基于SVG的空间数据可视化.pdf

华中科技大学硕士学位论文基于SVG的空间数据可视化姓名：刘嘉申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：冯玉才2003.5.10华中科技大学硕士学位论文摘 要fl空间数据的可视化是空间数据库管理系统中的一个部分它将空间数据朐管理与可视化技术结合起来，为空间数据的管理提供了更为直观有效的手段y结合空间数据涉及的数据类型多样、数据关系复杂、数据可视化表达方式各异等特点，通过分析、比较现有的两种空间数据可视化方法，即基于点阵图像的空间数据可视化和基于矢量图形的空间数据可视化的优劣，提出在空间数据的可视化显示和可视化查询中引入可扩展矢量图形(Scalable Vector Graphics，SVG)的思想，内容涉及基本空间对象的可视化表示、空间数据的语义可视化、空间信息的可视化查询、空间数据格式转换等几方面在仔细分析了SVG的产生、特点、对图形元素的表示方法以及SVG提供的动画与交互功能之后，总结出SVG在空间数据可视化表示和交互方面所具有的独特优越性，并对SVG在WebGIS可视化客户端中的应用前景进行了探讨在国产分布式数据库管理系统DM—SDB的基础上，设计基于SVG的WebGIS的客户端并实现包括地图分层管理，地图放大、缩小、漫游，对地图元素进行编辑以及对于图形和属性信息的可视化查询等基本功能。

针对分层管理功能，SVG通过分组来实现，所有的图层数据都在一个SVG"文档中，各个图层的通过分组的id值来标示，并在脚本中嵌入JavaSeript语句完成隐藏和显示图层的功能针对客户端的图面操作，包括放大、缩小、漫游、全图等，都可以通过使用SVG提供的动态交互功能实现，主要做法是在视口范围不变的情况下，按照具体的图面操作的需要通过脚本语言如JavaSeript语言对SVG的viewBOX属性值进行操纵，也就是进行坐标系变换关键词：可疯衫空间磊的可视化 √ √地理信息系统：可扩展矢量图形规范华中科技大学硕士学位论文Abst ractVisualization of spatial data is a part of spatial dambase management system．itcombines the management of spatial data and visualizing technology,provides US a moredirect and more efficient way to manage our spatial data．By analyzing and cpmparing two visualizing methods of spatial data，one is based onlattice images and the other is based on vector images，raise a point of introducing SVGinto visualization of spatial data．It involves several aspects，including visualizing mainspatial objects，visual semantics，visual query and SO on．After analyzing SVG’S characteristics and functions，discussing the forground of theapplication of SVG in the visualization of spatial data,raised a point of designing a clientof WebGIS which iS introduced SVG and based Oil DM-SDB database managementsystem．On this client,people c粕realize their uses of maps．including display,edit,visualquery and SO on．SVG providesto manage different map layers．All layers are insame SVG file．Different id presents differem map layer．Through embedding JavaScriptlanguage in SVG files，we can implement to show or not to show a map layer．SVGprovide dynamic altemation function which Can help US to implement the function ofzooming in，zooming out，ranging and showing the whole map．The main method is to set anew value to viewBox of SVG file using JavaSeript language．Keyword：visualization；visualization of spatial data；geographic informationsystem；scaleable vector graphicII华中科技大学硕士学位论文1．1课题背景l绪论课题来源：科技部中小企业技术创新基金无偿资助项目——安全空间数据库系统(DM-SDB)，是其中的一个子系统。

其目标是在本所设计开发的国产分布式多媒体数据库管理系统DM3的基础上，支持对空间数据的可视化随着人们对信息需求的提高，一种新的概念即空间信息以及它的重要性逐渐为人们所了解和认识能够迅速有效地管理空间数据，根据其空间属性进行分析，对于当今的企业来说，变得十分重要这使原有的信息处理方法如数字信号处理、数字图像处理等已不能完全满足用户准确、直观、迅速、可交互、分布式的多样性需求，如何处理这些信息成为紧迫问题与计算机相关的数据库技术、计算机视觉、计算机图像处理、计算机图形学、计算机辅助设计、人机交互界面等科学技术都朝着综合化、可视化的方向发展可视化成为理解复杂现象和大规模数据的重要工具可视化是80年代中期诞生的一门综合计算机数据处理、图像(图形)显示、辅助设计等技术的交叉学科NCSA(美国国家超级计算应用中心)是国际上从事可视化研究的权威单位，早在80年代，NCSA就进行了大量的可视化算法与软件的研究与开发，推出了NCSAImage、ImageTool、NCSADataScope、NCSAPalEdit以及NCsACompositeT001等可视化软件工具，并致力于高性能交互可视环境的研究在国内，清华、北大、国防科大、中科院软件所等单位相继开展了可视化技术的研究，其领域包括可视化算法的研究及可视化工具的开发，北京应用物理与计算数学所的RXY／DRX足圉内可视化系统的她弛代袤．在地图学领域内，用户砥对的是大量的空间数据和怎样处理这些数{：I!：的l、uJ题：怎样才能使人们按照自己的习惯，依靠视觉感知在地图上做规划?空间数据可视化的提出正好解决了这个新问题。

