第二讲-电子地图可视化

电子地图可视化工程主讲人：蔡忠亮武汉大学资源与环境科学学院第二讲电子地图可视化地图可视化实质地理实体可视化形式图解促进信息传输空间认知符号地图可视化实质PostedonNovember7,2011byAndyWoodruffGIScience,SRES,WuhanUniversityGIScience,SRES,WuhanUniversityGIScience,SRES,WuhanUniversity2.1科学计算可视化的基本概念2.1.1科学计算可视化的概念可视化是一种计算方法，它将符号或数据转换为直观的几何图形，便于研究人员观察其模拟和计算过程。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多维数据中生成图像，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（McCormicketal.，1987）。2.1科学计算可视化的基本概念2.1.2科学计算可视化的意义数据的处理速度快；实现人与人和人与机之间的图象通讯；对计算过程和结果进行控制；可提供多种可视化技术手段；2.1.3科学计算可视化的过程过滤映射绘制反馈2.2.1空间信息及其表现方法空间信息可视化研究的内容包括空间实体信息的创建、组织、理解和表示的计算、认知和图形设计等几个主要部分，其结果可以被符号化、图形化、形象化，而且区别于那些文字和公式化的表达。2.2.2空间信息可视化2.1科学计算可视化的基本概念2.2电子地图的可视化理论2.2.3地图可视化地图可视化成为GIS和地图学领域中被关注的主要焦点之一。ICA于1995年成立可视化委员会（CommissiononVisualization）；可视化成为1999年渥太华ICA会议的主要议题之一；Philbrick（1953）提出地图可视化的概念；DiBiase（1990）提出了地理可视化的框架；Taylor（1991）认为地图可视化是地图学重要理论基础；Buttenfield等（1991）从GIS的角度给出可视化的定义；MacEachren（1994）从地图应用角度理解地图可视化；高俊院士（1996）从认知角度研究了地图可视化理论；Kraak，Wood，Palmer，……地图可视化——以计算机科学、地图学、认知科学与地理信息系统为基础，以屏幕地图形式，直观、形象与多维、动态地显示空间信息的方法与技术。2.2.3地图可视化（科学探究工具论）DiBiase认为可视化在研究过程的早期侧重于个人特征的视觉思维，后期侧重于研究结果的公众交流与视觉传输。2.2电子地图的可视化理论2.2.3地图可视化（现代地图学核心论）可视化是现代地图学的核心，处在这个等边三角形的中心，传输和认知模型是地图可视化的重要内容。可视化仍然是地图核心，交互性和动态性在制图可视化研究中也显得越来越重要。2.2电子地图的可视化理论2.2.3地图可视化（地图应用论）地图应用的对象包括个人和公众；人—图交互水平有高有低；地图应用的目的是揭示未知与表达已知。信息传输（远角点）具有表达已知、面对大众、人—图交互作用较低的特点；可视化（近角点）则具有揭示未知、面对个人、人—图交互作用较高的特点。2.2电子地图的可视化理论2.2.4地图认知论对地图对象的认知。制图者认知模型读图者认知模型对表达事物和现象的认知，及内容表现形式的认知。地图认知指导选取地图信息指导地图载负量设计指导可视化界面设计2.2电子地图的可视化理论2.2.5地图信息传输论信息表现形式由单一化向多样化扩展；信息传输方式由静态向动态扩展；信息表现范围由二维向多维扩展；信息接收方式由被动向主动扩展；信息传输手段由常规向新技术扩展；信息传输途径由视觉向视、听、触等多种感觉形式扩展。传统的信息传输模型基于可视化的信息传输模型基于交互的信息传输模型2.2电子地图的可视化理论2.3电子地图的可视化研究框架2.3.1多媒体电子地图可视化特点直观性交互性动态性集成性多维性2.3电子地图的可视化研究框架2.3.2多媒体电子地图可视化研究框架SRES,WuhanUniversityCartographicInteractionInteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionAnalog/digitalmapsOverviewcompletelyunfoldingthemap.Panfoldandunfoldthemap,hidingandrevealingdifferentsubsections.Zoomcloserornearertoface.Link/relate/findReferencelegendsymbolandindextofindlandmark’sposition.Annotatedraworwritenotesonthemap.Collaborativeenvironmentmultipleusers.Select/highlightpointatalocationforanothertoview.Filteridentifyasubsetofimportanttopicstoidentifyonthemap.Re-do/re-visualizetheusermayforgetthedirectionsandtrytorecreatethewayfindingprocess.RobertE.Roth,DepartmentofGeography,PennStateUniversity,2009InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionMacEachren,1995;RobertE.Roth,2009InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009LevelsofCartographicInteraction.CartographicInteractioncanbeconceptualizedaccordingtoatleastfivelevels:(1)goals,(2)objectives,(3)operators,(4)userinputs,and(5)operandsInteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Inthecontextofexploratorygeovisualization,initialusergoalsareoftenopen-endedorpoorlydefined,andmayemergeastheuserisinteractingwiththemap.InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Objectivesaretheclearlydefinedtasksthatausermustcompleteinordertoachieveagoal.InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Operatorsaredigitaltoolsthroughwhichcartographicinteractionsaremadepossible.Operatorsgenerallyrelyupononeoffiveinterfacestyles:(1)directmanipulation,(2)menuselection,(3)formfill-in,(4)commandlanguage,and(5)naturallanguage(ShneidermanandPlaisant,2010).InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009MacEachren’ssixoperators:(1)assignment(changingthemappingofvariablestographiccomponents),(2)brushing(highlightingasetofentitiesinoneviewandobservingeffectsinlinkedviews),(3)focusing(limitingtheinclusionofdatainthelinkedviewstoaspecifiedvaluerange),(4)colormapmanipulation(assigningspecificcolorstoindividualobservationsorasubsetofobservationsfallingwithinaspecifiedrangeofvalues),(5)viewpointmanipulation(changingthesize,position,andorientationoftheinformationgraphiconscreen),and(6)sequencing(animatingtheviewsovertime).InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Thelowestlevelofconceptualizationcartographicinteractionisintermsoftheinputdevice:text-entry(i.e.,thekeyboard)andpointing(e.g.,mouse,multi-touchscreen,directionalpad,graphicstablet,joystick,touchpad,touchpoint,touchscreen,andtrackball).InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Operands:Information.InteractiveCartographyandVisualizationCartographicinteractionRobertE.Roth,2009Minimizationofthegulfofexecutionandgulfofevaluationareofequalimportanceforensuringsuccessfulcartographicinteraction.MapInteraction&TechniquesSRES,WuhanUniversityInteractiveCartographyandVisualizationMultiple,coordinatedviewsInteractiveCartographyandVisualizationBrushingInteractiveCartographyandVisualizationHighlightingInteractiveCartographyandVisualizationDataProbingandInfoWindowDesignInteractiveCartographyandVisualizationTheUserInterfaceWhatelementstoanimatedmap?SRES,WuhanUniversityElementsTemporalScaleandPaceAgoodtemporallegendhastocommunicatethreethin