摘要：可視化是在數(shù)字化的背景中產(chǎn)生的，其作用是在人機交互的情況下發(fā)揮人腦的形象思維功能。地圖本身就是可視化的產(chǎn)品,并在發(fā)展過程中形成了一系列的理論與 *** 。這些都自然地會成為地理空間數(shù)據(jù)可視化技術的基礎。地圖學也因可視化 *** 的提出而獲得新的動力。GIS也因可視化的支持而為研究者提供了促使邏輯思維與形象思維相結合的認知工具。

關鍵詞 ：地圖學；可視化；電子地圖；知識發(fā)現(xiàn)；數(shù)據(jù)挖掘

1地理空間數(shù)據(jù)可視化的概念和意義

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可視化（Visualization）在沒有成為信息技術專業(yè)術語之前，僅是形象化的一般性解釋，除了教育、訓練傳媒方面不時給以強調以外，在科技界并未引起多大的注意。它被賦以新的含義，并成為信息技術與各學科相結合的前沿性專題，是在數(shù)字化逐漸成為人類生存的重要基礎的新形勢下出現(xiàn)的事物。

20世紀80年代中后期，試圖以計算機模擬大腦的思維活動，即原稱為第五代計算機的研制工作面臨一些無法逾越的障礙潘云鶴院士認為，除了生理學家尚不能提供大腦的真實思維模型外，現(xiàn)行的馮。諾伊曼計算機也無法模擬人腦的并行性思維處理機能隨后的大型并行機模擬形象思維的研究也存在很多理論與 *** 上的困難！想用電腦替代人腦的愿望在近期還看不到實現(xiàn)的可能例如視覺模擬，想達到信息的實時處理，則待處理的比特量極大，眼下的計算機還無法實現(xiàn)。汪成為院士指出，人類是依靠自己的感知和認知能力，全方位地獲取知識的，是在多維化的信息空間中認識問題的。而現(xiàn)有的信息處理工具，尤其是數(shù)字計算機，只具有在數(shù)字化的單維空間中處理問題的能力，這就產(chǎn)生了人的認識空間與所用工具處理問題的 *** 空間不一致的矛盾。如果能建立一種以視覺為主的多維信息空間，在人機協(xié)作的環(huán)境中去處理問題，可能是一條有實際意義的途徑。

這期間很多學者從人工智能、認知科學、計算機技術和各自的學科領域也提出了數(shù)字化條件下，人的作用的發(fā)揮問題。1987年心理學家Larkin的研究從認知的角度較全面地解釋了世界性諺語“一個圖可抵一萬字”的道理。王玨、戴汝為在回顧人工智能發(fā)展史之后也提出走綜合集成之路的結論，認為建立人機協(xié)作的環(huán)境是今后的主要著眼點。大腦的功能再度引起了重視。

在另一條科學戰(zhàn)線上，隨著科技進步，人對自身的研究也在逐步深化。左、右腦具有不同分工的假說得到了證實。斯佩里(R.W.Sperry 1913-)因提出左、右腦的分工理論而獲得1981年諾貝爾醫(yī)學生理學獎。左腦支配右半身的神經(jīng)和感覺，主要完成語言、邏輯、代數(shù)的思考、認識和行為、運作條理性思維即邏輯思維；右腦支配左半身的神精和感覺，主要負責可視的、綜合的、幾何的和繪畫的思考、認識和行為，憑直觀看察事物，縱觀全局，把握整體，具有分類、空間認知、圖形圖像識別、繪畫的能力，運作形象思維。

右腦在創(chuàng)造性工作中有不可替代的作用。在創(chuàng)造性思維過程中，直覺和頓悟是創(chuàng)造的源泉，但它必須通過語言的描述和邏輯的論證才具有價值。左、右腦的這種協(xié)同是創(chuàng)造力真正的基礎。

這個理論與上述的計算機發(fā)展走綜合集成之路的結論是完全相符的。目前計算機能部分地代替人腦的功能，只是左腦的延伸和強化。因此，如何發(fā)揮右腦的作用以及如何將左、右腦更好地結合，就成了大家十分關注的問題。

