空間信息可視化技術(shù)及其對地圖學發(fā)展的影響

1、空間信息可視化技術(shù)及其對地圖學發(fā)展的影響陳廣學（西安測繪研究所 西安 710054）摘 要：論文討論了空間信息可視化的概念模型，分析了可視化與數(shù)字化的關(guān)系及空間信息可視化的根本目的和作用，并對空間信息可視化的基本方法和過程、空間信息的表達方式、空間信息可視化的產(chǎn)品類型及其可視化的工具和手段作了綜合分析評述，最后討論了地圖與空間信息可視化的關(guān)系，以及可視化技術(shù)給地圖學的發(fā)展帶來的影響。關(guān)鍵詞：空間信息 可視化 地圖 地圖學1 引言 科學計算可視化（ViSC）的概念提出之后，迅速發(fā)展成為一個新興的學科，其理論和技術(shù)對地圖信息可視表達和分析產(chǎn)生了很大的影響。國際制圖協(xié)會（ICA）1995年成立可視化

2、委員會，1996年該委員會與美國計算機協(xié)會圖形學專業(yè)組進行了跨學科合作，探索計算機圖形學理論和技術(shù)如何有效應(yīng)用于地圖學和空間數(shù)據(jù)分析，促進科學計算可視化與地圖可視化的交流。近年來，計算機技術(shù)發(fā)展日新月異，可視化技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，將可視化的技術(shù)引入到空間信息科學中來，形成了我們稱為空間信息可視化的技術(shù)，它集成了多個相關(guān)學科的經(jīng)驗和知識，如計算機科學、現(xiàn)代地圖學、認知科學、地理信息系統(tǒng)等，同時，它的發(fā)展也將極大促進相關(guān)學科的發(fā)展1，尤其是它對地圖和地圖學的影響值得關(guān)注。2 空間信息可視化的概念模型可視化（Visualization）原本的意思是“將客觀現(xiàn)實構(gòu)成人腦意象的方法和過程，或?qū)Σ豢芍苯?/p>

3、察覺的某種東西進行直觀表示”。隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，可視化又被理解為將原始模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可顯示的圖像的過程，其轉(zhuǎn)換的目的在于將信息轉(zhuǎn)變成可被人類感知系統(tǒng)理解的某種形式。1987年，美國科學基金會的一份報告中給科學計算可視化下了一個比較完整的定義，即“可視化是一種計算方法，它將符號或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的幾何圖形，便于研究人員觀察模擬和計算。可視化包括了圖像綜合，這就是說，可視化是用來解釋輸入到計算機中的圖像數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?fù)雜的多維數(shù)據(jù)生成圖形、圖像的一種工具，它主要研究人與計算機怎樣協(xié)同性的感知、使用和傳輸視覺信息”。這一定義主要側(cè)重于科學計算中復(fù)雜數(shù)據(jù)的計算機圖形處理與表達，強調(diào)了視覺信息的感知

4、行為是科學計算可視化的主要研究內(nèi)容2。）博士對地圖可視化提出了獨到的見解，他將地圖信息傳輸模式歸結(jié)為由形式化、認知與傳輸構(gòu)成的一個等邊三角形（如圖1.1），并指出可視化將是現(xiàn)代地圖學的核心，它位于等邊三角形的中心，認知和傳輸模型是地圖可視化的重要內(nèi)容，而實現(xiàn)直觀化操作的基本手段則是計算機技術(shù)和多媒體技術(shù)3。我國地圖學家高俊院士非常重視可視化技術(shù)在地圖學中的應(yīng)用，率先將虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)引入到地圖學的研究中來，認為虛擬環(huán)境（賽博地圖，Cybermap）是空間信息可視化最有發(fā)展前景的新領(lǐng)域4。高俊院士根據(jù)數(shù)字化時代地圖學的新特點，提出了“地圖學四面體”的學科框架（見圖1.2），科學分析了實地地圖

