalROAM 61
3．6．2海量地形分页渲染技术 64
3．7在地形上的叠加数据 66
3．7．1在DEM上叠加纹理图像 66
3．7．2在DEM上叠加矢量数据 67
3．7．3数据叠加的应用实例 69
3．8在地形上叠加三维模型 70
3．9本章小结 71
参考文献 71
第4章水面的可视化 75
4．1基于中心差分法的理想水面可视化 77
4．1．1三维水体模拟研究简介 77
4．1．2方法原理 78
4．1．3应用实例 82
4．2流动河流的三维可视化算法 84
4．2．1河道边界的提取 84
4．2．2基于速度场的自适应河流模拟 86
4．3本章小结 94
参考文献 95
第5章真三维空间信息可视化 97
5．1真三维可视化的国内外研究现状 99
5．1．1基于面模型的构模 100
5．1．2基于体模型的构模 101
5．1．3混合建模 104
5．2基于VRML的三维地质体可视化方法 105
5．2．1原始数据的组织 105
5．2．2地质体三维可视化的实现过程 106
5．2．3在VRML环境下实现地质体三维可视化 107
5．2．4应用实例及结论 108
5．3基于三棱柱的层状体可视化 108
5．3．1数据处理与体元描述 109
5．3．2切割点的求解 110
5．3．3三棱柱的剖分 110
5．3．4应用实例 112
5．4基于切片法的规则体可视化 114
5．4．1用切片法实现规则体体视化的基本原理 114
5．4．2用切片法实现规则体体视化的过程 115
5．5基于八叉树结构的数据简化技术 116
5．5．1八叉树结构的定义 117
5．5．2八叉树节点的快速访问 118
5．5．3八叉树的优点 119
5．6基于小波的三维数据可视化 120
5．6．1小波变换及其基本概念 120
5．6．2多分辨分析与Mallat算法 122
5．6．3三维小波及其在三维数据可视化中的应用 126
5．7本章小结 129
参考文献 129
第6章地球物理勘探数据可视化 133
6．1CSAMT电法数据三维可视化 135
6．1．1CSAMT数据格式与组织 135
6．1．2CSAMT数据的插值方法 137
6．1．3构建CSAMT场数据与虚拟切片滑动控制器 138
6．1．4测线模型的实例 139
6．2SGY地震数据三维可视化算法 141
6．2．1读取地震勘探数据 143
6．2．2建立纹理 143
6．2．3纹理空间映射 144
6．3重磁数据的三维可视化 145
6．3．1读取重力（磁法）勘探数据 146
6．3．2建立顶点缓存 146
6．3．3计算索引缓存 147
6．3．4进行空间变换 147
6．3．5顶点着色 148
6．4综合地球物理资料索引结构的快速建立 149
6．4．1综合地球物理资料空间索引的分割方法 149
6．4．2综合地球物理资料数据结构的递归生成 150
6．4．3快速空间查询算法 153
6．4．4快速异常范围值空间定位算法 154
6．4．5查询结果的快速排序算法 154
6．4．6地球物理资料的添加与删除算法 155
参考文献 156
第7章天气雷达数据可视化 157
7．1天气雷达简介 159
7．2713型天气雷达数据可视化 159
7．2．1数据及格式说明 159
7．2．2数据的判读 160
7．2．3数据的显示 160
7．2．4结论 163
7．3新一代天气雷达数据可视化 163
7．3．1雷达基数据的可视化 164
7．3．2雷达导出产品的可视化 170
参考文献 176
第8章多维信息可视化 179
8．1多维信息可视化研究综述 181
8．1．1多维信息可视化技术的分类 181
8．1．2空间多维信息可视化技术研究现状 182
8．2基于SOM的多维信息可视化 186
8．2．1SOM基本原理 186
8．2．2SOM的训练算法 187
8．2．3SOM的质量评估 188
8．2．4原型矢量的初始化方法 189
8．2．5矢量投影 189
8．2．6用SOM实现多维信息可视化 190
8．2．7SOM的多维信息可视化的应用实例 194
8．3基于弹性网络图的多维信息可视化 197
8．3．1弹性网络图 197
8．3．2自适应弹性网络图 200
8．3．3弹性网的自动学习过程 201
8．3．4构建弹性网络图 202
8．3．5用弹性网络图实现多维信息可视化 203
8．3．6弹性网络图可视化的应用实例 203
8．4流形学习的空间高维数据降维研究 207
8．4．1流形学习算法介绍 207
8．4．2等距映射 207
8．4．3局部线性嵌入 209
8．5LLE-SOFM耦合模型的多维数据可视化算法 210
8．5．1方法原理 210
8．5．2LLE-SOFM的应用实例 213
8．6基于空间自相关的支持向量机空间聚类 214
8．6．1方法原理简介 215
8．6．2基于Moran的样本集选择 216
8．7本章小结 217
参考文献 217
第9章可视化空间信息挖掘 221
9．1数据挖掘理论简介 223
9．2可视化数据挖掘技术 224
9．2．1Keim提出的分类体系 224
9．2．2Card提出的分类体系 226
9．3可视化技术在空间信息挖掘中的应用 227
9．4本章小结 229
参考文献 229
