- 相關(guān)推薦
淺析多媒體技術(shù)在地理信息系統中的運用
摘 要：將多媒體技術(shù)應用于地理信息系統中的關(guān)鍵問(wèn)題是：如何有效地管理多媒體數據和空間數據；其次，在區域分析過(guò)程中，怎樣實(shí)現多媒體播放功能.指出用擴充的關(guān)系數據模型作為多媒體數據模型較適宜；多媒體功能的實(shí)現則取決于多媒體數據的格式是否為RIFF格式以及對多媒體數據的應用要求.最后展示了多媒體技術(shù)在地理信息系統中的應用前景.
關(guān)鍵詞：多媒體技術(shù)，地理信息系統，空間數據，屬性數據，區域分析，數據模型.
現今由于多媒體技術(shù)的迅速崛起和高速發(fā)展，越來(lái)越多的應用軟件都大量使用了多媒體技術(shù).如果將多媒體技術(shù)應用于地理信息系統(geographic information system，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS)軟件中，勢必大大增強GIS信息的表現能力，擴大GIS的應用領(lǐng)域.那么怎樣將多媒體技術(shù)應用于GIS軟件中呢我們認為應從兩方面來(lái)設計：其一是怎樣將多媒體數據溶于GIS數據庫中，并保證提供GIS軟件的雙向檢索及各種分析功能；其二是在應用過(guò)程中，怎樣實(shí)現多媒體的播放功能.以下就這兩個(gè)內容及其應用前景談?wù)勎覀兊目捶?
1 多媒體數據的有效管理
通常，應用軟件中的多媒體數據有兩種生成方式：一種是媒體播放之前，將其數字化到數據庫當中，播放時(shí)從數據庫中取數據；另一種是播放時(shí)，邊生成邊播放.而GIS軟件中的數據庫又分為空間數據庫和屬性數據庫，即我們可根據媒體數據的特性或應用軟件的要求將多媒體數據分別溶于空間數據庫和屬性數據庫中.
1.1 GIS數據庫中多媒體數據的管理
1.1.1 GIS空間數據庫中多媒體數據的管理 目前，多數GIS應用軟件所能描述的空間目標都是靜態(tài)的，實(shí)際上，很多GIS所要表達和研究的空間目標都不會(huì )是一成不變的，因此，GIS研究者已廣泛關(guān)注能對時(shí)空過(guò)程和時(shí)空目標進(jìn)行描述和分析的時(shí)態(tài)GIS(temporal GIS).時(shí)態(tài)GIS的組織核心是時(shí)空數據庫，即設計一個(gè)合理的時(shí)空數據模型是建立時(shí)態(tài)GIS的關(guān)鍵所在.雖然目前還沒(méi)有較成熟的能支持時(shí)態(tài)GIS產(chǎn)品的時(shí)空數據模型，一但時(shí)空數據模型的研究有所突破，不僅能解決時(shí)態(tài)GIS的應用問(wèn)題，還將解決空間數據庫中動(dòng)畫(huà)數據的管理問(wèn)題，即可通過(guò)使用動(dòng)畫(huà)技術(shù)來(lái)實(shí)現在屏幕上動(dòng)態(tài)播放時(shí)空過(guò)程.如動(dòng)態(tài)顯示衛星云圖的變化情況、地殼變動(dòng)情況、森林沙化和城市化情況以及海岸或河灘的侵蝕或淤積變化情況等.
有關(guān)時(shí)空數據模型，張祖勛［1］提出使用分級索引方法來(lái)對基本修正法進(jìn)行改進(jìn).這種方法就是不存貯研究區域中每個(gè)狀態(tài)的全部信息，而只存貯某個(gè)時(shí)間的數據狀態(tài)(稱(chēng)為基態(tài))以及相對于基態(tài)或鄰近狀態(tài)的變化量.在此基礎上，建立分級索引，以便能快速找到所需的時(shí)空過(guò)程的數據.
要使用這種建索引的基本修正法，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是如何建立索引；另一個(gè)是如何設計用來(lái)描述兩個(gè)狀態(tài)變化量的差文件.
