1、地 圖 可 視 化 與 地 圖 學(xué)班級:學(xué)號:姓名:地圖可視化和地圖學(xué)摘要：從科學(xué)可視化概念出發(fā)，探討地圖可視化的概念模型以及可視化與現(xiàn)代 地圖學(xué)發(fā)展的關(guān)系?？梢暬c地圖學(xué)的發(fā)展聯(lián)系緊密，它對地圖學(xué)的理論、方法 產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，拓展了地圖的功能和應(yīng)用，是地圖學(xué)的核心。討論地圖學(xué)可視 化研究的基本方向。關(guān)鍵字：地圖學(xué)地圖可視化Cartographic visualizati on and CartographyAbstrac t: From the scie ntific visualizatio n con cept, discusses the con cept of map visuali

2、zati on model as well as the visualizatio n and the relati on ship betwee n the developme nt of moder n cartography. With the developme nt of moder n cartography visual con tact closely, it to moder n cartography theory, the method has produced profo und in flue nee, expa nd the map function and app

3、licati on, it is the core of modern cartography. Discuss cartography visualizati on research basic direct ion.Key words: cartography, Cartographic visualizatio可視化在沒有成為信息技術(shù)專業(yè)術(shù)語之前僅是形象化的一般性解釋除了教 育訓(xùn)練傳媒方面不時給以強調(diào)以外在科技界并未引起多大的注意。它被賦以新的 含義并成為信息技術(shù)與各學(xué)科相結(jié)合的前沿性專題是在數(shù)字化逐漸成為人類生 的重要基礎(chǔ)的新形勢下出現(xiàn)的事物。地圖的信息載負(fù)功能，是地圖信息傳輸?shù)幕?礎(chǔ)

4、，而地圖信息傳輸功能，又是人們從地圖這中介和橋梁，獲得廣域空間的相關(guān) 信息，進(jìn)而獲得空間認(rèn)知的主要手段。本文是我關(guān)于地圖可視化與地圖學(xué)概念的 相關(guān)性的一些分析。1. 地圖可視化的含義地圖可視化就是將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的形態(tài)。它可以是常規(guī)的2維地圖或地理數(shù)據(jù)庫的用戶界面，也可以是關(guān)于環(huán)境的動態(tài)的或是3維的模型。對地圖學(xué)來說，可視化技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的符號化及視覺變量表示法的水平，進(jìn)入了在動態(tài)、時空變換、多維可交互的地圖條件下探索視覺效果和提高視覺工具功能 的階段，它的重點是要將那些通常難于設(shè)想和接近的環(huán)境與事物，以動態(tài)直觀的 方式表現(xiàn)出來。 在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的今天， 地圖可視化已經(jīng)成為現(xiàn)代

5、地圖學(xué) 的一個核心內(nèi)容之一。科學(xué)計算可視化是發(fā)達(dá)國家 20世紀(jì) 80 年代后期提出并發(fā)展起來的一個新 的研究領(lǐng)域。美國自然科學(xué)基金會于 1986 年召開了一個專家特別會議，會議召 集一批著名的科學(xué)家 、軟件工程師 、藝術(shù)家 、硬件制造商來共同討論計算機可視 化的技術(shù)發(fā)展與研究戰(zhàn)略專家們一致認(rèn)為該把發(fā)展可視化工具包括圖形 、圖像處 理技術(shù)的硬軟件和可視化界面工具放在首要位置在與會專家提交的報告中將可 視化定義為可視化是一種計算方法它將符號轉(zhuǎn)化成幾何圖形便于研究人員觀察 其模擬和計算可視化包括了圖像理解與圖像綜合。這就是說可視化是一個工具 用來解譯輸入到計算機中的圖像數(shù)據(jù)和從復(fù)雜的多維數(shù)據(jù)中生成圖

6、像它主要研 究人和計算機怎樣協(xié)調(diào)一致地感受 、使用和傳輸視覺信息 , 這一定義主要是從計 算機科學(xué)的角度擬訂的 , 側(cè)重于復(fù)雜數(shù)據(jù)的圖形處理與表示的計算機方面 ,同時 將人和計算機對視覺信息的感知行為作為研究的內(nèi)容 。在1987年，美國國家科學(xué)基金會提出的“關(guān)于優(yōu)先支持科學(xué)計算可視化” （ ViSC ）的報告中，可視化被稱為“是一種將抽象符號轉(zhuǎn)化為幾何圖形的計算 方法，以便研究者能夠觀察其模擬和計算的過程和結(jié)果， 包括圖像的理解和綜合。 也就是說， 可視化是一個工具， 用來解釋輸入計算機中的圖像數(shù)據(jù)和根據(jù)復(fù)雜的 多維數(shù)據(jù)生成圖像。 主要研究人和計算機怎樣協(xié)調(diào)一致地接受、 使用和交流視覺 信息”

