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三维GIS发展趋势与对图形工作站的需求

2010-01-26 10:50:15

  IT技术是现代地理信息系统(Geographic Information System, GIS)产生和发展的基础,也是GIS得以广泛应用和持续进步的必要支撑工具。GIS系统融合计算机图形和数据库于一体,对地理空间信息进行存储与处理,在政府部门、军事应用、城市规划、交通管理、环境研究、农业生产、灾害预测、以及教育等许多领域提供信息分享与决策支持。如何将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂、方便及时地提供给用户,一直是GIS不断提高和发展的重点课题。

  近年来GIS技术发展迅速,一方面源自日益广泛的应用领域对GIS的不断提高的要求;另一方面,许多计算机领域的新技术,如Web GIS技术、面向对象的数据库技术、三维技术、图像处理、人工智能技术和GPU计算技术都融合应用到GIS中,为GIS提供了先进的发展工具和手段。从上述几点发展趋势中,可以看到图形工作站技术将在未来GIS的发展中将发挥着越来越重要的作用。下面我们一起来看看GIS如何借助图形工作站获得发展的各个方面。

  三维GIS 应用

  GIS的优势在于能够直观直接地展示复杂的地理信息,同时具有强大的空间分析功能。三维GIS突破了空间信息在二维平面中单调展示的束缚,可以更加准确真实地展示现实环境,为信息判读和空间分析提供了更好的途径。某些特定的分析功能,如地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能仅能在三维GIS中实现。

  以前的三维显示只能应用在大型的服务器和Unix图形工作站上,且只在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视景模拟器中得到应用,成本动辄上百万美元。随着计算机技术的发展,硬件成本不断地降低,目前主流的基于x86图形工作站已经能够轻松地进行真三维显示和分析。以目前在全球和中国份额均位居第一的惠普工作站为例,其个人工作站产品从最高端的可支持双路12核的HP xw9400工作站,到入门级的HP xw4550单路双核工作站, 以及Elitebook 8530w和支持10亿色彩DreamColor技术的Elitebook 8730w移动工作站,搭配最新一代的三维图形加速卡,可以在不同的应用条件下实现复杂的真三维表示和分析。惠普每台工作站都经过了严格的质量验证和性能测试,其验证认证和测试标准远远高于PC行业的测试要求。即使在复杂的三维GIS应用中,也能保证长时间运行的效能与效率。在整个行业中,惠普为用户提供的选择空间最大,包括最广泛的产品线、选件和个性化的配置,用户可以自由选择专业图形加速卡、多显示器配置以及操作系统等。

  GIS的色彩准确性及高分辨率显示

  GIS用户对色彩准确性、色彩稳定性等有严格的要求。这是因为像水利、地矿、国土资源等工程领域的图形以彩色为主,且图形上每种颜色都代表特定的信息,比如黄色从深黄到浅黄,代表的意义就不尽相同,如果色彩不准确、层次不清晰,就有可能造成信息判断错误,甚至造成工程事故。惠普工作站采用的专业图形显示及HP DreamColor色彩技术,包括色彩校准系统、仿真印刷、sRGB、AdobeRGB,可以实现屏幕与输出相匹配的色彩一致性。在GIS的输出中,经常会涉及地形和摄影地图的数据,为了保证最小的细节都能看得到,分辨率就显得非常关键。特别是细部线条图。惠普工作站使用专业图形处理单元对线框的显示具备矢量点线硬件抗锯齿功能,在数据量大幅度增加的情况下,减轻甚至消除了锯齿问题,从而提高了图形的显示质量,专业图形处理单元处理器输出的图形非常清晰,线条明朗平滑。

  在GIS领域高端的可视化项目中,如地理分析、能源勘探、航空管制、影视包装、调度中心、军事领域等领域,经常需要超大屏幕超高分辨率的使用环境。超大分辨率4096*2400、8096*8096的静态图像, 1920×1080,4K甚至8K高清视频目前得到了越来越多的应用。高分辨率显示正是图形工作站的传统优势领域。在与图形图像厂商长期合作中,惠普工作站在专业的二维、三维显示方一直拥有多种可按需定制的显示解决方案。无论是采用多台工作站组成显示集群系统,或是采用Nvidia公司或AMD公司的多屏高分辨率显示解决方案,都能完美重现超大屏幕超高分辨率产生的极致真实画面。惠普工作站通过与众多行业伙伴紧密合作,在高分辨率解决方案中,解决了机箱空间、扩展能力、电源功率、散热性以及兼容性等多项特殊要求,使惠普高分辨率显示解决方案一直走在行业的前列。

  GIS海量数据处理与工作站的GPU计算

  当前,地理信息系统数据集已经变得越来越复杂,并且常常会涉及到许多千兆字节的交互式地图。在这种海量数据处理的压力下,亟切需要能够快速、高效并准确处理这些数据的计算服务。GPU计算在某些密集型科学计算领域代替CPU的解决方案已经有了很多成熟的案例。目前利用工作站产品进行GPU计算的解决GIS应用中的海量数据处理需求已经崭露头角,如2008年地理技术大会获得地理空间领袖奖的Manifold公司,推出了第一款利用强大并行超级计算技术、并在工作站上运行的地理信息系统。公司的发言人表示,利用GPU计算解决方案,使地理信息系统的处理任务以及分析工作的运算速度比从前提高了数百倍。

  结语

  随着“数字地球”概念的提出,GIS作为其核心技术逐渐为各国政府所关注。在当前,管理空间数据的GIS在结合但前最新工作站技术之后,其发展和应用程度正处于急剧变化的过程中。因此在掌握GIS发展趋势的基础上,深入了解和利用最前沿的工作站技术,尤其是借助图形工作站领先的三维图形计算能力、超高分辨率显示能力、以及强大的GPU高性能计算能力,对把握GIS应用发展,以及在未来取得高水平GIS应用的关键之一,对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。

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