關(guān)于建索引的問(wèn)題，筆者認為：基態(tài)，亦a,b,c,d分別表示時(shí)態(tài)GIS的4個(gè)時(shí)期；T.時(shí)間軸；t0,t1,…,tn分別表示 時(shí)態(tài)在GIS某個(gè)時(shí)期的n+1個(gè)時(shí)態(tài)，其中tn為基態(tài)，即“現在”時(shí)態(tài) 一次數據狀態(tài)——“現在”時(shí)態(tài)總是變化的，每產(chǎn)生一個(gè)新的現在時(shí)態(tài)，就應生成一個(gè)現在時(shí)態(tài)與前一次時(shí)態(tài)的差文件，同時(shí)根據現在時(shí)態(tài)所處的時(shí)間位置來(lái)決定是否產(chǎn)生新的索引差文件.以四叉樹(shù)為例，如圖1所示，當n為2i(i=2,3,…)的整數倍時(shí)，就需產(chǎn)生tn-2i～tn的索引差文件.相應地為了減少索引差文件所占的存貯空間，而又不影響對任一時(shí)態(tài)的檢索速度，可將tn-2i+1～tn-2i的索引差文件刪掉，所刪的索引名文件個(gè)數正好比新建的索引差文件個(gè)數少一個(gè).
關(guān)于差文件，筆者認為在設計中應考慮如下幾個(gè)因素.(1)由于差文件是通過(guò)對兩個(gè)時(shí)態(tài)的目標信息進(jìn)行異或而產(chǎn)生的，這意味著(zhù)差文件包含有兩類(lèi)目標信息：一類(lèi)是前一時(shí)態(tài)有而后一時(shí)態(tài)無(wú)的目標信息；另一類(lèi)是前一時(shí)態(tài)無(wú)而后一時(shí)態(tài)有的目標信息.為了能根據差文件快速、連續地由一個(gè)狀態(tài)到過(guò)去另一狀態(tài)或最近另一狀態(tài)進(jìn)行檢索，應在差文件中將這兩類(lèi)目標信息予以標識區分.(2)兩個(gè)狀態(tài)之間目標變化應是有對應關(guān)系的，即0→1(目標從無(wú)到有)；1→0(目標從有到無(wú))；1→N(目標從一個(gè)變成多個(gè))；N→1(目標從多個(gè)變成一個(gè))，以及目標空間信息無(wú)變化，屬性信息有變化；目標局部空間信息有變化等.為了能進(jìn)行快速檢索，在差文件中應將兩類(lèi)各目標之間的對應關(guān)系予以標明，當然，這會(huì )增加差文件生成過(guò)程的復雜性.(3)和所有地圖數據庫模型類(lèi)似，差文件也由空間信息、屬性信息和關(guān)系信息組成，差文件中應將每個(gè)目標這3種信息之間的關(guān)系予以標明.
1.1.2 GIS屬性數據庫中多媒體數據的管理 有些GIS的應用中，認為多媒體數據是一種特殊的專(zhuān)題屬性數據.怎樣選擇多媒體數據的數據模型，使得既能遵循其自身特點(diǎn)，又能有效地建立起它與空間數據的聯(lián)系，是多媒體技術(shù)在GIS應用中的關(guān)鍵所在.
目前，多數GIS屬性數據庫使用的是關(guān)系模型.為能將關(guān)系模型應用于多媒體數據管理系統中，就必須對現有的關(guān)系模型進(jìn)行擴充，使它不但能處理格式化數據，也能處理非格式化數據.楊學(xué)良［2］就這個(gè)問(wèn)題提出了3種技術(shù)策略：將多媒體數據文件名作為關(guān)系中元組某列(或屬性)；將每個(gè)元組作為一個(gè)完整文件保存；元組中存貯格式化數據以及非格式化數據的引用項，而非格式化數據單獨存貯.