1987年，美國國家科學基金會(NSF)也是在這一背景下，在前一年討論會的基礎上提出了一份關于優(yōu)先支持科學計算可視化(Visc)的報告，將以往十幾年發(fā)展中普遍碰到但概念不十分清晰的這一主題，界定在科學計算可視化的范圍內:“可視化是一種將抽象符號轉化為幾何圖形的計算 *** ，以便研究者能夠觀察其模擬和計算的過程和結果。可視化包括圖像的理解和綜合，也就是說，可視化是一個工具，用來解釋輸入計算機中的圖像數(shù)據(jù)和根據(jù)復雜的多維數(shù)據(jù)生成圖像。它主要研究人和計算機怎樣協(xié)調一致地接受、使用和交流視覺信息”這一舉措引起了各學科的科學家和產(chǎn)業(yè)界的注意，起了導向的作用。各廠家很快推出了可視化軟件，研究工作也不斷深入。

在地圖學領域內，這個時期也正值建立地圖數(shù)據(jù)庫、影像數(shù)據(jù)庫的 *** ，數(shù)字化技術正在改變傳統(tǒng)地圖的面貌。對用戶來說，面對的將是大量的空間數(shù)據(jù)和怎樣處理這些數(shù)據(jù)的問題，習慣于依靠視覺感知在地圖上做規(guī)劃，或擬制作戰(zhàn)方案的人員適應不了把這種決策性的工作在“看不見”的狀態(tài)下都交給計算機去做，自己只等結果的被動局面。空間數(shù)據(jù)可視化的提出正好解決了這個新問題，人在計算機輔助的條件下仍然扮演主角。

對制圖人員來說，在傳統(tǒng)地圖學的實踐中所培養(yǎng)的如圖形理解、心象構成、地圖分析、地圖設計等能力，在可視化的條件下仍然有用武之地，地圖工作者創(chuàng)造性的形象思維，在新的水平上再次受到重視。

對數(shù)字地圖來說(這里將存儲于數(shù)據(jù)庫中的有組織的空間數(shù)據(jù)稱為數(shù)字地圖[10])可視化大大擴充了地圖的家族，出現(xiàn)了電子地圖、動態(tài)地圖、賽博地圖(Cybermap)[11]即虛擬環(huán)境等新的地圖式樣，空前擴大了地圖的功能。數(shù)字地圖的可視化技術也促進了地圖表示法的深化，在描述環(huán)境，解釋客觀規(guī)律上較之傳統(tǒng)地圖有重大的突破。可視化還密切了地理信息系統(tǒng)(GIS)與地圖學的關系，因為地理信息可視化的基本形式就是地圖。

正因如此，地理空間數(shù)據(jù)的可視化在一定意義上，就可以被看做是數(shù)字時代的地圖學。美國Ka nsas大學的Slocum去年出了一本書[8]，系統(tǒng)地介紹了這些觀點。可視化問題的提出，活躍了數(shù)字技術條件的測繪技術，并強化了以空間數(shù)據(jù)為基礎的各分支學科的聯(lián)系。

地理空間數(shù)據(jù)庫是國家的信息基礎設施的建設項目，為經(jīng)濟建設、國防安全和行政管理提供基本數(shù)據(jù)保障它的作用類似以前的國家基本地形圖，但又大大超出了地形圖的服務面。可視化技術主要為地理空間數(shù)據(jù)提供了兩方面的應用領域：一是為用戶提供過去沒有的空間認知工具，如電子地圖和虛擬環(huán)境等；二是可視化用于優(yōu)化更新數(shù)據(jù)庫本身，并強化數(shù)據(jù)的直接應用，如用于檢測數(shù)據(jù)精度，開發(fā)知識和數(shù)據(jù)挖掘（data mining）等。由空間數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)制作國家基本地形圖和各種地圖、地圖集，本應歸入可視化技術應用的重要領域，但這項業(yè)務是國家測繪主管部門的重要工作之一，是數(shù)字制圖包括數(shù)字航測制圖新技術的開發(fā)應用，本文就不再重復

