第六章 空间信息的可视化
本章概述：地理空间中的信息具有广阔的范畴，丰富的内容和复杂的结构。为了系统而又本质地表述、传输和使用地理空间信息，必须把握住它们的基本特征，可视化能够全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们，因此空间信息从来离不开可视化；而可视化技术成为空间信息阅读、理解进而交互作用最重要的工具手段。
§6.1 空间信息与可视化
讲述空间信息的所具有的空间、时间、属性和多媒体等基本特征；信息可视化的意义及应用领域；空间信息可视化的形式。
§6.2 地图语言与符号库
讲述地图语言的特征；地图符号的功能与分类、分级；地图符号的设计以及矢量栅格地图符号库的建立。
§6.3 空间数据的可视化
讲述从地图数据库中获取数据，经过预处理后的根据需要配置矢量或者栅格符号符号化，并介绍地图符号配置的详细算法，最后讲述地图数据可视化后的输出。
§6.4 电子地图
讲述电子地图（集）的基本特征与设计目标，电子地图系统的结构和开发技术，并以万像GIS为例，讲述了电子地图开发的若干技术。
§6.5 动态地图
自然界和人类社会的很多现象都具有移动变化的特征，用动态地图可以很好地表现这些动态度过程。讲述动态地图的特征、作用、表示方法及设计。
§6.6 虚拟现实技术的空间
信息技术的发展为人们提供了更好的人机交互方式，其中虚拟现实是一种在GIS中有着重要价值的交互方式。讲述VR技术的系统结构、意义及在应用，最后介绍了GIS的虚拟现实技术。
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§6.2 地图语言与符号库
空间信息可视化对于地学信息而言有多种形式，而其中最重要的一种形式便是地图，它是地学信息的图形符号模型。地图所反应的是地学领域的事物和现象、地学实体，它的空间尺度相对于人类的一般活动是宏观的或相当的。它虽然反映的是环境空间中地学实体的集合，但它本身是观念的产物，是对客观的一种模拟，即是模型。它不是数学模型，也非物理模型，这种模型是对地学客体集合的时、空、质、数客观特性的全面抽象，而非单一抽象。例如"井"，单纯的空间抽象只是数学空间的点或面，单纯的质量抽象只是供人、畜饮用的点状水源，而地图上的"井"，则把空间、时间、质量和数量都统一表达了。抽象程度由人们的认识水平和可视化的主题而定。抽象可以是逐次的、渐进的。正确而适度的抽象这是地图的科学水平。地图还具有形象、生动的特点，这是由于它采用了彩色图形符号，这是人们传递信息的信号或工具。统一、协调、美观的符号系统，这是地图的艺术水平。地图是环境空间中地学客体集合的质、数、时、空特征全面抽象后的图形符号模型。也可以说地图是图形符号的空间集合，图形符号是地图的语言。
本讲主要讲述地图语言与地图色彩、地图符号与地图符号库和汉字库与色彩库的基本知识。
一、地图语言与地图的色彩
地图，是一种信息的传输工具。它实现了从制图的地理环境到用图者认识的地理环境之间的信息传递。其间，地图语言就是地图作为信息传输工具不可缺少的媒介。在地图语言中，最重要的是地图符号及其系统，被称之为图解语言。同文字语言相比，图解语言更形象直观，一目了然，即可显示出制图对象的空间结构，又能表示在空间和时间中的变化。地图注记亦是地图语言的组成部分，它借用自然语言和文字形式来加强地图语言的表现效果，完成空间信息的传递。它实质上也是符号，它与地图符号配合使用，以弥补地图符号之不足。地图色彩是地图语言的一个重要内容。它除了有充当地图符号的一个重要角色之外，还有装饰美化地图的功能。另外，地图上可能出现的"影像"和"装饰图案"，它们虽不属于地图符号的范畴，但也是地图语言中不可缺少的内容。地图的"影像"，它是空间信息特征的空间框架；"装饰图案"多用于地图的图边装饰。它可以增加地图的美感，并且可以烘托地图的主题。
色彩是地图语言的重要内容。地图上运用色彩可增强地图各要素分类、分级的概念，反映制图对象的质量与数量的多种变化；利用色彩与自然地物景色的象征性，可增强地图的感受力；运用色彩还可简化地图符号的图形差别和减少符号的数量(例如，用黑、棕、蓝三色实线表示道路、等高级和水涯线)；运用色彩又可使地图内容相互重叠而区分为几个"层面"，提高了地图的表现力和科学性。
二、地图符号(库)的功能、分类和设计
地图符号是在地图上用以表示各种空间对象的图形记号，或者还包括与之配合使用的注记。地图符号对表达地图内容具有重要的作用。它是地图区别于其他表示地理环境之图像的一个重要特征。高质量的地图符号是丰富地图内容、增强地图的易读性和便于地图编绘的必要前提。使用地图符号不仅能反映制图对象的个体存在、类别及其数量和质量特征，而且通过它们的联系和组合，还能反映出制图对象的空间分布和结构以及动态变化。地图符号有两个基本功能，首先是它能指出目标种类及其数量和质量特征；其次是它能确定对象的空间位置和现象的分布。
根据约定性原理，采用演绎的方法可将地图符号区分为：点状符号、线状符号和面状符号。
地图符号的设计质量将直接影响地图信息的传递效果。设计地图符号，除优先考虑地图内容各要素的分类、分级的要求外，还应着重顾及构成地图符号的6个图形变量，即：形状、尺寸、方向、亮度、密度和色彩，如图6-2-1所示。其中，尤以图形的形状、尺寸和色彩最为重要，被传统的地图符号理论称之为地图符号的三个基本要素。
图6-2-1 地图符号的类别和图形变量的作用效果
地图符号按符号的生成方式分为矢量符号和栅格符号，对应有不同的制作方法。地图符号库设计应该遵循以下基本原则：
1．对于国家基本比例尺地图，图形符号颜色、图形、符号含义与匹配比例尺，应尽可能符合国家规定图式；
2．专题地图部分，尽可能采用国家及整个符号部门标准，有益于标准化、规范化；
3．新设计符号应遵循图案化及整个符号系统逻辑性、统一性、准确性、对比性，色彩象征性，制图和印刷可能性等一般原则。
三、汉字库与色彩库
在空间信息的可视化过程中，除了用图形符号外，还须要各种包括汉字、外文字母、数字等信息的注记库，或简称汉字库。这些注记信息实质上同点状符号是一样的，也分为矢量库和栅格点阵库。其使用也与点状符号库一样。随着计算机的硬软件发展，尤其是Windows系列中文操作系统的推出与使用。除传统的矢量库和栅格库外，又推出了质量优越，使用方便，规模宏大的True Type字库。使字库技术达到一个新的水平。
色彩是表示和传递信息的有力工具，为优化色彩的表现手段，便于再生及批量复制，必须把色彩进行数字表达并建立色彩数据库。它管理和记录两类数据：(1)现有专题地图色谱中叠色系统和连续色表的色度数据；(2)设计颜色的色度数据和处理数据记录。一般色彩库可采用多媒体数据库管理，直接在库中加入色样。并按各种数据域及组合进行索引，便于查阅、参考。