附录AOracleSpatial的空间数据组织方案 231
附录B基于ArcSDECAPI函数的客户端设计方法 241
附录C三维场景交互性设计 249
-
内容简介:
地学空间信息的建模与可视化有助于帮助用户直观地了解地学信息空间分布，是进行空间信息辅助决策的重要手段。本书系统阐述了地学领域大规模地形、水面及河流、真三维层状地质体和规则体三维场、地球物理勘探数据、天气雷达数据以及地理多维属性信息建模和可视化的理论和方法。本书作者在地学空间信息可视化领域从事过十多年研究工作，本书内容是作者近些年来主持国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家深部探测专项、科技部科技支撑项目等多个国家及企业项目的研究成果，抓住了地学空间信息建模与可视化的难点和要点，具有很好的前瞻性和实用性。本书适用于地质学、地球物理学、气象学、地理信息系统及其他与地学相关专业本科生和研究生的教学参考书，也可作为地学领域相关研究人员的参考书。
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作者简介:
芮小平，1975年生，博士（后），中国科学院大学副教授，硕士研究生导师，美国威斯康星大学（麦迪逊）访问学者。主要从事地理信息系统理论与应用方面的研究，研究方向包括空间信息可视化、基于GIS的应急决策方法、路径优化与资源分配问题等。现为《地理与地理信息科学》杂志编委，中国系统仿真协会会员，中国科学院大学《地理信息系统》校级优秀课程主讲教师，国内外各种GIS相关主流杂志的审稿专家。近几年，先后主持了国家自然科学基金项目“多维空间信息可视化方法研究”、国家科技重大专项油气专项专题“煤层气地面集输地理信息系统研究”和水专项专题“三峡库区流域水污染防治三维可视化平台系统研制”、国家科技支撑计划专题“餐厨垃圾智能收运与调度方法研究”、国家深部探测专项专题“深部探测数据网络三维可视化系统”和北京市重大专项课题“房山张坊地区岩溶发育机理研究”等14项国家纵向项目和5项横向科研项目；参与了国家973项目专题“GIS支持的人类活动条件下区域地下水系统响应”和中国科学院重大战略性先导专项课题“煤田自燃中的碳排放”等8项。2008年获得国家测绘科技进步二等奖（排名第6）。已发表论文80余篇（其中被国际论文三大检索机构检收录的论文达30余篇），编写GIS开发相关教材1部。获得软件著作权12项和国家发明专利2项（排名第二）。于雪涛，1984年生，博士，石家庄铁道大学讲师。主要是从事地理信息系统的开发与应用研究，研究方向包括GIS在气象学中的应用、交通地理信息系统等。近两年主持了河北省自然科学基金1项，河北省社会科学基金1项。目前已发表论文10余篇（其中被SCI或EI检索论文4篇），参与编写GIS开发相关教材1部。
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目录:
第1章引言 1
1．1可视化技术的产生 3
1．2数据可视化 4
1．3信息可视化 9
1．4地理空间信息的可视化 14
1．5本书主要内容及其框架 16
参考文献 17
第2章空间数据的处理 19
2．1多重二次曲面函数插值法 21
2．1．1多重二次曲面函数插值法的数学原理 22
2．1．2多重二次曲面函数插值的数值求解过程 22
2．1．3多重二次曲面函数插值的实现方法 23
2．2基于超曲面样条函数的真三维数据插值法 23
2．2．1曲面样条函数简介 24
2．2．2超曲面样条函数原理 25
2．2．3超曲面样条函数插值算法的实例验证 26
2．3本章小结 28
参考文献 28
第3章大规模地形可视化 31
3．1地形可视化研究现状 33
3．1．1基于分形技术的地形可视化 33
3．1．2基于真实地形数据的地形可视化 34
3．2一种基于Perlin噪声函数的地形生成方法 37
3．2．1Perlin噪声函数简介 37
3．2．2二维Perlin噪声函数的构造 38
3．2．3具有多层细节的地形生成方法 39
3．2．4用Perlin噪声函数绘制地形的实例 40
3．3基于Morton码的地形简化方法 40
3．3．1Morton码的基本概念 40
3．3．2基于Morton码的地形简化算法 41
3．3．3用Morton码进行地形简化的应用实例 42
3．3．4基于Morton码的地形简化算法优缺点讨论 43
3．4基于不完全四叉树的LOD方法 43
3．4．1实时连续LOD的特征 44
3．4．2基于不完全四叉树LOD技术的基本原理 45
3．4．3四叉树节点的快速访问 49
3．4．4基于不完全四叉树LOD技术的研究实例 52
3．4．5算法讨论 54
3．5一种改进的ROAM算法 54
3．5．1ROAM算法简介 54
3．5．2改进的ROAM算法 56
3．5．3应用实例 59
3．5．4算法讨论 60
3．6基于球面索引的三维地形可视化 61
3．6．1连续球面地形LOD算法――SphericalROAM 61
3．6．2海量地形分页渲染技术 64
3．7在地形上的叠加数据 66
3．7．1在DEM上叠加纹理图像 66
3．7．2在DEM上叠加矢量数据 67
3．7．3数据叠加的应用实例 69
3．8在地形上叠加三维模型 70