7、 ，直觀地說，科學(xué)計算可視化是研究如何把科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視的、能 幫助科學(xué)家理解的信息的計算方法。 簡而言之，科學(xué)計算可視化是把計算機圖形 學(xué)與圖像處理技術(shù)應(yīng)用于計算科學(xué)的學(xué)科。 科學(xué)計算可視化的形成是當(dāng)代科學(xué)技 術(shù)飛速發(fā)展的結(jié)果。相信我們每個人都聽到、 感受到這樣的一個事實： 現(xiàn)代社會是信息社會， 當(dāng) 今時代是一個信息爆炸的時代， 我們正置身于一個信息的海洋。 但相對于所面對 的信息，我們的信息處理與分析能力、 手段就顯得十分匱乏。 對于科學(xué)工作者來 說，這種尷尬的處境更為突出。上個世紀(jì) 80年代以后，由于電子計算機的普及， 科學(xué)數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)生與缺乏有效地解釋這些數(shù)據(jù)手段之間的矛盾日益尖銳。

8、 大量 的計算和觀測數(shù)據(jù)源源不斷地產(chǎn)生， 由于無法及時處理， 只能將海量數(shù)據(jù)存儲起 來，造成了較大的浪費。另一方面，科學(xué)家應(yīng)用計算機進(jìn)行計算時，不僅僅需要 對最終結(jié)果進(jìn)行分析， 而且希望能對計算的中間結(jié)果進(jìn)行解釋。 科學(xué)計算可視化 將圖形生成技術(shù)、 圖像處理技術(shù)和人機交互技術(shù)結(jié)合在一起， 主要功能是從復(fù)雜 的多維數(shù)據(jù)中產(chǎn)生圖形， 也可以分析和理解輸入計算機中的圖像數(shù)據(jù)。 它涉及到 計算機圖形學(xué)、圖像處理、計算機輔助設(shè)計、 計算機視覺及人機交互技術(shù)等多個 領(lǐng)域?？傊?對于地圖學(xué)來說 , 可視化技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)符號化及視覺變量表 示的水平 ,而進(jìn)入了一個新階段 , 地圖可視化是一門以計算機科學(xué)

9、地圖學(xué)認(rèn)知科 學(xué) 信息傳輸學(xué)與地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ) , 為直觀形象地表現(xiàn)解釋傳輸空間信息并 揭示其規(guī)律 , 關(guān)于信息表達(dá)傳輸?shù)睦碚摲椒ㄅc技術(shù)的學(xué)科 , 其重點是通過計算機 技術(shù) 數(shù)字技術(shù)多媒體技術(shù) , 將那些通常難以設(shè)想和接近的環(huán)境與事物 ,以動態(tài)直 觀的方式表現(xiàn)出來 ,從而揭示自然和社會的發(fā)展規(guī)律 , 達(dá)到認(rèn)識世界和改造世界 的目的。2. 可視化與地圖學(xué)的關(guān)系數(shù)字化技術(shù)正在改變傳統(tǒng)地圖的面貌。 對用戶來說， 面對的將是大量的空間 數(shù)據(jù)和怎樣處理這些數(shù)據(jù)的問題， 習(xí)慣于依靠視覺感知在地圖上做規(guī)劃， 或擬制 作戰(zhàn)方案的人員適應(yīng)不了把這種決策性的工作在 “看不見”的狀態(tài)下都交給計算 機去做，自己只等

