地理信息可视化表达不仅是地理学的一个基本问题,同时也是虚拟地理环境研究领域的核心内容。迄今为止,虚拟地理环境的可视化表达方式仍存在理解上的抽象与形象、大众化与专业化矛盾等诸多方面的挑战,仅仅依靠传统矢量栅格数据、三维几何模型等表达方法,以及专业化数据获取途径已经无法满足实际需求。因而,探索一种更加符合人类认知特点、视觉习惯的可视化方法,以及一种新的数据获取方式对于虚拟地理环境的建设显得尤为重要。三维全景技术具有沉浸感强、模型复杂度低、计算量小、对硬件性能依赖性低、能对客观世界实现360°全方位真实表达等优点,使虚拟地理环境能够突破传统矢量栅格数据、三维几何模型表达方式的局限,上升至更加符合人类认知特点的360°全方位可视化表达层面,无疑对虚拟地理环境建设具有重要的科学意义与应用价值。针对目前全景技术在地理学领域的应用侧重表达、忽略地理分析的现状,从现代地理学研究与发展前沿需求出发,重点研究众源全景数据获取、面向地理分析的地理全景数据模型与全景虚拟地理环境时空模型,为虚拟地理环境可视化方法提供新的思路。论文主要工作如下:(1)研究了将众源全景数据作为虚拟地理环境全景可视化的数据来源补充的思想,并设计一种新的众源全景数据拼接算法。继承并发展了自发地理信息的“数据大众自发采集、管理与应用”的精髓,将众源全景数据引入虚拟地理环境,作为其全景可视化的数据来源补充。并对众源全景数据基本特征与关键技术予以分析,从概念、信息载体、公众参与方式角度解析众源全景数据与自发地理信息的关系。建立较大空间尺度的虚拟地理环境全景可视化系统平台,需要海量全景数据的支持,除了运用专业化采集设备外,还需公众数据协作采集的支持。通常情况下,全景数据可利用普通数码摄像机、CCD相机等进行获取,此类采集设备已经逐渐普及,以普通计算机为平台的全景数据拼接算法也逐渐趋于成熟。随着手机、平板电脑等具有拍照功能的移动设备不断更新换代,部分具备了初级的全景数据生成功能。尽管物理参数一直在提升,但无论是硬件水平还是计算性能,仍与普通计算机存在着较大差距。此外,由于拍摄人员专业水平不一,大部分设备生成的全景数据质量不尽人意,而专门针对于移动设备的全景数据生成算法研究又少,不能将普通计算机的全景数据生成算法简单运用于移动设备。因此,论文针对目前移动客户端生成全景数据瓶颈问题,提出一种面向移动客户端的众源全景数据生成算法。较传统算法而言,新算法运用图像在经色彩校正后减少色差,从而缩短后期图像融合方程解算时间这一特性,对传统拼接算法流程进行了重新设计;另外,传统算法通常在图像拼接过程中将所有待拼接图像与复合图像同时载入内存,占用大量系统资源,影响图像拼接效率。而论文采用了低分图像进驻内存,高分图像磁盘分块存储的办法,降低内存消耗及系统资源开支,在一定程度上提升了拼接速度;此外,新算法同时考虑了光照与移动物体等客观因素,较传统算法而言,能更彻底地解决接缝与重影问题。(2)提出了地理全景数据模型GeoPDM。针对全景数据在地理学的应用倾向可视化表达研究而忽略地理分析的问题,设计了地理全景数据模型,为全景数据的可视化、数据检索与分析奠定基础。论文从集成化、标准化、扩展性、实用性四个方面给定地理全景数据模型设计原则,并以此为基础,分别进行基于图像数据、空间几何数据、语义标注数据模型的设计,对组件与对象之间的语义关系、模型功能进行论述与分析。基于GeoPDM研究了基于地理位置、空间关系、语义信息的数据检索方法,同时给出了众源全景数据的处理方法与建库流程。(3)提出全景虚拟地理环境时空模型。全景虚拟地理环境最终目的是除了基本的可视化外,用户能身临其境感知历史、现在与未来地理现象,定量地对地理过程进行动态模拟分析,监测时空变化过程,而目前大多数全景可视化平台更多是客观世界的一个静态“快照”。论文在研究虚拟实景空间基础上,定义了“地理全景单元”、“全景地理空间”与“地理全景单元耦合”基本概念,提出了全景虚拟地理环境时空模型,从理论层面分别解析了该模型的时空结构、行为特征模拟、时空关系与信息构成。针对全景空间一致性问题进行了深入研究,给出基于图像阵列空间插值与基于图像线积分卷积相结合的时空耦合方法。最后,设计了众源全景数据与虚拟地理环境集成框架与建立方法。(4)原型系统验证。以北京市为例,实施全景数据采集与处理,分别开发了“北京市虚拟地理环境实验平台”与“北京市众源全景数据共享平台”原型系统,验证论文相关理论与方法的可行性。