5、數(shù)字地圖讀者兩兩之間的關(guān)系5。從中可以看出，數(shù)字地圖地圖、數(shù)字地圖讀者的關(guān)系中的基本紐帶是可視化技術(shù)。關(guān)于空間信息可視化的概念，MacEachren(1992)定義為：運用確定的視覺表達使空間情況和問題可視化，從而最大限度地發(fā)揮人的與視覺相關(guān)的信息處理能力6。DiBiase提出了一個基于地圖的地理可視化概念模型7（見圖1.3）。他認為可視化研究過程分為兩個階段，前期包括地理數(shù)據(jù)可視化探索、形成假設(shè)并可視化確認，側(cè)重于個人的視覺思維；后期可視化綜合，合成至最后結(jié)果的可視化表達，側(cè)重于研究結(jié)果的公眾交流與傳輸（傳播）。 圖1.1 地圖信息傳輸與認知模式 圖1.2 地圖學四面體圖1.3 地圖可視化的

6、概念模型 王建華對空間信息可視化給出了一個描述性定義2，他認為：“空間信息可視化是一門基于科學計算可視化、地圖學、GIS和人類認知科學等，為識別、解釋、表現(xiàn)和傳輸目的而直接表示空間環(huán)境信息的工具、技術(shù)和方法的學科。它的研究內(nèi)容包括了空間客體信息的創(chuàng)建、組織、理解及表示的計算、認知和圖形設(shè)計等幾個主要部分，其結(jié)果可以被符號化、圖形化、形象化、而且區(qū)別于那些文字和公式化的表述” ?！皬恼J知科學和視覺思維的角度出發(fā)，又可把空間信息可視化理解為：為人類感知空間環(huán)境信息和視覺思維信息而進行的可視圖形的表示過程、方法和工具，它著重研究使計算機與空間信息理解、表達和傳輸之間相互協(xié)調(diào)的人與計算機的機理” 。3

7、 空間信息可視化的目的和作用 筆者認為，除了數(shù)學基礎(chǔ)之外，利用抽象化和圖形化的地圖符號經(jīng)過綜合取舍地傳輸空間信息，是地圖的根本職能和本質(zhì)特點，是地圖區(qū)別于其他類型的信息傳輸（如語言、音樂）或者說是地圖學區(qū)別于其他學科而獨立存在的根本要因。所以，地圖本來就是空間信息可視化的產(chǎn)品，地圖的制作過程本來就是空間信息可視化的過程?，F(xiàn)代技術(shù)條件下的可視化概念是相應(yīng)于數(shù)字化而提出和存在的，是數(shù)字制圖和GIS技術(shù)發(fā)展到一定階段后必然涉及到的重要課題?？臻g信息的數(shù)字化與可視化之間存在著既對立、又統(tǒng)一的矛盾運動。以數(shù)字制圖為例，空間信息的加工經(jīng)歷了圖1.4所示的三個階段。其中，AB是數(shù)字化的過程，即向電腦輸入信息

8、的過程，并通過數(shù)據(jù)處理形成存在于電腦的虛地圖數(shù)字地圖，它可以起到類似于人腦中的虛地圖心象地圖的作用，既可用于空間信息的加工（分析、計算等），也可用于引導機器的行為（如自動導航、匹配制導等）； BC的過程是可視化的過程，即用于向人傳輸信息，使人通過視覺感受形成心象地圖，并進而進行空間認知的思維加工或引導人的行為。圖1.4 數(shù)字化與可視化的關(guān)系 空間數(shù)據(jù)可視化的作用，主要在于發(fā)揮人在空間信息認知中的地位和作用。盡管計算機在距離、面積、坡度等計算方面比人腦精確而迅速，但人在拓撲關(guān)系把握、空間現(xiàn)象的聯(lián)想能力、對事物和現(xiàn)象本質(zhì)特性的抽象和內(nèi)在規(guī)律的發(fā)現(xiàn)方面的思維能力，是計算機難以做到的，更不用說創(chuàng)造力方

9、面了?？梢暬哪康目梢愿爬閮蓪右馑迹旱谝?，將空間數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用（如地圖制圖、GIS分析結(jié)果的輸出等）的結(jié)果以可視化的方式傳輸給人，由人檢驗其正確性，正確則接受，錯誤則否定或修正。這時，人是評判者；第二，以可視化的圖形圖像這類可感知的方式顯示或輸出空間信息（如制成地圖或提供可視的虛擬場景），人們以此為工具通過視覺傳輸和空間認知活動，去探索空間事物的分布及其相互關(guān)系，以獲取有用的知識，并進而發(fā)現(xiàn)規(guī)律。這時，人是使用者?？傊梢暬淖饔米罱K仍然是要利用或發(fā)揮人腦的形象思維能力，并激發(fā)相關(guān)的創(chuàng)造力。只要人腦的作用不被取代，空間數(shù)據(jù)可視化（尤其是地圖）的作用也就不可避免的受到重視。 在數(shù)字化時代，可

