基于多維動態信息可視化的研究

陳 雪

（91550部隊，大連 116023）

0 引言

計算機技術在地圖學應用領域內廣泛應用，使地圖學從紙質地圖逐漸轉化為屏幕地圖，特別是計算機可視化在地學領域內的實踐，使地圖學朝著多維動態與虛擬交互的方向前進。多維動態地學信息可視化的研究以構建多維動態地圖模型為目標，模型是對時空數據結構、動態地圖可視化表達進行抽象概念分析，需要在計算機軟件環境下實現。

1 地學信息可視化理論

多維空間信息可視化需要研究空間信息的創建、組織、表示與計算，計算結果可以被可視化、圖形化和符號化，這樣的表現方式有別于文字表達。地圖可視化以計算機地學和地理信息系統為基礎，通過屏幕地圖的方式動態化顯示空間信息內容，有研究人員認為地圖可視化側重于個人視覺思維和視覺傳輸效果。作為地學研究的核心，可視化位于認知、形式化體系、信息傳輸的中心。人類思維空間是實體空間在大腦的映射，地理空間關系形成人腦對地學信息記憶的神經網絡結構。通過地學信息可視化有利于加快信息檢索速度，直觀表達更多意義的內在聯系，從中挖掘更多新數據[1]。

2 地學信息可視化設計原則

分析地學信息可視化應遵循的設計原則，具體如下：（1）以用戶為中心的設計原則。這是一種用戶體驗設計方法，產品開發的每一個環節都要考慮用戶群體身份、行業背景和需求。（2）以目標為導向的設計原則。這是自上而下的產品開發通過定義決定的產品需求，基于交互行為的一種設計理念。多維動態地學可視化以生成滿足用戶需求的地圖畫面為目標，構建以地圖為中心的多維模型。（3）以任務為中心的設計原則。這是一種細粒度可視化設計方式，將整個設計環節劃分為多個任務，針對具體任務進行可視化設計，最終完成整體的設計。這些任務并不獨立，而是要按照一定要求連接起來構成任務流，任務流可以生成預期結果，任務序列是動態化的，其中含有交互步驟與任務集合。

3 基于多維動態地學信息的可視化表示

3.1 地學信息的可視化表示

3.1.1 地圖數據的可視化表示

多維動態地學空間數據的可視化表示如下：

（1）數字地圖數據分類。可視化技術的應用以數據分類為基礎，需要提前做好地學信息分類才能將符號和幾何圖形展示出來。建議結合數據分類的相應特點，選擇形狀、尺寸、顏色等視覺性變量，將其錄入計算機，再轉化為數字信息，最終轉為人們可以識別的地圖圖形。

（2）可視化制作要素。按照全要素或者分要素分別制作，可以制成屏幕地圖或者紙質地圖，這兩種形式都利于用戶閱讀。3.1.2 空間數據的可視化表示

地學信息的一個重要功能就是空間分析。通過對網絡進行分析、緩沖分析等再以專題地圖的形式進行描述。多維地學數據分析的地學可視化將立體信息轉化為可視化地圖圖形，在一定程度增強了信息數據的可讀性，讓用戶可以更加直觀地對空間多維數據進行更加全面的分析。

3.2 可視化技術在地學中的應用分析

基于多維動態地學信息可視化應用如下：

（1）用戶選擇視覺變量后，對地學信息進行全要素、分圖層與區域的顯示。使用地圖符號和標記說明，從而達到地學信息形象化顯示效果。

（2）將多維動態模型處理之后按級別劃分數據，以專題圖的形式變式。不同色彩和紋理表示分類圖，同一種色相中通過不同顏色飽和度表示分級圖，使用圓餅圖與直方圖表示地學信息統計數據，這樣的可視化表示方法有利于加深人們對多維動態地學信息的理解。

（3）可視化技術用于多維動態地學信息研究，能夠對地學數據進行地形分析、網絡分析，將地理空間分析結果直接傳達給用戶。比如地形分析中包含通視分析，連續路段和間斷路段可以表示目前地表通視與不通視。

（4）地學信息可視化查詢利用可視化查詢語言，對數據庫內的圖表信息形象化查詢操作，查詢結果不僅有數據，也有表格、圖像信息與文字說明。

（5）三維技術將地學地理要素轉為三維交互的地表景觀形象，展示城市三維景觀地理環境信息。虛擬現實技術在計算機應用下形成帶有視覺和聽覺效果的交互式動態時間，通過對虛擬環境的操作考察實體地學情況。將地圖動畫技術用于地學中，生成地圖動畫，這是對地學數據的多維動態化展示，可使用戶直觀了解空間數據。多媒體技術與可視化技術結合，改變了以往地理信息知識只能借助文本、表格與圖形來表達的唯一方式，空間信息傳輸更加快捷，動畫、影音與視頻形式的多媒體信息被快速傳遞，地學信息多樣化展示給用戶[2]。

4 結束語

總而言之，電子地圖在信息化時代背景下將地學與計算機相結合，應用信息技術拓展了地圖的用途，實現了地學信息的可視化應用。傳統的地圖信息存儲和表現形式發生變化，基于多維動態的地學信息突破二維靜態限制，多維動態模型產生專題圖形式變式，三維技術、虛擬顯示技術和地圖動畫技術得到了有效應用。