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。
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。
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
3.2.1 Perlin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
3.3.1 Morton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
3.5.1 ROAM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——Spherical ROAM 61
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
6.1 CSAMT电法数据三维可视化 135
6.1.1 CSAMT数据格式与组织 135
6.1.2 CSAMT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
6.2 SGY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
7.2 713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
8.2.1 SOM基本原理 186
8.2.2 SOM的训练算法 187
8.2.3 SOM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
8.2.7 SOM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
8.5 LLE-SOFM耦合模型的多维数据可视化算法 210
8.5.1 方法原理 210
8.5.2 LLE-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
9.2.1 Keim提出的分类体系 224
9.2.2 Card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A Oracle Spatial的空间数据组织方案 231
附录B 基于ArcSDE C API函数的客户端设计方法 241
附录C 三维场景交互性设计 249