10、視化的概念與常規(guī)的地圖制圖可視化操作方式相比有了全新的發(fā)展。對地圖學家來說，這種技術(shù)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的符號化及視覺變量表示法的水平，而進入了在動態(tài)、時空變換、多維的可交互的地圖條件下，探索空間信息傳輸?shù)挠行Х绞胶吞岣咭曈X感受功能的新階段。新的可視化技術(shù)的引用，使地圖面貌發(fā)生了前所未有的變化。例如，多媒體電子地圖集圖形、圖像、文字、聲音、視頻影像等于一體，三維動態(tài)地圖可充分顯示地面的立體景觀并展示事物和現(xiàn)象隨時間變化的特征，進而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可營造一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺和嗅覺的可感知和“可進入”的環(huán)境，給人一種身臨其境之感。這樣，就大大擴展了地圖的信息傳輸功能，有力地提高了人們空間

11、認知的能力和水平?？梢暬闹匾庍€在于，它可以將那些通常難以設(shè)想或難以接近的環(huán)境和事物，以動態(tài)直觀的方式表示出來（借助專題制圖的表現(xiàn)手法，但超過了專題制圖的表現(xiàn)水平），有助于人們研究客觀存在和各種自然、社會現(xiàn)象和空間分布，獲取新知識，并進而發(fā)現(xiàn)以往難以找到的規(guī)律8910。4 空間信息可視化的技術(shù)、產(chǎn)品及工具4.1 可視化技術(shù)的基本方法可視化的基本包括點數(shù)據(jù)場的可視化、標量數(shù)據(jù)場的可視化、矢量數(shù)據(jù)場的可視化、張量場數(shù)據(jù)的可視化及其他相關(guān)可視化技術(shù)2。 （1）點數(shù)據(jù)場的可視化 點數(shù)據(jù)場可視化的實質(zhì)是將N維空間中的點集投影并顯示在二維平面上。比較常見的是一維、二維、三維空間點數(shù)據(jù)的可視化處理，通過

12、簡單的數(shù)學模型或某些投影方法可以將相關(guān)數(shù)據(jù)表示在二維平面上。對于三維數(shù)據(jù)，可以生成計算機屏幕上的假三維立體圖，并可通旋轉(zhuǎn)控制操作，實現(xiàn)空間對象不同角度的顯示。對于四維或更高維點數(shù)據(jù)場，通常采用Andrews提出的曲線分解模型進行可視化處理?；驹硎菍(N4)維空間中的N個分量值（F1,F2,F3,Fn）用一個函數(shù)f(t)表示： 將f(t)函數(shù)在范圍內(nèi)的曲線繪制在二維平面上，也就是將N維點用一條形狀相似的曲線來表示，通過比較一組曲線，來確定N維點數(shù)據(jù)集中所含的不同信息。 （2）標量場數(shù)據(jù)的可視化 標量場數(shù)據(jù)的可視化是目前空間數(shù)據(jù)可視化中研究和應(yīng)用最多的可視化方法，圖形、圖像的顯示技術(shù)等都是基

13、于標量場數(shù)據(jù)的可視化方法來實現(xiàn)的。 一維標量場數(shù)據(jù)比較簡單，可采用插值函數(shù)（如三次樣條插值函數(shù)）來實現(xiàn)可視化?？臻g數(shù)據(jù)處理中的二維標量場包括平面網(wǎng)格點數(shù)據(jù)和不規(guī)則亂點數(shù)據(jù)，為了實現(xiàn)二維場數(shù)據(jù)的可視化，也需要擬構(gòu)相應(yīng)的插值函數(shù)。對于平面網(wǎng)格點數(shù)據(jù)，可采用雙線插值函數(shù)或雙三次插值函數(shù)，其基本形式如下： (雙線插值函數(shù))，0x,y1 (雙三次插值函數(shù))在空間數(shù)據(jù)處理中，常用的雙三次插值函數(shù)是Bezier函數(shù)12。 對于不規(guī)則的散亂點數(shù)據(jù)，可以先將其劃分為若干三角形或六角形格網(wǎng)等，然后再對格網(wǎng)上的點數(shù)據(jù)采用雙線插值或雙三線插值函數(shù)進行處理?？臻g數(shù)據(jù)處理中的DEM數(shù)據(jù)是不規(guī)則散亂點數(shù)據(jù)場處理較典型的應(yīng)用

