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多媒體技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要 將多媒體技術(shù)應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題是：如何有效地管理多媒體數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)；其次，在區(qū)域分析過(guò)程中，怎樣實(shí)現(xiàn)多媒體播放功能.指出用擴(kuò)充的關(guān)系數(shù)據(jù)模型作為多媒體數(shù)據(jù)模型較適宜；多媒體功能的實(shí)現(xiàn)則取決于多媒體數(shù)據(jù)的格式是否為RIFF格式以及對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求.最后展示了多媒體技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用前景.關(guān)鍵詞 多媒體技術(shù)，地理信息系統(tǒng)，空間數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)，區(qū)域分析，數(shù)據(jù)模型.
現(xiàn)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(yīng)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(yīng)用于地理信息系統(tǒng)(geographic information system，簡(jiǎn)稱GIS)軟件中，勢(shì)必大大增強(qiáng)GIS信息的表現(xiàn)能力，擴(kuò)大GIS的應(yīng)用領(lǐng)域.那么怎樣將多媒體技術(shù)應(yīng)用于GIS軟件中呢我們認(rèn)為應(yīng)從兩方面來(lái)設(shè)計(jì)：其一是怎樣將多媒體數(shù)據(jù)溶于GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(yīng)用過(guò)程中，怎樣實(shí)現(xiàn)多媒體的播放功能.以下就這兩個(gè)內(nèi)容及其應(yīng)用前景談?wù)勎覀兊目捶?
1 多媒體數(shù)據(jù)的有效管理
通常，應(yīng)用軟件中的多媒體數(shù)據(jù)有兩種生成方式：一種是媒體播放之前，將其數(shù)字化到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，播放時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取數(shù)據(jù)；另一種是播放時(shí)，邊生成邊播放.而GIS軟件中的數(shù)據(jù)庫(kù)又分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，即我們可根據(jù)媒體數(shù)據(jù)的特性或應(yīng)用軟件的要求將多媒體數(shù)據(jù)分別溶于空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中.
1.1 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中多媒體數(shù)據(jù)的管理
1.1.1 GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)中多媒體數(shù)據(jù)的管理 目前，多數(shù)GIS應(yīng)用軟件所能描述的空間目標(biāo)都是靜態(tài)的，實(shí)際上，很多GIS所要表達(dá)和研究的空間目標(biāo)都不會(huì)是一成不變的，因此，GIS研究者已廣泛關(guān)注能對(duì)時(shí)空過(guò)程和時(shí)空目標(biāo)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(shù)據(jù)庫(kù)，即設(shè)計(jì)一個(gè)合理的時(shí)空數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型，一但時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究有所突破，不僅能解決時(shí)態(tài)GIS的應(yīng)用問(wèn)題，還將解決空間數(shù)據(jù)庫(kù)中動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)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(xiàn)在屏幕上動(dòng)態(tài)播放時(shí)空過(guò)程.如動(dòng)態(tài)顯示衛(wèi)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(shù)據(jù)模型，張祖勛［1］提出使用分級(jí)索引方法來(lái)對(duì)基本修正法進(jìn)行改進(jìn).這種方法就是不存貯研究區(qū)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(shù)據(jù)狀態(tài)(稱為基態(tài))以及相對(duì)于基態(tài)或鄰近狀態(tài)的變化量.在此基礎(chǔ)上，建立分級(jí)索引，以便能快速找到所需的時(shí)空過(guò)程的數(shù)據(jù).
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(shè)計(jì)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(rèn)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(xiàn)在”時(shí)態(tài) 一次數(shù)據(jù)狀態(tài)——“現(xiàn)在”時(shí)態(tài)總是變化的，每產(chǎn)生一個(gè)新的現(xiàn)在時(shí)態(tài)，就應(yīng)生成一個(gè)現(xiàn)在時(shí)態(tài)與前一次時(shí)態(tài)的差文件，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)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(dāng)n為2i(i=2,3,…)的整數(shù)倍時(shí)，就需產(chǎn)生tn-2i～tn的索引差文件.相應(yīng)地為了減少索引差文件所占的存貯空間，而又不影響對(duì)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(shù)正好比新建的索引差文件個(gè)數(shù)少一個(gè).
