電子地圖的可視化理論基礎

摘 要：傳統的地圖是以視覺的方式來表達地理信息的工具。此時，計算機多媒體技術愈速發展卻在潛移默化的地圖產品的設計，由此促進了地圖學的又一次革新，出現了電子地圖的概念。它的出現使傳統的信息存儲方式和表現形式逐漸失去了原有的壟斷地位。在計算機可視化的助力下，地圖學也突破了二維靜態的限制，向多維、集成、動態、交互和虛擬的方向發展。在可視化的襯托下，電子地圖正在這個信息時代扮演著愈發重要的角色。本文主要闡釋電子地圖的可視化理論基礎。

關鍵詞：電子地圖；可視化

中圖分類號：P28 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、引言

電子地圖定義的難度在于電子地圖的“顯示”與“存儲”是相分離的。從多媒體信息時代角度，電子地圖應是基于數字化地圖數據的空間信息可視化表現。電子地圖的制作包括地圖符號的邏輯設計、空間信息可視化的表現手段，空間信息系統結構設計與空間信息瀏覽與查詢設計等多個方面。更確切的說，電子地圖一般意指多媒體地圖，是可交互、多功能的空間信息多媒體可視化集成地圖。即電子地圖的概念是一個動態發展的概念，即數字地圖-電子地圖-電子地圖系統。

二、電子地圖的基本概念

Talor（1991）將電子地圖定義為“在電子介質上使用的地圖”；郭仁忠（1995）年認為投影技術和設備的發展使顯示電子地圖的介質并不一定是電子介質，運用計算機主機和光學投影儀同樣可以在屏幕（白紙、幕布甚至墻壁）上顯示地圖，故可以認為“電子地圖是屏幕上顯示的地圖的總稱”。但為了排除單純投影與幻燈生成的屏幕地圖，因此建議將笛子地圖定義為“是基于電子技術的屏幕地圖”，并進一步強調了計算機在電子地圖中的作用。祝國瑞（2004）從數字地圖的可視化作用出發，提出“電子地圖是數字地圖經可視化處理在屏幕上顯示出來的地圖”。吳忠性（1993）、張文詩（1994）等從地圖數據來源和地圖傳輸的不同角度也給出了電子地圖的定義。造成了電子地圖多樣化現象的原因在很大程度上是因為發展中的電子地圖魚現代技術迅速結合，不斷推出新的應用形式，從而在短時間內難以給出一個簡潔、科學和明確的定義。從狹義上講，電子地圖是一種以數字地圖為數學基礎、以計算機系統為處理平臺、在屏幕上實時顯示的地圖形式。而從廣義上講，電子地圖應該是屏幕地圖與支持其顯示的地圖軟件的總稱。前者強調了電子地圖的地圖特性，后者反映了電子地圖的綜合特性。

三、地圖可視化的基礎理論

地圖可視化是地圖學與可視化技術結合的結果，將地圖形式從傳統的紙質地圖拓展到屏幕顯示的電子地圖，這是一個巨大的技術飛躍，成為現代地圖學發展的支柱。但是，地圖可視化不僅僅是技術層面的問題，它也隨之帶來了一系列地理信息表達與應用的理論問題。如何認識地圖可視化的地位與作用，以及如何評價地圖可視化與地圖應用的關系，國內外地圖學領域的許多專家學者對此做出了深入的研究，提出了一些重要的地圖可視化理論。

（一）DiBiase的地圖可視化理論

借助科學可視化和應用數據分析（Exploratory Data Analysis）的思想，DiBiase（1990）將可視化視為科學探究的工具，并提出了地理可視化的框架。在該框架中，他強調了地圖在整個過程中的作用，這種基于地圖的可視化由原始數據探究、確認、綜合、表達等內容組成

了一條曲線。地圖在探究一端的作用是促進個人的視覺思考，在表達一端的作用是把研究結果面向公眾的視覺傳輸。DiBiase認為可視化在研究過程的早期側重于個人特征的視覺思維，這一框架強調在探究一端地圖促進地學視覺思考的作用，從而重建了地圖學與地理學的聯系。

（二）Taylor的地圖可視化理論

Taylor將地圖學理論原則和新的計算機技術作為三角形的底邊，前者作為地圖可視化的理論依據，后者是地圖可視化的技術支撐，而傳輸和認知行為作為等邊三角形的兩腰，構成了可視化的兩大主要作用。地圖可視化不再僅僅是靜止的表達，同時還具有交互和動態可視化的特征。

（三）MacEachren的地圖可視化理論

在MacEaachren的概念模型中，把可視化和傳輸作為并列的兩個方面，強調了可視化和的分析與認知功能，其立方體的對角線（虛線部分）具有和DiBiase模型一致的意義。

綜上所述，這三種概念模型考慮問題的角度不同，但都體現了地圖可視化所包含的視覺思維（認知分析）和視覺傳輸兩個重要內容，從而將現代地圖學與主要強調地圖傳輸的傳統地圖學區分開來。造成這一變化的主要原因是現代信息技術包括計算機技術的發展，使得地圖的表達不再是在傳統介質上，而是通過計算機軟硬件的支持，建立了更加豐富的交互手段，可以實時實現各種設定條件下的地圖再加工與屏幕輸出。因此，電子地圖實際上就是地圖可視化的產物，是集地圖表達與動態交互功能于一體的新型的地圖形式，是現代地圖學發展的標志性成果之一。

四、可視化理論與地圖學的結合

可視化理論與技術應用于地圖學始于20世紀90年代初，國際地圖學協會（ICA）在1993年德國科隆召開的第16屆學術討論會上宣告成立可視化委員會（Commission on Visualization）；1996年該委員會與美國計算機協會圖形學專業組（ACMSIGGRAPH）進行了跨學科的協作，探索計算機圖形學理論和技術如何有效地應用于空間數據可視化，同時探討如何從地圖學的觀點和方法來促進計算機圖形學的發展。可見，對地圖學來說，可視化技術已經遠遠超出了傳統的符號化及視覺變量表示法的水平，而進入動態、時空變化、多維的可交互的地圖條件下探索視覺效果和提高視覺功能的階段，重點是將那些通過難于設想和接近的環境和事物，以動態直觀的方式表示出來。對于地圖學來說空間信息可視化更重要的是一種空間認知行為，在提高空間數據的復雜過程分析的洞察能力，多維和多時相數據和過程的顯示等方面，將有效地改善和增強空間地理環境信息的傳輸的能力，有助于理解、發現自然界存在的現象的相關關系和啟發形象思維的能力。

參考文獻：

[1]龍毅，溫永寧.電子地圖學[M].北京：科學出版社，2006.

[2]蔡忠亮.多媒體電子地圖的信息組織與可視化機制研究[D].武漢大學，2004.

[3]席嘉.電子地圖可視化研究及其應用研究[D].華東師范大學，2005.