14、實例。 三維標量場數(shù)據(jù)的可視化則采用曲面構(gòu)造法來實現(xiàn)，其基本原理是：將函數(shù)值作為空間第三維數(shù)據(jù)，利用某種曲面模型對點集擬構(gòu)一張逼近曲面，將該空間曲面投影到平面上，并通過紋理、明暗處理及旋轉(zhuǎn)變換等來實現(xiàn)第三屬性的顯示，甚至可以利用動畫技術(shù)實現(xiàn)第三維屬性的連續(xù)現(xiàn)實。 （3）矢量場的可視化 矢量是一種既有大小又有方向的量綱，對于矢量場的可視化應(yīng)當將矢量的大小和方向都能夠同時顯示出來。在空間信息處理中，矢量場的可視化通常有兩種基本技術(shù)，一種是將矢量場按一定方向進行分組，獲得N個組的分量值，然后借助于標量場數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)顯示每一分量的分布；另一種方法是直接對矢量的大小和方向同時進行顯示。根據(jù)空間數(shù)據(jù)處

15、理的特點和可視化的基本技術(shù)，矢量場數(shù)據(jù)的幾何圖形表示方法通常包括點場數(shù)據(jù)表示、線場數(shù)據(jù)表示和面場數(shù)據(jù)表示等三種。（4）張量場數(shù)據(jù)的可視化三維空間的一個二階張量可以表示為一個3×3矩陣，因此，一個張量場是由二維或三維場中一系列類似的矩陣組成。對三維空間的二階張量分布，Haber提出了一個方法。該方法首先求出張量的特征值和特征方向量，根據(jù)特征值的大小分出主特征方向、次特征方向和最小特征方向。具體算法見文獻12。（5）其他可視化技術(shù)和方法通常用到的還有圖像處理技術(shù)、動畫技術(shù)和交互技術(shù)。圖像處理主要用于高密度點的標量場數(shù)據(jù)分布，相關(guān)技術(shù)包括圖像增強、圖像特征提取和圖像分割等。動畫技術(shù)可以表達

16、第四維信息，特別是對于表示隨時間變化的物理場非常有效，其基本原理是通過一組圖像序列來顯示連續(xù)的物理場變化，常用的技術(shù)是關(guān)鍵幀方法。交互技術(shù)在可視化中具有非常重要的地位，許多數(shù)據(jù)的特點只有通過交互才能感知到。交互技術(shù)包括與數(shù)據(jù)的交互、與圖形的交互和與可視化參數(shù)的交互等。4.2 空間信息可視化的基本過程空間信息可視化的基本過程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)構(gòu)模、計算機圖形生成、圖形輸出等步驟。（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理空間信息可視化處理的數(shù)據(jù)對象主要包括數(shù)值（屬性）數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)預(yù)處理就是對這些數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)變換（投影變換、幾何變換、坐標變換等處理）、數(shù)據(jù)壓縮與解壓、圖像分割與邊沿檢測、

17、圖像提取、圖像增強、圖像濾波、圖像平滑處理等，以滿足可視化圖形、圖像生成的需要。（2）數(shù)據(jù)構(gòu)模主要是針對不同的數(shù)據(jù)處理對象、不同的用戶需求，選擇或設(shè)計不同的數(shù)學模型或算法，對預(yù)處理的結(jié)果進行可視化預(yù)處理，如生成二維、三維或四維時空數(shù)據(jù)以及表面重構(gòu)等，其核心技術(shù)是前面所述的幾種可視化基本方法。（3）計算機圖形生成即利用計算機圖形學技術(shù)將各種數(shù)據(jù)生成直觀、易讀的計算機圖形，也包括圖像的明暗、陰影和紋理映射處理等13。 （4）圖形輸出 即將可視化處理的結(jié)果按用戶要求顯示在計算機屏幕上，形成二維、三維或四維直觀化圖形、圖像；或者將生成的可視化圖形直接打印出來，生成硬拷貝圖；還可以輸出印刷用制版膠片或印