對比這3種技術(shù)策略，第一種技術(shù)策略方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現，適宜于對多媒體數據進(jìn)行播放.第二、三種技術(shù)策略雖然能夠實(shí)現并發(fā)控制和恢復，以及實(shí)現對多媒體數據進(jìn)行編輯和拮取的應用，但由于此兩種技術(shù)策略將每個(gè)元組所對應的空間目標的專(zhuān)業(yè)屬性和多媒體屬性混在一起，這既增大了應用程序設計的復雜性，又不利于那些只需使用空間目標的專(zhuān)業(yè)屬性的一些應用的實(shí)現.為此，我們認為，在第一種技術(shù)策略的基礎上，增加一個(gè)或多個(gè)屬性項，用于存放多媒體數據的文件信息和數據流信息，當我們需要對多媒體數據文件進(jìn)行特殊應用時(shí)，可根據文件信息和數據流信息對多媒體數據文件進(jìn)行操作.
1.2 GIS區域分析中多媒體數據的生成
多媒體數據生成的另一種方式是在GIS應用中，邊統計、分析運算，邊生成結果數據——多媒體數據.
1.2.1 空間分析中多媒體數據的生成 空間分析是一組分析結果依賴(lài)于所分析對象的位置信息技術(shù)［3］，因此，空間分析要求獲得目標的空間位置及其屬性描述兩方面信息.空間分析主要有：地形分析、疊加分析、緩沖區分析和網(wǎng)絡(luò )分析等.
為了能更清楚地表示上述一些空間分析的結果，我們可用虛擬現實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現.所謂虛擬現實(shí)［4］是一種由計算機生成的高級人機交互系統，即構成一個(gè)以視覺(jué)感受為主，也包括聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)的可感知環(huán)境，使用者通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設備可在這個(gè)環(huán)境中實(shí)現觀(guān)察、觸摸、操作、檢測等試驗，有身臨其境之感.比如，可用虛擬技術(shù)來(lái)觀(guān)察地形分析或網(wǎng)絡(luò )分析得到的空間效果，使用者可用交互操作的方式來(lái)控制自己與觀(guān)察對象的角度、距離以及光照等，使觀(guān)察對象隨使用者的操作而動(dòng)態(tài)旋轉.此時(shí)以動(dòng)畫(huà)形式顯示的媒體數據隨使用者的操作產(chǎn)生并顯示.
1.2.2 統計分析中多媒體數據的生成 統計分析就是用數理統計方法開(kāi)展區域分析.數理統計方法主要有：統計特征值、研究?jì)煞N或多種地理現象之間的相關(guān)分析，通過(guò)一組實(shí)際觀(guān)測數據分析系統變量之間因果關(guān)系的回歸分析，以及主成分分析等.
為了更加形象化，我們可以將數理統計結果以直方圖、曲線(xiàn)、曲面或區劃圖表示，甚至可以將重要的部分以醒目的顏色、特殊的符號或閃爍的顯示形式來(lái)告訴使用者，還可以配上解說(shuō)詞，以增加系統的感染力，而表現這些現象的媒體數據是在統計分析之后由系統自動(dòng)生成并播放的.
2 GIS應用系統中多媒體功能的實(shí)現
在GIS應用軟件中進(jìn)行多媒體功能實(shí)現，首先是受GIS應用軟件自身開(kāi)發(fā)平臺的限制.多數情況下，GIS應用軟件的多媒體開(kāi)發(fā)平臺宜選擇編程語(yǔ)言，如VC++，VB或BC++等，以利于和GIS應用軟件相結合.一旦多媒體開(kāi)發(fā)環(huán)境確定下來(lái)，那么怎樣實(shí)現區域分析中多媒體功能
2.1 空間數據庫中多媒體數據的播放
由前所述，空間數據庫中存貯的多是各期間的時(shí)空數據，這些數據的結構與MCI所能接受的多媒體文件格式RIFF(resource interchange file format)不同，所以應用程序不能直接調用MCI函數和API函數，必須根據時(shí)態(tài)GIS的空間數據庫結構，設計一個(gè)相應的動(dòng)畫(huà)播放程序來(lái)實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示功能.
下面簡(jiǎn)述動(dòng)態(tài)顯示時(shí)態(tài)GIS中ti～tj狀態(tài)的算法步驟(0≤i≤j≤n，其中n為現在時(shí)態(tài)).(1)由基態(tài)開(kāi)始檢索各索引差文件直到生成ti狀態(tài)信息.(2)顯示ti狀態(tài)信息.(3)根據ti差文件，擦除ti狀態(tài)有而ti+1狀態(tài)無(wú)的信息，顯示ti狀態(tài)無(wú)而ti+1狀態(tài)有的信息.(4)i+1→i.(5)當i＜j時(shí)，轉(3)；否則結束.
