地图可视化和地图学

图

可

视

化

与

地

图

学

班级：

学号：

姓名：

地图可视化和地图学

摘要：从科学可视化概念出发，探讨地图可视化的概念模型以及可视化与现代地图学发展的关系。可视化与地图学的发展联系紧密，它对地图学的理论、方法产生了深远影响，拓展了地图的功能和应用，是地图学的核心。讨论地图学可视化研究的基本方向。

关键字：地图学  地图可视化

Cartographic visualization and Cartography

Abstract: From the scientific visualization concept, discusses the concept of map visualization model as well as the visualization and the relationship between the development of modern cartography. With the development of modern cartography visual contact closely, it to modern cartography theory, the method has produced profound influence, expand the map function and application, it is the core of modern cartography. Discuss cartography visualization research basic direction.

Key words: cartography, Cartographic visualizatio

可视化在没有成为信息技术专业术语之前仅是形象化的一般性解释除了教育训练传媒方面不时给以强调以外在科技界并未引起多大的注意。它被赋以新的含义并成为信息技术与各学科相结合的前沿性专题是在数字化逐渐成为人类生的重要基础的新形势下出现的事物。地图的信息载负功能，是地图信息传输的基础，而地图信息传输功能，又是人们从地图这中介和桥梁，获得广域空间的相关信息，进而获得空间认知的主要手段。本文是我关于地图可视化与地图学概念的相关性的一些分析。

1.地图可视化的含义

地图可视化就是将地理数据转换成可视的形态。它可以是常规的2维地图或地理数据库的用户界面，也可以是关于环境的动态的或是3维的模型。对地图学来说，可视化技术已远远超出了传统的符号化及视觉变量表示法的水平，进入了在动态、时空变换、可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段，它的重点是要将那些通常难于设想和接近的环境与事物，以动态直观的方式表现出来。在计算机技术飞速发展的今天，地图可视化已经成为现代地图学的一个核心内容之一。

科学计算可视化是发达国家20世纪80 年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域。美国自然科学基金会于1986 年召开了一个专家特别会议，会议召集一批著名的科学家、软件工程师、艺术家、硬件制造商来共同讨论计算机可视化的技术发展与研究战略专家们一致认为该把发展可视化工具包括图形、图像处理技术的硬软件和可视化界面工具放在首要位置在与会专家提交的报告中将可视化定义为可视化是一种计算方法它将符号转化成几何图形便于研究人员观察其模拟和计算可视化包括了图像理解与图像综合。这就是说可视化是一个工具 用来解译输入到计算机中的图像数据和从复杂的数据中生成图像它主要研究人和计算机怎样协调一致地感受、使用和传输视觉信息,这一定义主要是从计算机科学的角度拟订的,侧重于复杂数据的图形处理与表示的计算机方面,同时将人和计算机对视觉信息的感知行为作为研究的内容。

在1987年，美国国家科学基金会提出的“关于优先支持科学计算可视化”（ViSC）的报告中，可视化被称为“是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟和计算的过程和结果，包括图像的理解和综合。也就是说，可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复杂的数据生成图像。主要研究人和计算机怎样协调一致地接受、使用和交流视觉信息” ，直观地说，科学计算可视化是研究如何把科学数据转化为可视的、能帮助科学家理解的信息的计算方法。简而言之，科学计算可视化是把计算机图形学与图像处理技术应用于计算科学的学科。科学计算可视化的形成是当代科学技术飞速发展的结果。

相信我们每个人都听到、感受到这样的一个事实：现代社会是信息社会，当今时代是一个信息爆炸的时代，我们正置身于一个信息的海洋。但相对于所面对的信息，我们的信息处理与分析能力、手段就显得十分匮乏。对于科学工作者来说，这种尴尬的处境更为突出。上个世纪80年代以后，由于电子计算机的普及，科学数据的大量产生与缺乏有效地解释这些数据手段之间的矛盾日益尖锐。大量的计算和观测数据源源不断地产生，由于无法及时处理，只能将海量数据存储起来，造成了较大的浪费。另一方面，科学家应用计算机进行计算时，不仅仅需要对最终结果进行分析，而且希望能对计算的中间结果进行解释。科学计算可视化将图形生成技术、图像处理技术和人机交互技术结合在一起，主要功能是从复杂的数据中产生图形，也可以分析和理解输入计算机中的图像数据。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个领域。