18、版，用于大量印刷復(fù)制；也可以轉(zhuǎn)換為其他相關(guān)系統(tǒng)可讀的可視化數(shù)據(jù)文件。4.3 空間信息表達的基本方式空間信息的表達方式取決于技術(shù)的發(fā)展水平，其主要目的是為了揭示空間信息的基本特征及其規(guī)律，可歸納為如下幾類。（1）圖形主要是地圖圖形是表示空間信息的一種直觀有效的方法，是空間信息可視化的重要手段。（2）圖像是空間環(huán)境現(xiàn)象或事物的真實縮影。（3）視頻圖像是空間環(huán)境現(xiàn)象或事物的真實寫照。（4）三維圖像或三維動畫是計算機屏幕上的真三維空間實體的圖形表達或基于四維時空的動畫圖像，它們能夠更加形象、逼真的表示客觀世界的現(xiàn)實情況。（5）文本描述包括數(shù)字和文字描述。用于描述空間現(xiàn)象或事物的數(shù)量、質(zhì)量、等級、名稱、

19、類型等特征，或加以注解和說明。（6）統(tǒng)計圖表主要用于表示空間信息的數(shù)值總量、分布規(guī)律、結(jié)構(gòu)等。也可用于表示非定位空間信息的多維結(jié)構(gòu)特征和時序變化特征。（7）音頻可以直接描述、解說空間環(huán)境信息，發(fā)揮人的聽覺系統(tǒng)的作用，可以作為空間信息可視化的輔助表現(xiàn)形式。（8）虛擬現(xiàn)實是一種更為真實的表現(xiàn)客觀世界的可視化技術(shù)，借助相應(yīng)的設(shè)備和裝置，使用戶有身臨其境之感。4.4 空間數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品的類型根據(jù)空間信息的特征及可視化技術(shù)和方法，可以將空間數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品歸結(jié)為如下幾類。（1）紙質(zhì)地圖 以紙張為載體的地形圖、專題地圖、地圖集等種類繁多，應(yīng)用極為廣泛，它們既是傳統(tǒng)地理空間信息的表達工具，同時也是計算機環(huán)境下

20、空間信息可視化的一種重要而基本的可視化產(chǎn)品類型。因其具有便于攜帶、使用方便、可以制成較大幅面（便于感知更大區(qū)域內(nèi)的空間現(xiàn)象和事物之間的關(guān)系）、顯示方式比較符號人們的閱讀習慣等優(yōu)點，長期以來是地圖的主要產(chǎn)品類型。雖然電子地圖等計算機環(huán)境下新的地圖品種表現(xiàn)出了很強的優(yōu)勢和活力，但對紙質(zhì)地圖的需求和紙質(zhì)地圖的出版并未因此而萎縮。在新的技術(shù)條件下，紙質(zhì)地圖的出版主要計算機制圖軟件完成數(shù)據(jù)處理和制圖，由電子出版系統(tǒng)完成印前處理，最后通過打印機、膠片（印版）輸出機或數(shù)字印刷機實現(xiàn)“所見即所得”的輸出。（2）電子地圖和多媒體電子地圖 電子地圖是基于計算機數(shù)字處理和屏幕顯示的地圖。它是空間數(shù)據(jù)可視化的主要產(chǎn)品

21、形式之一，大部分的空間客體信息進入計算機后都能夠以電子地圖的形式直觀地顯示在計算機屏幕上，供用戶查閱。電子地圖的主要特點是制作靈活、形式多樣、色彩豐富、修改方便、動態(tài)和實時顯示等。目前，光盤電子地圖已經(jīng)可以作為地圖出版的產(chǎn)品形式之一面向用戶發(fā)行。 多媒體地圖是集文本、圖形、圖表、圖像、聲音、動畫和視頻等多種表現(xiàn)媒體和表現(xiàn)形式于一體的新型電子地圖，是空間信息可視化的一種非常重要的產(chǎn)品形式。 （3）三維地圖和賽博（Cybermap）地圖 三維地圖是在二維平面地圖的基礎(chǔ)上增加了高度和紋理信息的新型地圖。它通常顯示于計算機屏幕上、地理實體具有高程信息和表面紋理特征、并通過光照模型使人們看上去具有較強的

