地质数据三维可视化的属性

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第30卷第5期吴冲龙等：地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术

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字化抽象、重构和再现。实现地质数据的三维可视化的目的，是便于在更加真实、直观和形象的条件下进行现象分析、模型抽象、实体重构、科学计算、过程再现、知识发现、成果表达、评价决策和工程设计，也就是说不仅仅是为了好看，更主要的是为了好用。因此，地质数据的三维可视化具有科学研究、决策支持、辅助设计等多方面的属性。考虑到为空间决策支持服务是地质数据三维可视化的一个重要研究课题，本文拟从这个角度出发来展开讨论。

图像，以便进行数据探索和分析[5-6]。而可视化分析是指以可视化手段为一种直接的方法来帮助提高观察力和进行概念的精练；可视化表达是指对意识印象的图像描述和(或者)以任意可视介质形式存在的数据；可视化显示则是指短暂的和容易修改的可视化表达[7]，如在屏幕和显示器上的图形放大、缩小、漫游、闪烁、旋转、拖动等。

可视化思维是个人通过探索数据的内在关系来揭示新问题、形成新观点，进而产生新的综合、找到新的答案并加以确认；而可视化交流是向公众表达已经形成的结论和观点[8]。可视化思维和可视化交流代表着信息处理的不同阶段半程(图1)。虽然这2个阶段所面对的群体不同，处理方式不同，处理、输出的对象和内容也不同，但相互间存在着源和流的密切联系。

如前所述，地质数据可视化的第二个属性是空间决策支持。之所以如此，是因为地质调查、工程勘查、矿产资源勘探的数据处理和应用，最终要提交区域地质结构及其演化、工程地质条件和矿产资源可利用性评价成果，为资源的开发利用和重大工程建设提供多方案比较、选优的决策支持，而地质与资源信息普遍具有空间信息特征[4]，其决策支持属于空间决策支持范畴。空间决策支持可视化同样涉及可视化计算、可视化分析、可视化表达、可视化显示等几个部分。由于空间决策支持在国土资源、能源勘查、开发、管理，环境保护和地质灾害防治领域具有显著的地位，空间决策支持可视化自然也就成为地质数据三维可视化的第二个重要属性。这就是说，如何更好地为空间决策支持服务，应当是地质数据三维可视化研究必须面对的问题。

1地质数据可视化的概念和属性

目前，人们普遍认可数据可视化的内涵是指“一

种计算的方法……，一种将解译图像数据输入计算机并从复杂多维数据集生成图像的工具……”，其目标是“通过可视的方法提供新的洞察力以影响现有的科学方法”[1]。换言之，可视化是一个意识处理过程，其目的在于促使生成并获取对问题的观察描述和解决办法。该过程提供了静态图形显示和动画来进行数据的分析和判断[2]。由此而论，科学研究应当是数据可视化的第一属性。

地质数据三维可视化具有科学研究属性的原因还在于，地质现象和地质过程都不同程度地存在着结构信息不完全、关系信息不完全、参数信息不完全和演化信息不完全的情况[3]。通常，在地质现象、地质过程分析，地质矿产资源评价和开发利用决策时，对于大量的不确定因素，要依靠技术人员或者领导者本身进行定性理解、定量估算和关系描述，并结合时空数据模型和时空分析模型来进行分析、预测、评估和辅助决策[4]。从数学逻辑的角度看，这是一种半结构化或不良结构化甚至非结构化问题。经验表明，数据可视化是描述、表达和理解各种半结构化甚至非结构化问题的关系和模型的最佳方法和手段。这也正是地矿研究与勘查成果总是用图件形式来表达的原因。面对多维的地质时空信息，仅仅有二维图件是不够的，需要实现三维建模与分析。

基于数据可视化的科学研究属性，其概念的外延大致包括科学计算可视化(VisualizationinScientif-

icComputing)、可视化分析(VisualAnalysis)、可视化

表达(VisualRepresentation)、可视化显示(VisualDis-

play)等几个组成部分。其中，科学计算可视化是指通

过计算机工具、技术和系统，，把实验或计算所获得的大量抽象数据转换为人的视觉可以直接感受的图形

图1

可视化过程的概念模型[8]

Fig.1Conceptmodelofvisualprocess

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