总之,对于地图学来说,可视化技术已远远超出了传统符号化及视觉变量表示的水平,而进入了一个新阶段,地图可视化是一门以计算机科学地图学认知科学 信息传输学与地理信息系统为基础,为直观形象地表现解释传输空间信息并揭示其规律,关于信息表达传输的理论方法与技术的学科,其重点是通过计算机技术 数字技术多媒体技术,将那些通常难以设想和接近的环境与事物,以动态直观的方式表现出来,从而揭示自然和社会的发展规律,达到认识世界和改造世界的目的。

2.可视化与地图学的关系

数字化技术正在改变传统地图的面貌。对用户来说，面对的将是大量的空间数据和怎样处理这些数据的问题，习惯于依靠视觉感知在地图上做规划，或拟制作战方案的人员适应不了把这种决策性的工作在“看不见”的状态下都交给计算机去做，自己只等结果的被动局面。空间数据可视化的提出正好解决了这个新问题，人在计算机辅助的条件下仍然扮演主角。对制图人员来说，在传统地图学的实践中所培养的如图形理解、心象构成、地图分析、地图设计等能力，在可视化的条件下仍然有用武之地，地图工作者创造性的形象思维，在新的水平上再次受到重视。对数字地图来说，可视化大大扩充了地图的家族，出现了电子地图、动态地图、赛博地图即虚拟环境等新的地图式样，空前扩大了地图的功能。数字地图的可视化技术也促进了地图表示法的深化，在描述环境，解释客观规律上较之传统地图有重大的突破。可视化还密切了GIS与地图学的关系，因为地理信息可视化的基本形式就是地图。

可视化同时也引起地图学的理论和实践的进步，地图学的可视化是一种空间认知行为，有助于强化心象地图，有助于图形判释，有助于改善地图信息传输的效果；可视化的概念和技术不在于把形象化的资料和数据展示在读者面前，这个任务，普通多媒体设备就可以完成。它的重点是要将那些通常难于设想和接近的环境与事物，以动态直观的方式展现出来。就像电子音乐可以制造人们日常从未听到过的音响，所谓宇宙之声那样的效果一样，VR 技术就是可视化最有效的应用；地图学的可视化不论重点放在探索可视化技术方面，还是放在强化地图可视化的应用方面，都包含了“分析/视觉思维”和“传输/表示法”的成份。因此，现代制图技术的发展和可视化的环境已经产生了对传统的Kolacny 传输模型的异化。这是指，在传统的传输过程中，内容是已知的，只有最标准的地图被传输；但在基于可视化的模型中，内容是未知的，用户是一个分析研究者，而系统则以可视的数据协助他获得观察的结果。因此，有必要提出一个新的基于交互和可视化条件下的地图传输模型。由此可见，可视化概念与技术，已经引起了地图学的理论和实践的进步，拓宽了学科领域。

