数字地球是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球卫星导航系统（GNSS，如GPS、北斗等）等地理信息技术的集成，是地理信息科学研究的前沿热点。数字地球产品在初中地理教学中的应用非常广泛。本文分享了 LocaSpace Viewer 3D 数字地球软件在地理教学中的应用。
软件简介及其应用
LocaSpace Viewer 是一款专业的 3D 数字地球软件，集成了多种在线地图资源，如 Google、百度、Map 和 Microsoft 的图片、Google 地形、地图标注等数据资源，具有便捷的图片、高程、倾斜、摄影、数据读取等功能，支持多种地形、图片、矢量格式的数据浏览和输出。
借助 LocaSpace Viewer，用户可以快速浏览、测量、分析和注释 3D 地理信息数据，实现 3D 场景的飞行浏览和多视图浏览，快速转换地理信息数据格式，逼真地模拟雨、云、雪等天气的 3D 效果。
在课堂教学中，教师不需要提前在课堂电脑上安装程序，将 LocaSpace Viewer 包（压缩文件约 75 MB）复制到 U 盘中，上课时直接打开包中的可执行程序（LocaSpaceViewer.exe），或者直接将 EXE 可执行文件以超链接的形式插入 PPT 中， 并且可以在教学过程中轻松打开 LocaSpace Viewer 3D 数字地球软件。不会占用太多的课堂时间。
LocaSpace Viewer 3D 数字地球软件不仅是学习地理的重要手段，也是辅助地理教学的重要工具，是一款适用于中学地理教学的 GIS 软件。
在地理教学中，LocaSpace Viewer 3D 数字地球软件的应用本质上是对地理数据进行处理、显示和解释，并将其与所学知识相关联，从而提高学生的地理素养。地理数据可以附加到LocaSpace Viewer三维数字地球软件上，如遥感影像、三维数字地球、气象、地质、专题等数据，也可以是LocaSpace Viewer三维数字地球软件可以识别的各种矢量数据、栅格数据或KMZ格式的影像图层数据。
在课堂教学中，为了挖掘某一地理知识，适当地突出一些特殊或全部图层数据，包括平面透视（侧视图、顶视图）和三维视图（360° 侧视图）。呈现距离可以是远距离宏观观察，也可以是近视微观观察;渲染层可以显示为单个层或叠加层的一部分。
总之，它使地理现象生动直观地呈现，并与某些地理要素相联系，帮助学生构建地理知识，理解地理原理，提高地理素养。
3D数字地球软件具体应用教学案例
1. 场景再现与遥感影像
中国四大高原各具特色：青藏高原有雪山冰川，黄土高原零碎沟壑，内蒙古高原平缓无垠，云贵高原地表崎岖，山中盆地众多。
在教学过程中，教师将四个高原的风景照片放在一起，让学生找出并解释原因，然后给出四个高原的特征，并要求学生将这些特征与相应的高原相匹配。在这里，老师要加上“一起去看遥感影像”的链接，以验证不同形式的四个高原地表景观，让学生对四个高原的地表景观有更深入的了解。
例如，以慕士塔格峰、贡尔九尾峰、贡二峰这三座雪山为例，必须经过（314 国道）才能到达塔什库尔干塔吉克自治县，图 1（a） 显示了这位教师躺在慕士塔格山脚下的冰冻湖面上。第二个是远处山峰上的白色覆盖物。
学生已经具备一定的地理知识，能够轻松回答“高海拔、低温、冰冻湖面”和“雪和冰川”等答案。
然而，学生对老师的经验更感兴趣。此时，老师通过 3D 视角在课堂上重现过去的真实体验，图 1（b） 是从 LocaSpace Viewer 到摄影镜头视角的 3D 模拟情况。这样，不仅激发了学生对初中地理的兴趣，增强了课堂的吸引力，还解释了地理问题，帮助学生理解地理知识。