2.1 電子地圖與動態(tài)地圖

電子地圖是地理空間數(shù)據(jù)或稱數(shù)字地圖最主要的一種可視化形式，通常顯示在屏幕上，計算機屏幕或是投影大屏幕。電子地圖具有傳統(tǒng)地圖的形式，便于用戶使用，其更大特點是動態(tài)化和可交互，其不足是對硬設備的依賴性大，但不足將隨設備的發(fā)展而逐步解決。

動態(tài)化的電子地圖可稱為動態(tài)地圖。動態(tài)地圖是數(shù)字化為地圖學開拓的新領地。這種形式早就存在，例如在電影上用箭頭，或底色擴張表現(xiàn)某一歷史事件的進程。但當時是用動畫技巧來制作的，在一般場合無法實現(xiàn)，只有在地圖上或地圖集中用一組地圖反映不同時刻的某一主題現(xiàn)象的變化，讓讀者在內心中來形成動態(tài)的形象，認識發(fā)展的規(guī)律。以數(shù)字地圖(地理空間數(shù)據(jù))為支撐的電子地圖卻能很好地完成這一任務，因而“動態(tài)的顯示”就成為可視化的重要特征。動態(tài)的可視化，確實比靜態(tài)畫面的對比更生動，可供讀者反復觀察、思考，并有可能發(fā)現(xiàn)一些內在的規(guī)律。

動態(tài)地圖也可以稱“動畫地圖”或“地圖動畫”。這里選用“動態(tài)”，是為這一領地今后的擴展留些余地。因為動態(tài)地圖不僅包括動畫或地圖，也會有其它形式；在三維圖像技術中，“動畫”還另有含義，可以指那些不用數(shù)學建模而使用圖像技巧構成的連續(xù)活動畫面。

為了將一個運動的事物和現(xiàn)象成為可視的圖像需要有一個良好的設計。用于靜態(tài)地圖的視覺變量原則上也都適用于動態(tài)地圖，但也要補充一些產(chǎn)生動態(tài)視覺效果的變量。例如持續(xù)時間(duration)指動作的每一幀畫面所用時間；變化率(rate of cha ng e)是每幀之間畫面圖形改變的大小(m)與持續(xù)時間(d)之比，即m/d；排序(order)每一場景表示的順序；頻率(frequency)每單位時間內視覺可確定的狀況等等。這些在初期由電影業(yè)借用過來的名詞，用法尚不統(tǒng)一，含義也有不小的出入，因為動態(tài)地圖與電影還有 *** 上的差別。

在電子地圖上，動態(tài)地圖也并不是都以時間軸為主，在多維環(huán)境中，為了視覺比較可以按另一維度為軸重新排序，形成一種動態(tài)關系。例如以人口為變量，在保持區(qū)域拓樸關系的條件下，對比面積的大小。與時間軸為主的常態(tài)分析法不同的顯示 *** ，有時可為觀察者提供意外的分析結果。例如用時間比例尺1∶60萬表示1秒對應于1周，1∶250萬表示1秒對應于1個月來壓縮和改變時空關系(Berlyant，1999)，就可以從另一個角度描述事件的特征。

可交互是電子地圖獨具的特征。動態(tài)地圖，我們還可以用很“笨”的辦法來實現(xiàn)，而可交互就只能是針對計算機而言的，這也是“可視化”成為一門新技術新學科的基礎。設計一個方便的界面，是可視化技術的重要內容，近年來推出的可視化的軟件及GIS軟件都十分重視這一點，盡管計算機眼下尚無法與人用自然方式交互，例如十幾米開外的一個人向一群人中的你注視，你會感覺到，而計算機卻無此能力，但是圖、文結合便于檢索的界面還是不斷有所改進。

目前的交互方式隨空間數(shù)據(jù)的性質而變化。對于地圖，交互可以改變其點、線、面的尺寸、位置圖案、色彩等，也可以通過改變比例尺、視角、方向、使圖形發(fā)生變化；對于屬性數(shù)據(jù)則可用文字、表格與圖形建立聯(lián)系；也可以通過交互改變數(shù)據(jù)分析的指標，重新分類、分級，并在相應的地圖和圖表上產(chǎn)生相應的變化。