關(guān)于差文件，筆者認(rèn)為在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮如下幾個(gè)因素.(1)由于差文件是通過(guò)對(duì)兩個(gè)時(shí)態(tài)的目標(biāo)信息進(jìn)行異或而產(chǎn)生的，這意味著差文件包含有兩類目標(biāo)信息：一類是前一時(shí)態(tài)有而后一時(shí)態(tài)無(wú)的目標(biāo)信息；另一類是前一時(shí)態(tài)無(wú)而后一時(shí)態(tài)有的目標(biāo)信息.為了能根據(jù)差文件快速、連續(xù)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(yīng)在差文件中將這兩類目標(biāo)信息予以標(biāo)識(shí)區(qū)分.(2)兩個(gè)狀態(tài)之間目標(biāo)變化應(yīng)是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的，即0→1(目標(biāo)從無(wú)到有)；1→0(目標(biāo)從有到無(wú))；1→N(目標(biāo)從一個(gè)變成多個(gè))；N→1(目標(biāo)從多個(gè)變成一個(gè))，以及目標(biāo)空間信息無(wú)變化，屬性信息有變化；目標(biāo)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(yīng)將兩類各目標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系予以標(biāo)明，當(dāng)然，這會(huì)增加差文件生成過(guò)程的復(fù)雜性.(3)和所有地圖數(shù)據(jù)庫(kù)模型類似，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(yīng)將每個(gè)目標(biāo)這3種信息之間的關(guān)系予以標(biāo)明.
1.1.2 GIS屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中多媒體數(shù)據(jù)的管理 有些GIS的應(yīng)用中，認(rèn)為多媒體數(shù)據(jù)是一種特殊的專題屬性數(shù)據(jù).怎樣選擇多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的聯(lián)系，是多媒體技術(shù)在GIS應(yīng)用中的關(guān)鍵所在.
目前，多數(shù)GIS屬性數(shù)據(jù)庫(kù)使用的是關(guān)系模型.為能將關(guān)系模型應(yīng)用于多媒體數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，就必須對(duì)現(xiàn)有的關(guān)系模型進(jìn)行擴(kuò)充，使它不但能處理格式化數(shù)據(jù)，也能處理非格式化數(shù)據(jù).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(shù)據(jù)文件名作為關(guān)系中元組某列(或?qū)傩?；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(shù)據(jù)以及非格式化數(shù)據(jù)的引用項(xiàng)，而非格式化數(shù)據(jù)單獨(dú)存貯.
對(duì)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(xiàn)，適宜于對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行播放.第二、三種技術(shù)策略雖然能夠?qū)崿F(xiàn)并發(fā)控制和恢復(fù)，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和拮取的應(yīng)用，但由于此兩種技術(shù)策略將每個(gè)元組所對(duì)應(yīng)的空間目標(biāo)的專業(yè)屬性和多媒體屬性混在一起，這既增大了應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，又不利于那些只需使用空間目標(biāo)的專業(yè)屬性的一些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn).為此，我們認(rèn)為，在第一種技術(shù)策略的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)或多個(gè)屬性項(xiàng)，用于存放多媒體數(shù)據(jù)的文件信息和數(shù)據(jù)流信息，當(dāng)我們需要對(duì)多媒體數(shù)據(jù)文件進(jìn)行特殊應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)文件信息和數(shù)據(jù)流信息對(duì)多媒體數(shù)據(jù)文件進(jìn)行操作.
1.2 GIS區(qū)域分析中多媒體數(shù)據(jù)的生成
多媒體數(shù)據(jù)生成的另一種方式是在GIS應(yīng)用中，邊統(tǒng)計(jì)、分析運(yùn)算，邊生成結(jié)果數(shù)據(jù)——多媒體數(shù)據(jù).
1.2.1 空間分析中多媒體數(shù)據(jù)的生成 空間分析是一組分析結(jié)果依賴于所分析對(duì)象的位置信息技術(shù)［3］，因此，空間分析要求獲得目標(biāo)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(qū)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(jié)果，我們可用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn).所謂虛擬現(xiàn)實(shí)［4］是一種由計(jì)算機(jī)生成的高級(jí)人機(jī)交互系統(tǒng)，即構(gòu)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)專門(mén)的設(shè)備可在這個(gè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)觀察、觸摸、操作、檢測(cè)等試驗(yàn)，有身臨其境之感.比如，可用虛擬技
術(shù)來(lái)觀察地形分析或網(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)控制自己與觀察對(duì)象的角度、距離以及光照等，使觀察對(duì)象隨使用者的操作而動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn).此時(shí)以動(dòng)畫(huà)形式顯示的媒體數(shù)據(jù)隨使用者的操作產(chǎn)生并顯示.