3．9本章小结 71
参考文献 71
第4章水面的可视化 75
4．1基于中心差分法的理想水面可视化 77
4．1．1三维水体模拟研究简介 77
4．1．2方法原理 78
4．1．3应用实例 82
4．2流动河流的三维可视化算法 84
4．2．1河道边界的提取 84
4．2．2基于速度场的自适应河流模拟 86
4．3本章小结 94
参考文献 95
第5章真三维空间信息可视化 97
5．1真三维可视化的国内外研究现状 99
5．1．1基于面模型的构模 100
5．1．2基于体模型的构模 101
5．1．3混合建模 104
5．2基于VRML的三维地质体可视化方法 105
5．2．1原始数据的组织 105
5．2．2地质体三维可视化的实现过程 106
5．2．3在VRML环境下实现地质体三维可视化 107
5．2．4应用实例及结论 108
5．3基于三棱柱的层状体可视化 108
5．3．1数据处理与体元描述 109
5．3．2切割点的求解 110
5．3．3三棱柱的剖分 110
5．3．4应用实例 112
5．4基于切片法的规则体可视化 114
5．4．1用切片法实现规则体体视化的基本原理 114
5．4．2用切片法实现规则体体视化的过程 115
5．5基于八叉树结构的数据简化技术 116
5．5．1八叉树结构的定义 117
5．5．2八叉树节点的快速访问 118
5．5．3八叉树的优点 119
5．6基于小波的三维数据可视化 120
5．6．1小波变换及其基本概念 120
5．6．2多分辨分析与Mallat算法 122
5．6．3三维小波及其在三维数据可视化中的应用 126
5．7本章小结 129
参考文献 129
第6章地球物理勘探数据可视化 133
6．1CSAMT电法数据三维可视化 135
6．1．1CSAMT数据格式与组织 135
6．1．2CSAMT数据的插值方法 137
6．1．3构建CSAMT场数据与虚拟切片滑动控制器 138
6．1．4测线模型的实例 139
6．2SGY地震数据三维可视化算法 141
6．2．1读取地震勘探数据 143
6．2．2建立纹理 143
6．2．3纹理空间映射 144
6．3重磁数据的三维可视化 145
6．3．1读取重力（磁法）勘探数据 146
6．3．2建立顶点缓存 146
6．3．3计算索引缓存 147
6．3．4进行空间变换 147
6．3．5顶点着色 148
6．4综合地球物理资料索引结构的快速建立 149
6．4．1综合地球物理资料空间索引的分割方法 149
6．4．2综合地球物理资料数据结构的递归生成 150
6．4．3快速空间查询算法 153
6．4．4快速异常范围值空间定位算法 154
6．4．5查询结果的快速排序算法 154
6．4．6地球物理资料的添加与删除算法 155
参考文献 156
第7章天气雷达数据可视化 157
7．1天气雷达简介 159
7．2713型天气雷达数据可视化 159
7．2．1数据及格式说明 159
7．2．2数据的判读 160
7．2．3数据的显示 160
7．2．4结论 163
7．3新一代天气雷达数据可视化 163
7．3．1雷达基数据的可视化 164
7．3．2雷达导出产品的可视化 170
参考文献 176
第8章多维信息可视化 179
8．1多维信息可视化研究综述 181
8．1．1多维信息可视化技术的分类 181
8．1．2空间多维信息可视化技术研究现状 182
8．2基于SOM的多维信息可视化 186
8．2．1SOM基本原理 186
8．2．2SOM的训练算法 187
8．2．3SOM的质量评估 188
8．2．4原型矢量的初始化方法 189
8．2．5矢量投影 189
8．2．6用SOM实现多维信息可视化 190
8．2．7SOM的多维信息可视化的应用实例 194
8．3基于弹性网络图的多维信息可视化 197
8．3．1弹性网络图 197
8．3．2自适应弹性网络图 200
8．3．3弹性网的自动学习过程 201
8．3．4构建弹性网络图 202
8．3．5用弹性网络图实现多维信息可视化 203
8．3．6弹性网络图可视化的应用实例 203
8．4流形学习的空间高维数据降维研究 207
8．4．1流形学习算法介绍 207
8．4．2等距映射 207
8．4．3局部线性嵌入 209
8．5LLE-SOFM耦合模型的多维数据可视化算法 210
8．5．1方法原理 210
8．5．2LLE-SOFM的应用实例 213
8．6基于空间自相关的支持向量机空间聚类 214
8．6．1方法原理简介 215
8．6．2基于Moran的样本集选择 216
8．7本章小结 217
参考文献 217
第9章可视化空间信息挖掘 221
9．1数据挖掘理论简介 223
9．2可视化数据挖掘技术 224
9．2．1Keim提出的分类体系 224
9．2．2Card提出的分类体系 226
9．3可视化技术在空间信息挖掘中的应用 227
9．4本章小结 229
参考文献 229
附录AOracleSpatial的空间数据组织方案 231
附录B基于ArcSDECAPI函数的客户端设计方法 241
附录C三维场景交互性设计 249
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