交互不是一種簡單的信號傳遞。每一種交互運作的實現(xiàn)背后都有大量的研究和軟件開發(fā)工作的支撐，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)處理有密切的關系。對于高級的可視化實現(xiàn)例如三維GIS分析的可視化 *** ，只有“高效用戶界面”和快速三維數(shù)據(jù)處理技術相結合才能實現(xiàn)。奧地利Graz技術大學的Kofler和Cruber曾以維也納一個有56座建筑物的小區(qū)做實驗，僅5cm×5cm一張像片像素的存儲量已占用12M，若以全市為對象，建筑物的信息量就需要100G，加上環(huán)境要素，一個三維的顯示系統(tǒng)需要500G的存儲和處理能力。所以瓶頸問題不是如何繪制三維景觀，而是如何從數(shù)據(jù)庫中檢索三維數(shù)據(jù)。因此，在可視化的環(huán)境中要想和大量三維模型實現(xiàn)交互，關鍵是要壓縮從數(shù)據(jù)庫中轉換到可視化軟件中的數(shù)據(jù)總數(shù)，也就是說數(shù)據(jù)庫要有能力將幾百千兆的數(shù)據(jù)壓縮為每秒幾兆的數(shù)據(jù)流。因此，為實現(xiàn)可視化的交互能力，數(shù)據(jù)庫還應具有例如影像壓縮/解壓、三維數(shù)據(jù)分層結構等一些專門的功能。實現(xiàn)可視化交互的功能，實現(xiàn)圖像的任意比例尺無級操作，數(shù)據(jù)庫和可視化軟件還應具有真實的LOD(細節(jié)分層水平)功能，以求圖像隨比例尺縮放的交互而有不同詳細程度細部的表現(xiàn)，而不是現(xiàn)在大多數(shù)軟件在處理比例尺縮放時只有象素尺寸的改變而無內容的詳略變化這樣一種初級水平。這種具有在交互中自動簡化和分層調用數(shù)據(jù)能力的軟件還需加快開發(fā)。

2.2 虛擬環(huán)境（賽博地圖）

利用虛擬現(xiàn)實(V R)技術在空間數(shù)據(jù)庫支持下可以構制虛擬環(huán)境。人在進入這一環(huán)境后可以和計算機實現(xiàn)以視覺為主的全方位交互，這是空間數(shù)據(jù)可視化最有發(fā)展空間的新領域，它已成為大家關注的熱點，也是研究、利用數(shù)字地球資源的重要工具。20世紀80年代中期以后，美國將虛擬現(xiàn)實技術用于數(shù)字化戰(zhàn)場的研究和作戰(zhàn)模擬訓練，并在武器設計，試驗中提供仿真環(huán)境。當前環(huán)境模擬已不限于軍事應用，凡是大型工程和建筑的設計、防災減災規(guī)劃、環(huán)境保護、城市規(guī)劃都需要進行實景仿真和行為(生存)體驗。由于它的可交互、可量測、可感知的特點，受到了經(jīng)濟建設、國防、教育、科研和文化等各方面的重視。1995年德國法蘭克福的城市規(guī)劃方案，1997年英格蘭明奇海峽大橋的設計都遭到公眾和議員的反對，只是設計者采用虛擬現(xiàn)實技術將建成之后的虛擬環(huán)境交給議員先生們“親身體驗”之后才獲得通過。

在數(shù)字地圖(即地理空間數(shù)據(jù))支持下，建立虛擬環(huán)境是地圖功能在數(shù)字化條件下自然的延伸，是制圖專業(yè)領域合乎邏輯的擴展。我國的地圖學界在90年代初就已經(jīng)關注了這一發(fā)展的動向，并在虛擬地景、戰(zhàn)場環(huán)境仿真和“賽博城市”方面取得了有效的進展。

2.3 知識發(fā)現(xiàn)與數(shù)據(jù)挖掘

從地圖上獲得知識，得到啟發(fā)，這是盡人皆知的途徑，特別是地學家、軍事家的拿手本領。這種知識不僅是由圖例指明的，哪是鐵路、哪是河流等，更重要的是從用符號、圖形、色彩所表示的各要素的空間存在的關系上來獲得知識，發(fā)現(xiàn)問題和規(guī)律。這就是地圖的“潛信息”的意義。它們沒有畫在圖面上，得靠讀者去發(fā)現(xiàn)。這就是“視覺――心象――形象思維――創(chuàng)新”的認知過程，可視化就是要引發(fā)大腦中的這個過程。