黄土高原的“千峨沟壑和碎片”可以用罗川县南、黄陵县以东的黄土高原的影像来说明。这里的黄土高原和黄土丘规模大，形状完整，如图 1（c） 所示。
这
云贵高原可利用 500 米口径球面射电望远镜 （FAST） 来说明“地形崎岖、山间多盆地”的地表景观特征。为了找到合适的望远镜建造地点，“天眼”之父南仁东院士走过了 1000 个洼地和数百个巢穴，最终确定了滇贵高原喀斯特洼地的地点。
在课堂上，老师向学生展示了 FAST（东经 106 度 51 分 32.62 秒，北纬 25 度 39 分 16.51 秒）和附近的地形，如图 1（d） 所示，并从侧面和底部 360 度等不同角度进行观察。FAST 选址案例和遥感图像使学生能够清楚地了解滇贵高原崎岖多山的盆地表面特征。
2. 加载图层和地理数据
中国是一个地势辽阔、资源丰富的山地国家，山地面积约占陆地面积的三分之二。在教学时，教师将中国的地形与美国的地形进行比较，以了解中国“广袤山区”的地形特征。
本案例涉及的数据包括中国地形 KMZ 数据和中国国界 KML 矢量数据。在 LocaSpace 查看器中，单击场景数据→图层，右键单击中国边界图层，选择上移图层，将中国边界图层放置在中国地形图层上，显示叠加后的中国边界，右键单击边界图层，选择图层属性，并设置边界的颜色和宽度。您也可以使用“菜单栏→操作→高清屏幕截图图像”将窗口图像图片单独保存以供其他使用。
这里的地形图层并不是程序自带的 Google terrain（地形数据格式主要包括 *.tiff、*.img、*.lerp 等栅格数据格式）。Google Terrain 中的高程数据通常用于地形的 3D 显示。这里的中国地形图层是 Google Earth 和 ArcGIS 导出的 LocaSpace Viewer 都能识别的 KMZ 格式图层，本质上是中文地形渲染，虽然没有高程数据，但不同的颜色代表不同的高程，可以快速识别中国平原、高原、山脉、盆地和丘陵等大地形区域。
教科书中对山区的概念定义如下：“山脉、丘陵和更崎岖的高原通常被称为山区。“除了东部的三大平原、四川盆地西部的成都平原、内蒙古高原东部、塔里木盆地的部分地区外，中国其他地区基本上都是崎岖不平的山区。”
翻转三维数字地球仪，走到美国窗口，发现美国的地形被划分为三个截然不同的部分，西边是高大的落基山脉，中间是大平原，东边是低矮的阿巴拉契亚山脉。美国的平原幅员辽阔，占全国陆地面积的一半以上。
对比表明，除了地形类型完整外，美国中美的地形分布相对简单，呈南北垂直分布，平原面积较大，而中国的地形分布相对复杂，山地面积大，平原面积狭窄。
3. 等高地形图
过去，要制作等高地形图，至少需要以下步骤：首先，下载 DEM 数据，常用的网站包括地理空间数据云、DIVA-GIS、CGIAR-CSI 官网、USGS 官网，但只能下载分辨率为 90 米的 SRTM 数据和 30 米大范围的 GDEM 数据。其次，使用能够识别 DEM 数据的软件，如 Global Mapper 和 ArcGap，进行拼接、裁剪、存储和等高线生成等一系列操作。最后，使用具有更好贴图效果的软件，例如 Surfer，操作起来更加繁琐。
LocaSpace Viewer 集成了上述软件的部分功能，不需要从各种数据共享网站下载数据，也不需要拼接、裁剪等。
例如，在教学过程中，可能需要以南京紫金山作为案例研究。通常，不会共享大规模 DEM 数据，常用方法是通过高程下载工具从 Google Earth 下载数据。在 LocaSpace 查看器中，您可以预览某个区域的等高地形图，以确定它是否满足教学需求。
如需预览等高线，请单击菜单栏中的 操作 → 等高线预览 ，然后选择矩形或区域文件来控制等高线显示区域。在弹出的 “等值线预览” 对话框中，设置等值线距离为 20 米，默认取点密度。