22、立體感。也可以對對象進行旋轉(zhuǎn)操作，便于從不同角度觀察空間現(xiàn)象和地理實體。 三維地圖可進一步拓展為賽博（Cybermap）地圖。即利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在數(shù)字地圖或空間數(shù)據(jù)庫支持下構(gòu)建一種虛擬環(huán)境，人可以“進入”虛擬環(huán)境并實現(xiàn)以視覺為主，包括體位、聽覺的全方位交互，這是空間信息可視化最有發(fā)展前景的新領(lǐng)域5。（4）其他產(chǎn)品類型 空間數(shù)據(jù)可視化的其他產(chǎn)品類型還包括遙感影像和影像地圖、表現(xiàn)四維時空變換的地圖、交互式的可視化界面等。4.5 空間數(shù)據(jù)可視化的基本工具根據(jù)上述空間數(shù)據(jù)可視化的特征和類型分析，具體實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)可視化的工具和手段可歸納為如下幾類。（1）地圖制圖與電子出版系統(tǒng)常用的數(shù)字制圖與出版

23、軟件及其相關(guān)系統(tǒng)，是實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)可視化的傳統(tǒng)的和重要的工具，包括地形圖和專題圖的制作、地圖的輸出等。借助這類軟件和系統(tǒng)（如地質(zhì)大學最早開發(fā)的MAPCAD制圖軟件和地圖出版系統(tǒng)現(xiàn)在已發(fā)展成為MAPGIS地理信息系統(tǒng)軟件平臺、北大方正的方正智繪數(shù)字地圖制圖出版系統(tǒng)、美國INTERGRAPH公司開發(fā)地圖制圖出版系統(tǒng)、比利時的BARCO公司的制圖系統(tǒng)、ArcInfo推出的ArcGIS Desktop、Bentley公司推出的MicroStation），可以將地形圖數(shù)據(jù)經(jīng)過符號化及交互編輯處理后顯示于計算機屏幕上，也可以將統(tǒng)計數(shù)據(jù)制成直觀易讀的專題地圖，從而形成空間數(shù)據(jù)可視化的產(chǎn)品形式之一電子地圖。然后

24、，在借助電子出版系統(tǒng)的圖像處理軟件和圖像輸出技術(shù)，還可以生成硬拷貝紙質(zhì)地圖，或者生成地圖分色制版膠片（或印刷版）用于大量印刷出版紙質(zhì)地圖，也可以直接連接數(shù)字印刷設(shè)備批量生產(chǎn)紙質(zhì)地圖。紙質(zhì)地圖是傳統(tǒng)的、有效的、使用非常廣泛的空間信息可視化形式，新技術(shù)的發(fā)展并不排斥紙質(zhì)地圖的出版和應(yīng)用。（2）空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和空間信息系統(tǒng)（GIS）軟件 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶界面是使一種可視化的操作界面，系統(tǒng)軟件具有圖形生成和基本的符號化功能，以便于用戶主動地、直觀地操縱和使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)?？臻g信息系統(tǒng)（GIS）軟件實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)綜合處理的專用軟件，通常具有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理功能、圖形生成功能、空間數(shù)

25、據(jù)的計算和分析功能，以及對分析結(jié)果的可視化表達功能，因此它也可以作為空間信息可視化的一種主要工具。（3）三維模型制圖軟件借助于這一類軟件（如AutoCAD、3D Studio、3D Studio MAX）可以實現(xiàn)逼真的三維模型，建立具有真彩色、紋理和明暗對比的直觀化模型，進而可生成三維景觀圖、透視圖、斷面圖乃至動畫等空間信息可視化產(chǎn)品。將這類軟件與數(shù)字地圖制圖軟件相結(jié)合，可用于三維地圖制圖或三維GIS系統(tǒng)。（4）多媒體地圖系統(tǒng) 是一種基于多媒體計算機技術(shù)的地圖制圖和管理的信息系統(tǒng)。借助這種系統(tǒng)，用戶可以任意地輸入、產(chǎn)生、操作和輸出多媒體信息，從而直觀、形象、真實、綜合地表示和傳輸空間環(huán)境信息，