“潛信息”是地圖學的老概念，到了信息時代和數(shù)字地圖時代，就發(fā)展成“知識發(fā)現(xiàn)”的新概念。從空間數(shù)據(jù)庫中和從數(shù)據(jù)倉庫中探索新知識，其技術 *** 形成一門新的計算機應用數(shù)學分支，叫做數(shù)據(jù)挖掘(data mining)。這是從海量的、不完整的、模糊的、有噪聲的、隨機的數(shù)據(jù)中，提取隱含的，人們事先不知道的知識的 *** ，可形象地比擬為“從數(shù)據(jù)庫中挖掘財富”。其概念已大大超越了地圖學，也超越了地理信息系統(tǒng)，在計算機科學中也被列為新的探索領域。但是地理空間數(shù)據(jù)可視化 *** 又把知識發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)挖掘與地圖學、GIS緊密地聯(lián)系在一起，特別是面對地理空間數(shù)據(jù)，它的開發(fā)與挖掘都離不開人的空間思維的參與。知識發(fā)現(xiàn)是一門交叉性學科，涉及統(tǒng)計分析中的數(shù)值分析、數(shù)據(jù)處理和人工智能的知識獲取、模式識別、專家系統(tǒng)等多方面的基礎以及認知科學、可視化技術等新興學科。李德仁院士在國內最早開展數(shù)據(jù)挖掘的研究，從空間關系、幾何性質與屬性關系的算法與建模上做了深入探討，強化了GIS的分析功能與服務領域。

國外近10年來在動態(tài)制圖與交互界面技術逐步成熟和普及的基礎上，陸續(xù)研究開發(fā)了很多知識發(fā)現(xiàn)的軟件，例如“Ex ploreMa p”(1992)，"Project Argus"(1995)，都用于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的區(qū)域等值圖分析，通過調整算法而獲得分級、分類參數(shù)；“Map Time”(1996)是一個時間動態(tài)圖形分析工具；V ISSD(1990)是一個對多維數(shù)據(jù)分析的工具。在一些著名的圖形軟件如ArcView、Mapinfo和AV S中最新版本也都增加了知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘的功能。

知識發(fā)現(xiàn)需要有一個扎實的研究過程和一定的基礎知識，能提出要解決問題的范圍，要對數(shù)據(jù)的狀況有初步的認識，然后研究算法，處理數(shù)據(jù)。這時，可視化 *** 就會起到重要作用，最基本的作用就是圖解驗證，進而選擇最恰當?shù)囊曈X變量和圖解方式(地圖是最重要的選擇之一)表現(xiàn)出來，供研究者形成心象和視覺思維。可視化在這點上有些類似專家系統(tǒng)的性質，即它要解決的是無法或難于實現(xiàn)數(shù)學建模因而無法用數(shù)值計算機解決的問題。人腦的空間認知分析能力目前尚無法全部用計算機替代，因此可視化為知識發(fā)現(xiàn)提供有力的幫助。特別是現(xiàn)代動態(tài)制圖和交互制圖技術的完善，將有利于動態(tài)分析和多維分析 *** 的實現(xiàn)。作為十分權威的美國地理信息科學研究會(U CGIS)五年前發(fā)表的《地理信息科學優(yōu)先研究領域》的報告中尚認為動態(tài)自然過程的建模與地圖學 *** 無關，而今天利用動態(tài)制圖與虛擬現(xiàn)實技術的可視化 *** 已能十分貼切地描述這一過程。重要問題是要認識到在當前科技發(fā)展迅速的時代，各學科的交叉與融合顯著地促進學科的發(fā)展，使它能在這個進步的潮流中發(fā)揮新的作用。