10、結(jié)果的被動局面。 空間數(shù)據(jù)可視化的提出正好解決了這個新問 題，人在計算機輔助的條件下仍然扮演主角。 對制圖人員來說， 在傳統(tǒng)地圖學(xué)的 實踐中所培養(yǎng)的如圖形理解、心象構(gòu)成、地圖分析、地圖設(shè)計等能力，在可視化 的條件下仍然有用武之地， 地圖工作者創(chuàng)造性的形象思維， 在新的水平上再次受 到重視。對數(shù)字地圖來說，可視化大大擴充了地圖的家族，出現(xiàn)了電子地圖、動 態(tài)地圖、賽博地圖即虛擬環(huán)境等新的地圖式樣， 空前擴大了地圖的功能。 數(shù)字地 圖的可視化技術(shù)也促進(jìn)了地圖表示法的深化， 在描述環(huán)境， 解釋客觀規(guī)律上較之 傳統(tǒng)地圖有重大的突破?？梢暬€密切了 GIS 與地圖學(xué)的關(guān)系，因為地理信息可 視化的基本形式就

11、是地圖?？梢暬瑫r也引起地圖學(xué)的理論和實踐的進(jìn)步， 地圖學(xué)的可視化是一種空間 認(rèn)知行為， 有助于強化心象地圖， 有助于圖形判釋， 有助于改善地圖信息傳輸?shù)?效果；可視化的概念和技術(shù)不在于把形象化的資料和數(shù)據(jù)展示在讀者面前， 這個 任務(wù)，普通多媒體設(shè)備就可以完成。 它的重點是要將那些通常難于設(shè)想和接近的 環(huán)境與事物， 以動態(tài)直觀的方式展現(xiàn)出來。 就像電子音樂可以制造人們?nèi)粘奈?聽到過的音響， 所謂宇宙之聲那樣的效果一樣， VR 技術(shù)就是可視化最有效的應(yīng) 用；地圖學(xué)的可視化不論重點放在探索可視化技術(shù)方面， 還是放在強化地圖可視 化的應(yīng)用方面，都包含了“分析 /視覺思維”和“傳輸 /表示法”的成份

12、。因此， 現(xiàn)代制圖技術(shù)的發(fā)展和可視化的環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了對傳統(tǒng)的 Kolacny 傳輸模型的 異化。這是指，在傳統(tǒng)的傳輸過程中， 內(nèi)容是已知的， 只有最標(biāo)準(zhǔn)的地圖被傳輸； 但在基于可視化的模型中， 內(nèi)容是未知的， 用戶是一個分析研究者， 而系統(tǒng)則以 可視的數(shù)據(jù)協(xié)助他獲得觀察的結(jié)果。 因此，有必要提出一個新的基于交互和可視 化條件下的地圖傳輸模型。 由此可見， 可視化概念與技術(shù)， 已經(jīng)引起了地圖學(xué)的 理論和實踐的進(jìn)步，拓寬了學(xué)科領(lǐng)域。3. 可視化與現(xiàn)代地圖學(xué)的發(fā)展3.1 可視化發(fā)展完善現(xiàn)代地圖學(xué)理論隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各學(xué)科間的交叉滲透，使原有的地圖學(xué)理論 地圖投影理論、地圖概括理論、綜合制圖理

13、論有了新的發(fā)展， 20世紀(jì)中期以來， 先后提出了以信息論為基礎(chǔ)的地圖信息論和地圖信息傳輸論； 以認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ) 的地圖感受論和地圖認(rèn)知論； 以符號學(xué)、 語言學(xué)為基礎(chǔ)的地圖符號論和地圖語言 論；用模型方法研究地圖的地圖模型論等理論， 可視化技術(shù)的應(yīng)用將給這些理論 帶來新思維?？梢暬粌H可以傳輸?shù)貓D信息，拓展了地圖信息表達(dá)和傳輸方式， 而且通過對數(shù)據(jù)的可視分析， 使地圖的功能從表達(dá)已知向挖掘數(shù)據(jù)中信息和知識 方向發(fā)展， 這就是地理信息系統(tǒng)， 從這個意義上講， 地理信息系統(tǒng)是地圖學(xué)的擴 展和延伸?？梢暬碚撘步o地圖認(rèn)知論、 地圖感受論、 地圖語言學(xué)帶來了新的涵 義，例如，給地圖的視覺感受帶來新方式，

