地学可视化学习
一、八叉树的概念、特点、构建过程和编码方法
概念：八叉树是一种用于描述三维空间的树状数据结构，是二维四叉树模型在三维上的扩展，是对三维栅格模型的压缩改进。
构建过程：在八叉树模型中，根结点对应于包含整个研究对象的立方体，然后分层次地沿三个坐标轴方向对研究空间进行递归剖分，每分割一次就得到8个小正方体，直到每个小立方体的属性值单一为止。
八叉树的计算原理
1. 设定最大递归深度
2. 找出场景的最大尺寸，并以此尺寸建立第一个立方体
3. 依序将单位元元素丢入能包含且没有子节点的立方体
4. 若没达到最大递归深度，就进行细分八等份，再讲该立方体所装的单位元元素全部分组给八个子立方体
5. 若发现子立方体所分配到的单位元元素数量不为零且跟父立方体一样，则该子立方体停止细分
（因为根据空间分割理论，细分的空间所得到的分配必定较少，若是一样的数目，再怎么切，数目还是一样）
特点：
1.结构简单，所建立的空间索引大大提高了空间查询效率
2.存储方便，便于几何特征计算、布尔操作及快速显示，适合显示复杂形状的对象
3.存储空间随精度的提高急剧增加，几何变换效率不高
编码方式：普通八叉树，线性八叉树，三维行程八叉树。
二、地图可视化、地理可视化和GIS可视化三者的区别和联系
三者都属于地学信息可视化
地图可视化是以计算机科学、地图学、认知科学和地理信息系统为基础，以屏幕地图形式，直观、形象、多维与动态地显示空间信息的方法与技术。
地理可视化指生成地图以及其他地理信息的表现形式，其研究范围大于地图可视化。
但地理可视化和地图可视化本质上是一样的：
地图学与地理学 作为两门经典学科，其研究对象均为 地球表层系统中的地理环境 ，但前者侧重于地理空间信息的地图表达与应用，后者则把地图作为一种重要的研究工具来解决地理问题，而可视化具有的视觉交流传输和视觉认知分析特征 ，则可作为桥梁把地图学与地理学紧密地联结在一起。二者应属于本质同一的两个概念
GIS可视化是研究如何用图形图像呈现地学处理和分析的结果的技术，着重于技术层次上，例如数据模型（空间数据模型、时空数据模型）的设计，二、三维图形的显示，实时动态处理，时空多维动态模拟等。
三、名词解释
1.三维仿真地图
基于仿真的三维地图，对空间现象信息进行三维的、立体的形式直观、真实地显示。
一般具有纹理，光照和形状的仿真，还可以进行各种三维量测和分析。
2.三维地形图
基于地形图进行三维建模，并进行光照计算，纹理映射和投影变换，能进行空间量测和分析。实现三维地形的显示
3.空间信息可视化
运用计算机图层学，地图学，图像处理技术，对空间信息的输入、处理、分析和预测的数据和结果进行图形符号、图形、图像等可视化方法显示，并附上图表、文字、表格和视频，能进行交互操作的理论、技术和方法。
4.虚拟现实
以视觉为主，也通过听、触、嗅甚至味觉来感知环境，使人犹如进入了真实的地理空间环境中，并与之交互。不仅实现对三维空间和一维时间的仿真，还实现了自然交互方式的仿真。
5.地图可视化
基于计算机科学、地图学、认知科学和地理信息系统，以屏幕地图的形式对地理现象及地理事物进行显示直观、形成、三维及动态的显示空间信息的方法与技术。
6.标量
用不依赖与坐标系的数字来表示物体不同性质的量。
7.矢量
用一个表示大小的数字和方向来表示物体的不同性质的量。
四、简答题
1.概念模型是什么，有哪些类型，他们的区别是什么？
概念模型是对地理空间中地理事物及地理现象的抽象描述的集合，是对地理数据的语义化表达。
包括对象模型、场模型、网络模型、时空模型和多维模型。
对象模型是将地理现象或实体作为地理的对象分布在地理空间中。
场模型是将地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待。
网络模型和对象模型在某些方面是相同的，都是描述不连续的地理现象，不同之处在与它需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的连通情况。
时空模型是用于表达地理现象或实体的属性或相互关系随时间变化的动态过程和静态结果。
多维模型是用于表达某种地理现象或实体的属性或相互关系在特定区域内不仅随着时间的变化，而且变化还随着其他属性变化而发生改变。
2.栅格数据的编码方式有哪些？游程编码实例
完全栅格数据结构，压缩栅格数据结构：游程编码、四叉树、块码、链码，金字塔栅格数据结构。
3.V图的定义、特点、三角剖分准则及如何生成、生成算法
V图是对于一些离散点而言，分成若干个区域，每个区域包含一个离散点，这个区域是到这个离散点距离最近点的集合。
特点：
每个局域只有一个离散点
每个区域内的点到离散点的距离最近
每个多边形边上的点到两边离散点的距离相等
准则：
空外接圆准则
最大化最小角准则
生成：
