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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。
作者介绍
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。
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——SphericalROAM61 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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