【微课堂】在数字地球系统中看实时视频（上）
对于数字地球，郭华东院士曾用通俗的话解释为“把地球装进计算机”。那么，在数字地球系统中，可以看到什么？地形、遥感影像、地名标注、三维城市模型……远远不止这些，还可以查看实时视频。
遥感地球所数字地球理论与系统研究室范湘涛研究员和简洪登博士长期从事实时视频与数字地球的融合方面的研究，本期内容主要介绍如何在数字地球系统中查看实时视频。
前言
美国前副总统戈尔在1998年提出“数字地球”概念时勾勒出一幅美好的虚拟地球景象，使人们不出门便能够畅游世界，轻松获取地球上的自然、人文等方面的信息。转眼已到2018年，经过近20年的发展，数字地球的理论和关键技术的研究都取得了长足的进步，国内外也涌现出许多数字地球软件系统。
然而，现今常规的数字地球三维虚拟场景都是对现实世界的模拟。很多用于构建三维虚拟场景的数据来自于现实世界，例如遥感影像、摄影照片等，展现的都是“过去”的场景，实时性和时效性不强。因此，数字地球系统还应该获取、解析、分析一些实时性强的数据，真正实现虚拟场景与现实世界的互联互通。
实时视频是与空间位置密切相关的、实时性强且内容丰富的数据之一，是传感器网络数据的重要组成部分。通过将实时视频和虚拟三维场景进行融合来构建增强虚拟环境（Augmented Virtual Environment, AVE），既能够充分发挥数字地球空间定位与三维可视化的优势，而且可以提高三维场景的实时性，使我们能灵活、快捷地同时浏览虚拟场景和现实中的实时场景，在交通、安防、社会安全、城市规划、导航定位等方面具有广阔的发展前景和应用价值。
那么问题来了~
哪些视频数据能在数字地球系统中进行展示？
通过哪些方式可以展示？
接下来，让我们来一探究竟。
视频数据来源
视频数据广泛存在于日常生活与各行各业中，它们看似与数字地球关系不大，并且在研究和应用过程中也有独立的体系，但不可否认的是，它们确实是与空间位置密切相关的数据，都能在数字地球系统中找到相应的位置。能够在网络上或本地获取、读取的视频数据，理论上都可以在数字地球系统中进行展示。
能够在数字地球系统中展示的视频数据示例
例如，每个监控摄像机、观测站点、无人机都有地理坐标（经度、纬度、高程）和方位、朝向等参数，它们获取的视频数据也具有相应的空间属性；我们随手拍摄的微信小视频，也可以是带有地理标签（Geotag）的数据。这些视频数据都能够通过地理坐标在数字地球系统中进行展示/可视化。
视频数据三维可视化方式
视频数据在数字地球系统中的可视化方式有很多，例如视频弹窗、视频气泡、视频广告牌、视频投影纹理等。
视频弹窗和视频气泡是两种最简单的视频数据三维可视化的方式，即在数字地球系统中通过单独的弹窗或气泡窗口的方式显示视频数据。遥感地球所自主研发的数字地球科学平台、Google Earth中的Voyager模块都支持这两种视频显示方式。
数字地球科学平台中的视频弹窗
Google Earth中的视频弹窗
视频弹窗和视频气泡的方式虽然直观，但并没有使视频数据和数字地球系统产生实质性的关联，仅仅是在系统中独立地展示视频数据。视频广告牌、视频投影纹理能够将视频数据作为三维虚拟场景的一部分来进行可视化，二者也有一定的区别。
视频广告牌是将二维的视频数据作为纹理贴到三维场景中的面状模型或广告牌上，例如，将大厦LED大屏中的视频广告贴到三维虚拟场景的LED大屏模型上，使大家能够在三维场景中浏览到视频广告。
视频投影纹理是通过投影纹理映射技术将视频数据作为纹理投影到三维场景中，例如将视频监控数据投影到摄像机监测的地面或建筑模型上。这种方式能够自动计算视频纹理坐标，只需通过视点矩阵和投影矩阵等参数的设置来实现纹理坐标和顶点坐标的实时对应。
Skyline TerraExplorer中的Video On Terrain功能
SuperMap iDesktop 8C视频投放效果图
数字地球科学平台将多路视频投影到三维模型上的效果图
视频投影纹理这种可视化方式充分考虑了摄像机外参矩阵、视频投影矩阵和三维场景的关系，将视频内容与（数字地球）三维虚拟场景关联在一起，有利于视频中蕴含的信息的再分析、三维可视化与应用，是一种比较理想的视频数据三维可视化的方式。
下一期【微课堂】将重点介绍视频投影纹理的可视化方法，敬请关注。
以上内容由数字地球重点实验室简洪登提供。