2.4 空間數(shù)據(jù)質量檢測

空間數(shù)據(jù)質量已成為空間數(shù)據(jù)庫建設和使用GIS分析結論的可靠性及各種可視信息產(chǎn)品質量的基礎性問題，日益受到重視美國是提出地理空間數(shù)據(jù)標準較早的國家它的《聯(lián)邦信息處理標準》(FIPS)出臺于1994年(137號)，列出了5個必須評估數(shù)據(jù)質量的項目:來源(lineage)、位置精度、屬性精度、完整性(completeness)和邏輯一致性(logical co nsistency)。隨后，國際地圖學協(xié)會(ICA)的空間數(shù)據(jù)質量委員會又補充了兩項:語義精度(sema ntic accuracy)和時間信息(tempo ral info rmation)，并作了詳細說明。90年代中期以后，在各種大型測繪學術會議上都列為專題進行討論，1999年，香港理工大學史文中教授專門組織了空間數(shù)據(jù)質量國際會議并列出了“不確定性的可視化”的專題。可視化是一種視覺比較技術，它將不確定性直觀地展示在用戶面前。

可視化技術用于空間數(shù)據(jù)的質量檢測有其特殊的功效。以往，地圖是空間數(shù)據(jù)的主要載體，地圖是可視的，其圖解誤差有嚴格規(guī)定的限值，并可作直接目視位移檢查；測量誤差則有各工序規(guī)范的控制，實現(xiàn)全程的精度保障。當空間數(shù)據(jù)主要來自各種數(shù)據(jù)庫之后，建庫初期數(shù)據(jù)獲取的質量和精度尚無規(guī)范化的檢測手段，受硬設備及傳輸系統(tǒng)的影響也很大。對用戶來說，不可視的空間數(shù)據(jù)的可信度檢測就十分必要了，因為空間數(shù)據(jù)質量不僅影響信息分析與表示的可信度，而且會影響根據(jù)GIS提供信息所作決策的正確性。可視化在數(shù)字化條件下可以通過多種 *** 使用戶和數(shù)據(jù)質量溝通。一是將專題地圖的分析、表示 *** 用在空間數(shù)據(jù)的誤差分析上，其中既包括算法、建模，也包括用各種視覺變量將過程與結果表示在地圖和圖表上，這方面已有專著問世，如Guptill和M orrison主編的《空間數(shù)據(jù)質量原理》。二是對于從遙感圖象獲得的柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量極大，它們的誤差來自多種原因。對于這些不確定性，可以通過技術處理(如大氣改正、重復抽樣)來減小；另一些不定性的來源可以通過算法將它們模式化，如改變傳統(tǒng)1和0的象素賦值而采用模糊算子的分類 *** ，使屬性精度提高，用于土地利用分類。很多可視化的算法和圖形描述都已開發(fā)為商品軟件，在GIS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理中得到了應用。三是利用虛擬現(xiàn)實技術使不確定性在一個三維環(huán)境中以浮點形式表現(xiàn)出來，并在與用戶的交互當中給予確定。這是美國加州大學的國家地理信息和分析中心(N CGIA)在N IM A(美國的軍事測繪機構)的支持下展開的新項目，目的是以這種誤差的可視化 *** 來測試人的因素。

我們來談談可視化的模型理論問題。在空間數(shù)據(jù)可視化的處理當中，不論是以地圖、電子地圖的方式還是以虛擬環(huán)境的方式來實現(xiàn)，都存在一個可視化的真實程度的問題。這不僅是一個理論問題，也是一個技術問題；不僅是地圖的老問題，也是賽博地圖的新問題。這就是:可視化是所描述的對象的模型。這個對象可以是一個理論，一個過程或一個客觀實體。

模型是對客觀事物的簡化反映和抽象，是為了發(fā)現(xiàn)和了解客觀事物的本質屬性和基本規(guī)律。但與模仿對象完全相同的模型是沒有的，假設做到毫無差別，模型也就失去了意義。因此我們不能期望可視化的結果能描述對象的一切方面。但是模型可以反復使用，可以改變建模參數(shù)描述各種可能的情況，特別是給使用者提供一個排除各種“噪音”的理想的形式結構，以便更快地理清思路，獲得知識。這些優(yōu)點使得利用模型來研究對象的模型法成為科學研究的一種基本 *** 。