1.2.2 統(tǒng)計(jì)分析中多媒體數(shù)據(jù)的生成 統(tǒng)計(jì)分析就是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法開(kāi)展區(qū)域分析.數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法主要有：統(tǒng)計(jì)特征值、研究?jī)煞N或多種地理現(xiàn)象之間的相關(guān)分析，通過(guò)一組實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)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(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果以直方圖、曲線、曲面或區(qū)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(hào)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(tǒng)的感染力，而表現(xiàn)這些現(xiàn)象的媒體數(shù)據(jù)是在統(tǒng)計(jì)分析之后由系統(tǒng)自動(dòng)生成并播放的.
2 GIS應(yīng)用系統(tǒng)中多媒體功能的實(shí)現(xiàn)
在GIS應(yīng)用軟件中進(jìn)行多媒體功能實(shí)現(xiàn)，首先是受GIS應(yīng)用軟件自身開(kāi)發(fā)平臺(tái)的限制.多數(shù)情況下，GIS應(yīng)用軟件的多媒體開(kāi)發(fā)平臺(tái)宜選擇編程語(yǔ)言，如VC++，VB或BC++等，以利于和GIS應(yīng)用軟件相結(jié)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(xiàn)區(qū)域分析中多媒體功能
2.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)中多媒體數(shù)據(jù)的播放
由前所述，空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存貯的多是各期間的時(shí)空數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與MCI所能接受的多媒體文件格式RIFF(resource interchange file format)不同，所以應(yīng)用程序不能直接調(diào)用MCI函數(shù)和API函數(shù)，必須根據(jù)時(shí)態(tài)GIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)播放程序來(lái)實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(dāng)i＜j時(shí)，轉(zhuǎn)(3)；否則結(jié)束.
如果用上述算法來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示時(shí)空過(guò)程，還有很多細(xì)節(jié)需要設(shè)計(jì).首先，在(1)步驟，從基態(tài)開(kāi)始，逐級(jí)逐步檢索，每檢索到一個(gè)狀態(tài)差文件，就需根據(jù)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(fù)該處顯示內(nèi)容，而顯示后一狀態(tài)信息之前，需保存后一處信息內(nèi)容，再予以顯示新?tīng)顟B(tài)信息.
2.2 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中多媒體數(shù)據(jù)的應(yīng)用
一般來(lái)說(shuō)，多媒體數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一個(gè)是簡(jiǎn)單播放；另一個(gè)是對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和拮取.對(duì)于前者，只要使用MCI函數(shù)或API函數(shù)按屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中其他屬性的要求進(jìn)行播放；對(duì)于后者，這就要求程序員熟悉多媒體數(shù)據(jù)文件格式RIFF，根據(jù)多媒體數(shù)據(jù)的文件信息和數(shù)據(jù)流信息，通過(guò)調(diào)用多媒體文件輸入/輸出函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(yīng)用前景
(1)實(shí)現(xiàn)資源信息的科學(xué)管理，提供信息服務(wù).GIS一改為用戶管理提供單一的圖表、數(shù)據(jù)信息形式，而在管理空間信息的同時(shí)，對(duì)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(xiàn)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(nèi)容及表現(xiàn)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(shè)計(jì).(3)銷售和演示信息系統(tǒng).GIS和多媒體技術(shù)合為一體的這類系統(tǒng)會(huì)比以往的信息系統(tǒng)更具有表現(xiàn)力.比如房地產(chǎn)公司的銷售系統(tǒng)，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(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且可以動(dòng)態(tài)地刪去當(dāng)天已售出的房子，給出不同價(jià)格等；旅游導(dǎo)游系統(tǒng)，可以在為觀光游客制定導(dǎo)游路線時(shí)，就能對(duì)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(jié)合，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向，它會(huì)改變?nèi)藗兊墓ぷ�、生活、思維方式，推動(dòng)信息社會(huì)的前進(jìn).
參考文獻(xiàn)
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