14、從地圖語言學(xué)的角度，拓展了地圖視 覺變量，傳統(tǒng)地圖的視覺變量主要有： 形狀、尺寸、方向、亮度、密度和色彩等， 這些變量主要是靜態(tài)視覺變量， 在多媒體和可視化條件下， 地圖語言增加了動態(tài) 視覺變量 （動畫持續(xù)時間、變化速率、顯示次序 ）和聲音變量 （聲音持續(xù)時間、聲 音頻率 ） 。對地圖模型論而言，可視化也給地圖的數(shù)學(xué)模型和數(shù)字模型帶來了新 內(nèi)容。因此，可視化對現(xiàn)代地圖學(xué)理論起到溝通、深化和拓展的作用，同時地圖 可視化又有自己的研究內(nèi)容、方法和體系，構(gòu)成了地圖可視化理論，地圖可視 化理論發(fā)展和完善了現(xiàn)代地圖學(xué)理論。3.2 可視化改變現(xiàn)代地圖制圖方法地圖學(xué)已經(jīng)從一門制圖工藝技術(shù)發(fā)展成為具有自己特點

15、的獨立學(xué)科體系， 地 圖學(xué)有自己的科學(xué)理論， 同時也有獨特的制圖工藝和技術(shù)， 關(guān)于地圖制圖技術(shù)研 究屬于制圖方法論的研究范疇。 地圖制圖正從傳統(tǒng)的手工編制向現(xiàn)在的全數(shù)字制 圖方向轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)地圖制圖包括地圖設(shè)計、地圖編繪、出版準(zhǔn)備和地圖印刷4個階段，在計算機和科學(xué)可視化的環(huán)境下， 傳統(tǒng)地圖制圖原理雖然沒有實質(zhì)性的變 化，但地圖制圖工藝技術(shù)、 方法都發(fā)生了很大變化， 在計算機和可視化環(huán)境下可 將地圖制圖可分為：地圖設(shè)計、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和編程、地圖輸出和出版等 階段，可以看到每一個階段都和傳統(tǒng)地圖制作方法不同。3.3 可視化豐富了現(xiàn)代地圖產(chǎn)品的功能和應(yīng)用 在信息時代，隨著可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)、

16、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等新技術(shù) 的應(yīng)用，地圖學(xué)出現(xiàn)了很多新術(shù)語，如“計算機地圖”、“電子地圖”“多媒體 地圖”、“探究地圖”、“網(wǎng)絡(luò)地圖”、“賽博 (cvber) 地圖”、“網(wǎng)格地圖”、 “動態(tài)地圖”、“虛擬地圖”、“交互地圖”、“可進(jìn)入地圖”等等，這些術(shù)語 名目繁多，但其本質(zhì)都是新技術(shù)條件下，地圖產(chǎn)品的可視化、數(shù)字化和多元化， 地圖產(chǎn)品從傳統(tǒng) 2維模擬平面地圖向多維數(shù)字交互動態(tài)地圖轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品種類日益 豐富。除涌現(xiàn)出更多更豐富的地圖產(chǎn)品之外， 現(xiàn)代地圖的功能和應(yīng)用都得到了擴 展。在功能上，可視化使現(xiàn)代地圖的功能從“信息傳輸”向“數(shù)據(jù)分析和挖掘” 方向延伸，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)正呈指

17、數(shù)級增長，然而，數(shù) 據(jù)收集和管理并不是最終目的， 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的任務(wù)是分析數(shù)據(jù)， 從中獲取信息和知 識，從而輔助決策， 而可視化本身就是數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的有效方法之一。 在 應(yīng)用上，由于網(wǎng)絡(luò)的普及和地圖產(chǎn)品的更加易于理解和使用， 使地圖的應(yīng)用更加 大眾化。這樣可視化使得現(xiàn)代地圖應(yīng)用的深度和廣度都增加了。3.4 可視化是現(xiàn)代地圖學(xué)研究的核心 可視化一直是地圖學(xué)的主要研究內(nèi)容， 是地圖學(xué)的研究核心之一， 這是因為： 一方面，地圖本身就是一種可視化的產(chǎn)品， 是對現(xiàn)實世界以高度抽象化的圖形形 式再現(xiàn)，地圖設(shè)計過程就是運用地圖符號對現(xiàn)實世界抽象、綜合和表示的過程， 地圖使用過程就是讀者運用視覺思維對地圖的