3.可视化与现代地图学的发展

3.1可视化发展完善现代地图学理论

随着现代科学技术的发展和各学科间的交叉渗透，使原有的地图学理论——地图投影理论、地图概括理论、综合制图理论有了新的发展，20世纪中期以来，先后提出了以信息论为基础的地图信息论和地图信息传输论；以认知科学为基础的地图感受论和地图认知论；以符号学、语言学为基础的地图符号论和地图语言论；用模型方法研究地图的地图模型论等理论，可视化技术的应用将给这些理论带来新思维。可视化不仅可以传输地图信息，拓展了地图信息表达和传输方式，而且通过对数据的可视分析，使地图的功能从表达已知向挖掘数据中信息和知识方向发展，这就是地理信息系统，从这个意义上讲，地理信息系统是地图学的扩展和延伸。可视化理论也给地图认知论、地图感受论、地图语言学带来了新的涵义，例如，给地图的视觉感受带来新方式，从地图语言学的角度，拓展了地图视觉变量，传统地图的视觉变量主要有：形状、尺寸、方向、亮度、密度和色彩等，这些变量主要是静态视觉变量，在多媒体和可视化条件下，地图语言增加了动态视觉变量(动画持续时间、变化速率、显示次序)和声音变量(声音持续时间、声音频率)。对地图模型论而言，可视化也给地图的数学模型和数字模型带来了新内容。因此，可视化对现代地图学理论起到沟通、深化和拓展的作用，同时地图可视化又有自己的研究内容、方法和体系，构成了地图可视化理论，地图可视

化理论发展和完善了现代地图学理论。

3.2可视化改变现代地图制图方法

地图学已经从一门制图工艺技术发展成为具有自己特点的学科体系，地图学有自己的科学理论，同时也有独特的制图工艺和技术，关于地图制图技术研究属于制图方的研究范畴。地图制图正从传统的手工编制向现在的全数字制图方向转变，传统地图制图包括地图设计、地图编绘、出版准备和地图印刷4个阶段，在计算机和科学可视化的环境下，传统地图制图原理虽然没有实质性的变化，但地图制图工艺技术、方法都发生了很大变化，在计算机和可视化环境下可将地图制图可分为：地图设计、数据输入、数据处理和编程、地图输出和出版等阶段，可以看到每一个阶段都和传统地图制作方法不同。

3.3可视化丰富了现代地图产品的功能和应用

在信息时代，随着可视化技术、多媒体技术、虚拟现实、网络技术等新技术的应用，地图学出现了很多新术语，如“计算机地图”、“电子地图”“多媒体地图”、“探究地图”、“网络地图”、“赛博(cvber)地图”、“网格地图”、“动态地图”、“虚拟地图”、“交互地图”、“可进入地图”等等，这些术语名目繁多，但其本质都是新技术条件下，地图产品的可视化、数字化和多元化，地图产品从传统2维模拟平面地图向数字交互动态地图转化，产品种类日益丰富。除涌现出更多更丰富的地图产品之外，现代地图的功能和应用都得到了扩展。在功能上，可视化使现代地图的功能从“信息传输”向“数据分析和挖掘”方向延伸，随着数字化技术的发展，数据库中的数据正呈指数级增长，然而，数据收集和管理并不是最终目的，科学发现的任务是分析数据，从中获取信息和知识，从而辅助决策，而可视化本身就是数据挖掘和知识发现的有效方法之一。在应用上，由于网络的普及和地图产品的更加易于理解和使用，使地图的应用更加大众化。这样可视化使得现代地图应用的深度和广度都增加了。

3.4可视化是现代地图学研究的核心

可视化一直是地图学的主要研究内容，是地图学的研究核心之一，这是因为：一方面，地图本身就是一种可视化的产品，是对现实世界以高度抽象化的图形形式再现，地图设计过程就是运用地图符号对现实世界抽象、综合和表示的过程，地图使用过程就是读者运用视觉思维对地图的感受和分析。另一方面伴随着计算机图形图像技术和科学可视化的发展，地图不再是单纯的纸质地图，也不仅仅是简单的从纸质地图到屏幕显示的转化，而是在GIS环境下具有高度交互动态显示能力，集成了数据分析等技术的虚拟试验平台¨2|，用户可以通过这一平台对数据库中的数据进行多方面的显示、分析和动态模拟，达到对现实世界的透彻理解，进而认识自然和改造自然。综上所述，对地图学而言，从理论到方法，从产品到应用，从过去传统的2维平面静态地图到现在数字环境下可进入的交互动态地图，可视化都是地图学的核心内容，随着计算机技术、地理信息系统和科学可视化的发展，可视化的概念被赋予全新的涵义，可视化在现代地图学中的核心地位得到进一步加强。