如果用上述算法來(lái)實(shí)現動(dòng)態(tài)顯示時(shí)空過(guò)程，還有很多細節需要設計.首先，在(1)步驟，從基態(tài)開(kāi)始，逐級逐步檢索，每檢索到一個(gè)狀態(tài)差文件，就需根據差文件來(lái)生成該狀態(tài)信息，直到ti狀態(tài)處；其次，在(3)中，需要用到動(dòng)畫(huà)技術(shù)，擦除前一狀態(tài)信息實(shí)質(zhì)為恢復該處顯示內容，而顯示后一狀態(tài)信息之前，需保存后一處信息內容，再予以顯示新?tīng)顟B(tài)信息.
2.2 屬性數據庫中多媒體數據的應用
一般來(lái)說(shuō)，多媒體數據主要應用于兩個(gè)方面：一個(gè)是簡(jiǎn)單播放；另一個(gè)是對多媒體數據進(jìn)行編輯和拮取.對于前者，只要使用MCI函數或API函數按屬性數據庫中其他屬性的要求進(jìn)行播放；對于后者，這就要求程序員熟悉多媒體數據文件格式RIFF，根據多媒體數據的文件信息和數據流信息，通過(guò)調用多媒體文件輸入/輸出函數來(lái)實(shí)現多媒體的播放、編輯、拮取以及同步控制等操作.
3 多媒體技術(shù)在GIS中的應用前景
(1)實(shí)現資源信息的科學(xué)管理，提供信息服務(wù).GIS一改為用戶(hù)管理提供單一的圖表、數據信息形式，而在管理空間信息的同時(shí)，對圖形、圖象、視頻、聲音、動(dòng)畫(huà)等形式的信息進(jìn)行管理和播放，大大增加了信息的表現能力.(2)家庭教育和個(gè)人娛樂(lè ).將多媒體和GIS溶于一身，會(huì )豐富教育、娛樂(lè )軟件的內容及表現手段.比如有關(guān)地理、歷史等課程的教學(xué)軟件和娛樂(lè )軟件的設計.(3)銷(xiāo)售和演示信息系統.GIS和多媒體技術(shù)合為一體的這類(lèi)系統會(huì )比以往的信息系統更具有表現力.比如房地產(chǎn)公司的銷(xiāo)售系統，既能表明所售住房的空間位置，又能從中檢索其住房環(huán)境及內部結構，而且可以動(dòng)態(tài)地刪去當天已售出的房子，給出不同價(jià)格等；旅游導游系統，可以在為觀(guān)光游客制定導游路線(xiàn)時(shí)，就能對不同地方的景點(diǎn)產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué). 總之，將多媒體技術(shù)和GIS技術(shù)相結合，是計算機應用領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向，它會(huì )改變人們的工作、生活、思維方式，推動(dòng)信息社會(huì )的前進(jìn).
參考文獻
1 張祖勛.時(shí)態(tài)GIS數據結構的研討.測繪通報，1996, (1): 19～21
2 楊學(xué)良.多媒體計算機技術(shù)及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，1995.138～139
3 邊馥苓.地理信息系統管理和方法.北京：測繪出版社，1996.149
4 中國測繪學(xué)會(huì )地圖學(xué)與GIS專(zhuān)業(yè)委員會(huì ).地圖學(xué)與地理信息系統的現狀與趨勢.測繪通報，1997, (6): 29～30
【淺析多媒體技術(shù)在地理信息系統中的運用】相關(guān)文章：
淺析多媒體技術(shù)在英語(yǔ)教學(xué)中的運用07-02
淺析多媒體技術(shù)在數學(xué)教學(xué)中的運用06-28
淺析幼兒英語(yǔ)教學(xué)中多媒體技術(shù)的運用07-03
淺析多媒體在教學(xué)中的運用07-04
淺析多媒體在初中數學(xué)教學(xué)中的運用07-02
淺析多媒體在小學(xué)幾何知識教學(xué)中的運用07-02
淺析多媒體在中職英語(yǔ)的運用07-04