18、感受和分析。 另一方面伴隨著計算 機圖形圖像技術(shù)和科學(xué)可視化的發(fā)展， 地圖不再是單純的紙質(zhì)地圖， 也不僅僅是 簡單的從紙質(zhì)地圖到屏幕顯示的轉(zhuǎn)化，而是在 GIS環(huán)境下具有高度交互動態(tài)顯示 能力，集成了數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的虛擬試驗平臺2| ,用戶可以通過這一平臺對數(shù) 據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面的顯示、 分析和動態(tài)模擬，達(dá)到對現(xiàn)實世界的透徹理解， 進(jìn)而認(rèn)識自然和改造自然。綜上所述，對地圖學(xué)而言，從理論到方法，從產(chǎn)品到 應(yīng)用，從過去傳統(tǒng)的 2維平面靜態(tài)地圖到現(xiàn)在數(shù)字環(huán)境下可進(jìn)入的多維交互動態(tài) 地圖，可視化都是地圖學(xué)的核心內(nèi)容， 隨著計算機技術(shù)、 地理信息系統(tǒng)和科學(xué)可 視化的發(fā)展， 可視化的概念被賦予全新的涵義

19、， 可視化在現(xiàn)代地圖學(xué)中的核心地 位得到進(jìn)一步加強。4、可視化對地圖學(xué)的意義科學(xué)可視化研究的興起， 對地圖學(xué)來說是機遇， 也是挑戰(zhàn)。 主要體現(xiàn)在以下 幾個方面： 4.1仿真時戰(zhàn)場可視化的基礎(chǔ)，而地理環(huán)境仿真又是其它環(huán)境要素仿真的基礎(chǔ)， 這就決定了地理環(huán)境仿真在戰(zhàn)場可視化中的重要地位。 作為地圖學(xué)與地理信息工 程學(xué)科中的重要學(xué)科方向，戰(zhàn)場環(huán)境仿真對戰(zhàn)場可視化的意義不亞于紙質(zhì)地圖、 沙盤對于常規(guī)戰(zhàn)爭的意義。 從某種意義上看， 戰(zhàn)場可視化也是信息化戰(zhàn)爭條件下 軍事測繪保障的重要手段。 4.2與駕駛模擬訓(xùn)練器的需求不同，可視化強調(diào)的重點是提高信息獲取的效率。 與之相應(yīng)地， 可視化中戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)更加強

20、調(diào)對環(huán)境認(rèn)知的效率的提高。 這一 點與地圖學(xué)幾千年的努力是相符的。 因此可以預(yù)見， 可視化的發(fā)展與應(yīng)用， 必將 促進(jìn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真的發(fā)展，進(jìn)而帶動地圖學(xué)與地理信息工程的發(fā)展。 4.3在使用紙質(zhì)地圖時，地圖產(chǎn)品的制作與使用基本上是處于兩個互不相關(guān)的階 段。數(shù)字地圖、 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用， 使得地圖產(chǎn)品的制作與使用之間出 現(xiàn)了明顯的交叉， 而在以戰(zhàn)場環(huán)境仿真為基礎(chǔ)平臺地站場可視化系統(tǒng)中， 這種交 叉更為顯著。 地圖產(chǎn)品對系統(tǒng)的研制、 開發(fā)的制約作用越來越大， 也導(dǎo)致了戰(zhàn)場 可視化研究、開發(fā)重點以及主要承擔(dān)機構(gòu)傾向于測繪部門。 4.4可視化系統(tǒng)的開發(fā)中， 測繪部門地位及其重要， 使之有擺脫配角地

21、位的機遇。 同時，測繪部門近年來在利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)， 促進(jìn)地圖學(xué)與地理信息工程發(fā)展方 面所做的卓有成效的工作也為此創(chuàng)造了良好的條件。 如果能夠抓住目前國內(nèi)在戰(zhàn) 場可視化研究中的空白，積極爭取，大力投入，有可能形成突破之勢。開發(fā)通用 的戰(zhàn)場可視化平臺， 并在作戰(zhàn)指揮自動化以及模擬訓(xùn)練領(lǐng)域推廣應(yīng)用， 無疑將提 升測繪部門的影響力，再創(chuàng)軍事測繪的輝煌。5、結(jié)語和討論20世紀(jì)末以來，隨著計算機圖形和圖像處理技術(shù)和科學(xué)可視化的發(fā)展及其在 地圖學(xué)中的應(yīng)用， 可視化對現(xiàn)代地圖學(xué)的理論、 方法產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響， 并且拓展 了地圖產(chǎn)品的功能和應(yīng)用。理論地圖學(xué)的研究范疇正從“地圖傳輸”向“地圖可 視化”轉(zhuǎn)換， 可視化在地圖學(xué)的核心地位得到強化。 地圖可視化的研究可從以下 幾個方向著