4、可视化对地图学的意义

科学可视化研究的兴起，对地图学来说是机遇，也是挑战。主要体现在以下几个方面：

4.1仿真时战场可视化的基础，而地理环境仿真又是其它环境要素仿真的基础，这就决定了地理环境仿真在战场可视化中的重要地位。作为地图学与地理信息工程学科中的重要学科方向，战场环境仿真对战场可视化的意义不亚于纸质地图、沙盘对于常规战争的意义。从某种意义上看，战场可视化也是信息化战争条件下军事测绘保障的重要手段。

4.2与驾驶模拟训练器的需求不同，可视化强调的重点是提高信息获取的效率。与之相应地，可视化中战场环境仿真应更加强调对环境认知的效率的提高。这一点与地图学几千年的努力是相符的。因此可以预见，可视化的发展与应用，必将促进战场环境仿真的发展，进而带动地图学与地理信息工程的发展。

4.3在使用纸质地图时，地图产品的制作与使用基本上是处于两个互不相关的阶段。数字地图、地理信息系统的发展与应用，使得地图产品的制作与使用之间出现了明显的交叉，而在以战场环境仿真为基础平台地站场可视化系统中，这种交叉更为显著。地图产品对系统的研制、开发的制约作用越来越大，也导致了战场可视化研究、开发重点以及主要承担机构倾向于测绘部门。

4.4可视化系统的开发中，测绘部门地位及其重要，使之有摆脱配角地位的机遇。同时，测绘部门近年来在利用虚拟现实技术，促进地图学与地理信息工程发展方面所做的卓有成效的工作也为此创造了良好的条件。如果能够抓住目前国内在战场可视化研究中的空白，积极争取，大力投入，有可能形成突破之势。开发通用的战场可视化平台，并在作战指挥自动化以及模拟训练领域推广应用，无疑将提升测绘部门的影响力，再创军事测绘的辉煌。

5、结语和讨论

20世纪末以来，随着计算机图形和图像处理技术和科学可视化的发展及其在地图学中的应用，可视化对现代地图学的理论、方法产生了深远影响，并且拓展了地图产品的功能和应用。理论地图学的研究范畴正从“地图传输”向“地图可视化”转换，可视化在地图学的核心地位得到强化。地图可视化的研究可从以下几个方向着手：

5.1地图可视化理论的认知和应用；

5.2地图可视化的表现形式及他们之间的关系；

5.3地图可视化的用户交互界面研究；

5.4地理信息系统数据库中地图可视化与知识发现的集成研究。

参考文献：

[1]GAHEGAN M．Visualization as a Tolls for GeocomDutation[A]. Geocomputation [C]. London：Taylor and Francis,2000.253-274;

[2] DIBIAsE D．Visualization in the earth Sciencis [J]. Bulletin

of the Collage of earth and Mineral Sciencis.1990,59(2):13-18;

[3] MAcEAcHREN A M，GANTER J H．A Pattern Identification Approach to Cartographic Visualizatuion .Cartographica [J],1990,27(2):-81;

[4] 秦建新等.地图可视化研究[J].地理研究：2000（03）；

[5] 王家耀，陈毓芬.理论地图学[M].出版社；

[6] 王家耀，王光霞.地图学[M]. 出版社；

[7] 余志文，叶圣涛.现代地图学与虚拟现实[M].现代地图学与虚拟现实：第25卷第3期；

[8]王家耀．信息化时代的地图学[J]，测绘工程，2000，9(2)：1．5;

[9]祝国瑞，郭礼珍，尹贡白，等．地图设计与编绘[M]．武汉：武汉大学出版社，2001．98．101;

[10]江斌，胡毓钜．地图视觉化——现代地图学的核心[J]．地图，1995，(2).