26、從而生成多媒體電子地圖。（5）虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種由計算機生成的高級人機交互系統(tǒng)，或稱為人造環(huán)境，它是一個以視覺為主，也包括聽覺、觸覺、嗅覺的可感知的環(huán)境。在該環(huán)境中，操作者借助于頭盔、數(shù)據(jù)手套、操縱桿等可以自由控制系統(tǒng)環(huán)境，進行觀察、觸摸、操作、檢測等試驗，使操作者有身臨其境之感。將這種技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)可視化，可以生成賽博地圖。5 地圖與空間數(shù)據(jù)可視化的關(guān)系 通過分析了空間數(shù)據(jù)可視化的方式、方法、產(chǎn)品形式和基本工具手段等，使我們對于地圖與空間數(shù)據(jù)可視化之間的關(guān)系能夠有一個基本的認識。我們可以看到，空間信息（數(shù)據(jù)）可視化并沒有改變“地圖作為空間信息

27、認知的工具（而且是最為有效的工具）”這一基本事實。地圖是空間數(shù)據(jù)可視化的最為有效的表達形式，是空間數(shù)據(jù)可視化的基本產(chǎn)品類型。因為，一個有效的關(guān)于空間信息的可視化表達形式，離不開嚴格、準確的數(shù)學基礎(chǔ)（投影方式及坐標系統(tǒng)），或多或少的都要對空間現(xiàn)象和地理實體進行綜合取舍地表示，更不能拋開利用經(jīng)過抽象的符號體系表達空間實體的方法，而滿足這些條件的可視化結(jié)果，顯然在地圖定義的范疇之內(nèi)，仍然應(yīng)當成為地圖。例如，多媒體地圖是在原有的地圖和地圖符號表示法的基礎(chǔ)上，增加了圖像、聲音、動畫等這借助多媒體技術(shù)的表示方法而已，這些技術(shù)只是擴展了地圖對空間信息的表達和傳輸功能，輔助提高空間信息認知的效果；三維地圖的生

28、成，是在二維平面地圖的基礎(chǔ)上增加高度和紋理信息，并三維建模技術(shù)使原有的地圖符號具有立體效果，也沒有改變地圖的本質(zhì)特征；利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成的虛擬地理環(huán)境，也需要以地圖數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，既保留了地圖的數(shù)學基礎(chǔ)，也離不開空間現(xiàn)象或地理實體的綜合取舍，只是在符號體系方面采用了形象化的表達方式，或者說是采用了形象和抽象結(jié)合的方式，所以，它仍然屬于地圖，目前被稱為賽博地圖?？梢?，空間信息可視化的概念雖然包含了嚴格的地圖定義之外的表達空間信息的方式和手段，使地圖的概念得以擴展，使地圖的表現(xiàn)形式更加多樣，但它并沒有改變地圖最根本的特質(zhì)和功能，絲毫沒有降低地圖的地位和作用。任何地圖表示法之外的關(guān)于空間信息的有效表示方法，要么可以引入到地圖符號系統(tǒng)或地圖表示法中來，要么只能作為空間信息認知的輔助手段。因此，我們認為地圖是空間信息可視化和空間信息認知的最為有效的形式，不滿足地圖定義的任何其他空間信息可視化方式，也許永遠不能成為空間信息認知的主流。所以，不管技術(shù)如何發(fā)達，地圖將永遠存在下去，正如陳述彭院士所說：“地圖是永生的”。從這方面看，可視化技術(shù)是地圖表現(xiàn)的手段和工具。這就是不能用空間信息可視化取代地圖這一名詞的原因。6 結(jié)論 通過上述討論，得出的結(jié)論是：地圖是空間信息傳輸和認知的最為有效的工具；地圖是空間信息可視化最為有效的形式；可視化技術(shù)為地圖更好的表達空間信息提供了新的技術(shù)手段。數(shù)字時代