它的产生不仅活跃了数字技术条件的测绘技术，同时也强化了以空间数据为基础的各分支学科的联系Ⅲ木课题就是在这样的背景下丌展起来的华中科技大学硕士学位论文1．2国内外研究概况1．2．1可视化研究历程1987年，美国国家科学基金会(NSF)提出了一份报告，界定了科学计算可视化的范围：“可视化是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟和计算的过程和结果可视化包括图像的理解和综合，也就是说，可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复杂的多维数据生成图像它主要研究人和计算机怎样协调一致地接受、使用和交流视觉信息”Ⅲ科学可视化可以追溯到六十年代，英国罗斯福实验室和卡尔汉(Culham)实验室的科学家们已经开始制作科学数据的动画片系列，如卡尔汉实验室的GHOST，它在七十年代起就广泛用于英国的科学研究又如罗斯福实验室的GROATS和剑桥CAD中心的GINO八十年代，科学可视化发展的重要趋势是由科学家独立编写程序向直接利用软件包方向发展他们的工作方式是建立用于实践目的的数据库，并将此数据库与可提供各种菜单选择的软件包相结合这一方式比独立编写程序简便得多，但以牺牲灵活性为代价。

进入九十年代，可视化的实现主要利用积木式(builder)系统，如AVS和IrisExplorer利用“指向和拾取界面”(point—and—click interface)，研究者选择出类似予以前的GHOST和GINO图书馆中所提供的子程序的模型，为数据确定在模型之间传递的途径即可容易的完成可视化过程，并在可视化系统内完成整个计算可视化技术发展过程中，软件工作者和工程技术人员针对不同研究领域的不同用途开发出了许多可视化软件国外在90年代初已陆续推出了一些较为成功的可视化软件系统如后处理型的Ohio州立大学开发的pae，Wavefront，PV_Wave，GAS和RIP，跟踪型的如StellarCopute公司研制的AVS，驾驭型的如Jz等，还有SGI公司开发的商品化软件IRISExplorer另外一些常见的有限元软件的可视化后处理功能也非常强，象AdinaSu—perSAP、ldeas等不过，大多数的软件都是运行在大型工作站上，除了一些分析绘图软件包，如科学计算工具箱，GRAFTOOL，CORELDRAW等之外，微机版的可视化软件还不多见，而且这些软件各有自己的用途，一般来说系统2华中科技大学硕士学位论文价格比较昂贵，软件扩充及二次7r发相当困难”1。

国内可视化软件的开发工作还刚起步，不过也取得了一些可喜的成绩，象华中理工大学CAD中心刀：发的有限元可视化系统FEVS(Finite Element VisualizationSystem)，西北工业大学CAD／CAM研究中心开发的VIFEMRE(Visualization of FiniteElement Method Results)，浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发的GiVE(GeneralInteractive Visualization Enironment)等，这些软件通用性及交互能力不强，而且大都是基于传统可视技术开发成功的，如何尽快的开发出比较通用的能够运行在高性能微机以及工作站上的并且能够真正反映可视技术发展水平的可视化软件，是我们当前软件工作者和工程人员的一项重要课题当前，可视化研究基本还停留在事后处理与跟踪方式，交互驾驭方式的研究尚处于探索研究阶段1．2．2空间数据可视化研究进展随着计算机技术的发展，数据可视化概念已大大扩展，它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程数据和测量数据的可视化学术界常把这种空间数据的可视化称为体视化技术空间数据的可视化是空间数据库管理系统中的一个部分。

它将对空间数据的管理与可视化技术结合起来，为空间数据的管理提供了更为直观有效的手段空间数据可视化的研究包括基本空间对象的可视化表示、空间信息的可视化查询、空间分析结果的可视化描述、语义可视化、时空关系的可视化描述、可视化算法等多方面涉及到数据库研究的诸多领域1．空间数据可视化表示的研究空间数据的可视化最基本的含义是空间数掘的屏幕显示，即用户在选择了视觉变量(尺寸、色彩、纹理等)的鉴础上，进行全要袭的显一：、分幽层的j&川j或力k域的显示，等等但是．这样表示的不同属性的空间数据只能用不同的尺寸、色彩、纹理来区分，达不到数据形象化的效果所以数据的符号化也是可视化的一个重要方面，利用GIS工具软件强大的符号设计功能把空问数据符号化，并配以相应的图例说明，便可以把空间数据搬上屏幕，以达到可视的效果在地理信息系统中，。