轮廓预览会立即反映在图像窗口中，如图 2（a） 所示。但是，预习模式下的等高线有以下缺点：一是等高线不够平滑，二是等高线无法编辑，三是等高线的颜色与边界的颜色相同，很容易让学生混淆。此时，有必要生成该区域的等高地形图。
这
在 LocaSpace Viewer 中生成等值线的实验方法如下
：
在第一步中，向下查看窗口步骤，然后单击菜单栏上的 View → True North & Vertical View。
第二步，地形下载步骤，点击“操作→地形下载→依次选择或绘制范围→绘制矩形”，在窗口中绘制一个大小包括紫金山的矩形，并在“地形下载”属性框中设置：“下载级别”为17，对应的分辨率为1.19433 m/pixel，对应的瓦片总数为560三维地理软件， 任务名称为 Purple Mountain terrain，存储目录设置为 desktop。在 Export Settings 中，将导出类型设置为 TIF 格式，然后选择 Production Projection Information （WGS84 纬度和经度） 和 Single Export。
第三步，在等高线生成步骤中，点击 Operation → Contour Generation，会弹出属性设置对话框。高程数据：在桌面的“紫山地形”文件夹中选择地形栅格数据，在桌面上选择存储路径，命名为“紫山等高线”，格式选择SHP矢量格式，设置等高线距离为20米，最后点击“开始生成”。
第四步编辑等高线，点击紫山等高线图层前面的三角形符号，打开紫山等高线的所有高程线，使用窗口下方的“选定对象”（Alt+4）点击，选中散落的未闭合、不重要、互相干扰的等高线并删除， 并且可以删除紫金山上剩余的等高线，如图 2（b） 所示。
四、轮廓分析和可视化分析
通过地形剖面分析地表的起伏和陡峭程度，直观地分析山顶与山麓的相对高程，是学生全方位构建山体特征的重要方法。因此，地形剖面图的绘制方法和认识是等高地形图的重要教学内容。
以图 2（b） 中的 AB 线段为例，LocaSpace Viewer 中的实验步骤如下：点击菜单栏中的“Analyze → Profile Analysis”，在窗口中点击需要分析的起点和终点，程序会自动生成一个剖面分析对话框，该对话框显示顶部 AB 两点之间的地形剖面三维地理软件， 并在下面显示剖面线的属性参数，如起点的经纬度、起点和终点的高程、地表之间的距离（如图 3 所示）。地形剖面数据可以导出为 .csv 格式文件，并使用专业制图软件进行绘制。
一个
判断学生是否掌握了一张等高地形图的常见方法是在等高线地形图上设置两个点，让学生判断这两个点是否可以相互看到。为了验证这些内容的科学性，可以使用 LocaSpace Viewer 的可视化分析进行验证，点击菜单栏“分析→视觉传达分析”，在窗口中点击分析的起点和终点，程序会自动显示这两个点是否可见，其中绿线代表可见， 红线表示不可见，两点之间缺失的部分表示遮挡。
如图 4 所示，以紫金山等高线地形图为例，将中间高度距离设置为 40 米，假设你站在山顶的 C 点，分析时视高设置为 1.5 米，大概和大多数人眼睛看向地面的高度差不多， 但你仍然看不到紫金山东麓的 D 点，因为视野被 C 点以东的另一座山峰挡住了。
LocaSpace Viewer 3D 数字地球软件作为一种新的技术手段，需要地理教师不断探索、实践和总结经验，从而实现 3D 数字地球软件与地理教学的更好融合。每个地理老师看待问题的方式都不同，这种趋同也会有所不同。相信新技术融入地理课堂教学将更加丰富多彩。
（作者为南京师范大学附属高中新城初中黄山路分校教师）。