先生成对偶元Delaunay三角网，再做三角网中每一个三角形边的中垂线，生成以三角形端点为生成元的多边形网
算法：
矢量算法：间接、增量、分治、扫描线
栅格算法：距离变换、扩张算法、确定归属
4.LOD（地形细节分层技术，层次细节模型）模型的类型、基本思想及优缺点
LOD模型按几何结构分为：离散LOD模型，连续LOD模型和多分辨率LOD模型
离散LOD模型
优点：不用在线生成模型，可视化效率高
缺点：数据冗余度高，存在视觉跳跃
连续LOD模型
优点：不存在数据冗余及视觉跳跃
缺点：在线生成模型，计算模型复杂，可视化效率低
多分辨率LOD模型
优点：结构简单，操作方便，适于表达复杂的不连续的体模型对象
按地形数据结构的不同分为：
基于TIN的LOD模型：层次模型，自适应层次模型，渐进模型
基于格网的LOD模型：四叉树模型，二分模型
混合模型：层次模型+连续模型
| 模型 | 优点 | 缺点 |
| 层次模型 | 能控制简化误差 | 难以避免生成狭长三角形，不考虑视点的位置，存在视觉跳跃 |
| 自适应层次模型 | 没有狭长三角形 | 速度较慢 |
| 渐进模型 | 没有视觉跳跃，视相关 | 速度慢 |
| 四叉树模型 | 层次清晰，结构规范，与空间索引一致，易构造与视点相关的模型 | 不适合不规则地形，区域边界不连续，可视化时可能出现空洞 |
| 二分模型 | 层次较清晰，结构较规范，易构造与视点相关的模型 | 不适合非规则地形，速度较慢，仍存在视觉跳跃 |
| 混合模型 | 适用于不连续的复杂地物 | 需解决分区边界空隙拼接问题 |
工作原理：
视点离物体近时，能观察到的模型细节丰富；视点远离模型时，观察到的细节逐渐模糊。系统绘图程序根据一定的判断条件，选择相应的细节进行显示，从而避免了因绘制那些意义相对不大的细节而造成的时间浪费，同时有效地协调了画面连续性与模型分辨率的关系。
基本思想：
同一物体距离眼睛远近不同，看到物体的详细程度不同。根据视距，视距远的选择分辨率低的模型。在实际显示时，根据计算机视点到物体中心点的距离来选择合适模型，通过减少距离远的多边形，减低分辨率，来提高三维显示的效率。
5.全球离散格网（DGG）的概念、特征及分类
全球离散格网是基于球面的一种可以无限细分，但又不改变其形状的地球体拟合，当细分到一定程度时，可以达到模拟地球表面的目的。
特征：层次性，离散性，全球连续性，不仅能避免投影的长度、角度、面积的变形及空间数据的不连续性，还能克服许多限制GIS应用的约束和不确定性，可以在任何位置获取的任何分辨率的空间数据都可以进行规范表达和分析，并进行确定精度的多尺度分析。
分类：球面经纬度格网，球面正多面体格网、球面自适应格网
6.标量场数据的可视化方法
一维标量场：折线图，二维坐标图
二维：颜色映射，高度图，等值线，图表，改进的等高，DEM，影像显示
三维：等值面，体绘制，规则格网，曲线格网，非结构格网，切片
7.水淹分析的类型和基本思想
基于DEM进行分析，有两种形式：
I.依据水文动力学模型构建洪水的演进模型
II.依据洪水的静态水位面进行计算
无源式水淹分析：大雨引起的地面水位上涨而造成的淹没现象，只考虑局部地面水位上涨的情况。
基本思想：判断水淹区地形高度和水淹高度是否存在水位差，高程低于给定的洪水水位则为淹没区。
有源式水淹分析：
又分为：给定洪水水位的淹没分析
基本思想：预先圈定一个最大可能淹没范围，给定水位高度的条件下对所圈定范围内的所有高程点进行比较
给定洪量的淹没分析
计算给定水位条件下淹没区域的容积，将容积与洪量进行比较；利用二分法等逼近算法，找出与洪量最接近的容积，容积对于的淹没单位和水深分布即最后的分析结果。
8.平面数据模型的局限性
地图投影类型多，难以统一
长度、角度、面积变形
精度低，需要改正数，效率低
平面和球面不同胚
无法满足连续多尺度分析
9.大数据的特征
数据量大volume
数据类型多variety
价值密度低value
处理速度快velocity
五、问答题
1.V图的应用
Voronoi 图在无人机航空影像匹配中的应用：
利用无人机在进行航空摄影时获得的影像中心点作为生成元来生成V图，在进行影像匹配时只需要判断与相邻影像中心点所在的多边形区域（四幅局部影像）是否达到一定重叠度，来实现影像匹配的优化调度。
用于物流节点选址：
当每个Voronoi多边形内的所有需求点由对应配送点服务时, 物流运输距离最短，Voronoi图在考虑运输距离的基础上, 清晰的表示出了物流节点的空间影响范围。
用于自动驾驶：
多边形的边界是距离种子点距离最远的点的集合，利用Voronoi Diagram的这个特性，将障碍物的边界当做种子点(Seed Points)，那么Cell的边界就是远离所有障碍物的可行驶路径。确保生成的路径是最大程度远离所有障碍物的安全行驶路径。
2.为什么用球面数据模型
球面模型的优点
平面模型的局限性