我們首先從認知科學的角度來討論真實性的含義。人的視覺信息獲取機制是概括的和拓撲的。它要求我們將那些多余的細節(jié)去掉而保留，甚至強調那些與研究目的有關的主要內容。以保證使用者可以更快捷地認識對象，例如一個地區(qū)的總貌或一個事件的過程及其環(huán)境，這是一種科學概念上的真實。可視化并不是一種簡單的“圖化”過程，因為，能使人產(chǎn)生新知識的數(shù)據(jù)才具有“信息”的價值。數(shù)據(jù)并非信息，知識才是信息，藝術與科學都是如此。按照一般理解，照片記錄是最真實了，但一張照片，比如人像為了證件，航片為了偵察判讀，但是要想在一張照片上認真地找出象一幅繪畫或一座雕像所表現(xiàn)出的那種確定而又清楚的關系，簡直可以說是不可能的。

這是因為，照片提供的原始圖象，并不一定是所描述對象的最本質、最重要的描述。例如光影遮蓋了重要的部位，更無法表達內部結構對外部形態(tài)的影響。在科技領域，一種技術上所用的照片必須能提供準確的比例和視角，能提供表面的起伏和差異，必須標明單位比例和各部分之間的距離等等；在藝術領域，藝術家并不想把對象原原本本地復制下來，他要做的是再現(xiàn)對象的某些重要形態(tài)特征，以此來表現(xiàn)一種精神上和感情上的內涵。因此，有明確目的的圖像才是對客觀現(xiàn)實更真實的反映，這就是藝術的價值，也是科技圖像包括生物素描圖、地質寫景圖、醫(yī)學解剖圖，特別是地圖的視覺信息價值。

我們以地圖的制作為例來做一證明。將航空照片改繪為地圖是測繪學的經(jīng)典技術。為什么要增加這道工序而不把航空照片拿來當?shù)貓D用，就是因為地圖與照片相比，可以將地面諸現(xiàn)象加以分類，強調重要的物體，用符號突出表示；可以將照片上沒有的內容如地名、境界線加繪在上面；可以在地圖上增加定量指標，將對地面的整體認知和數(shù)量指標相結合以強化對地區(qū)的認識等等。地圖的這種科學概括 *** ，也就是當今建立可視化圖像必須注意采用的 *** 。

從技術狀況來看，影像的動態(tài)顯示處理需要大容量、高速度計算機的保證。例如一幅法國SPO T衛(wèi)星單波段影像，其數(shù)據(jù)量就達30M B上下，若用來構成虛擬動態(tài)場景，并隨觀察者的 *** 移動而不斷改變畫面，這是目前計算機難于承受的數(shù)據(jù)處理工作。這就迫使我們提出一系列的數(shù)據(jù)壓縮、細節(jié)分層(LOD)等算法和“貼圖”的技術來建立動態(tài)可視化地形環(huán)境。從這點來看，它與上述圖形認知理論要求對可視化圖像實施概括與簡化的要求是一致的、同向的。就是今后計算機能力提高了，有可能靈活自如地處理地面影像，我們也仍然需要采用適合視覺與認知要求的原則，構制適人化的、模型化的可視化圖像。

這樣說，并不是忽視地面影像如衛(wèi)片、航片的重要作用。它們仍然是專家、學者研究地面情況的之一手資料，是科學判釋、遙感分析、地面?zhèn)刹臁y繪制圖的最重要的信息源。

空間數(shù)據(jù)可視化的模型概念是:它是創(chuàng)造性的描述而不是純客觀的反映；它是客觀世界的模型而不是其本身；它是作者創(chuàng)意的結果，體現(xiàn)了設計思想，而不是被動的拷貝。這種思想已在最近出版的一些可視化軟件中體現(xiàn)了出來。

從這個視點來看，將可視化的多維信息空間稱為賽博地圖以對應于以往的傳統(tǒng)地圖是很有意義的。

可視化既然是相對于數(shù)字化提出的，它就是為“人”提出的，是為發(fā)揮人思維能力的創(chuàng)造性，為了體現(xiàn)人/機關系中人的主導地位而提出的。因此它既是一種新的技術，也是一種藝術。法國作家福樓拜說:“科學與藝術在山腳分手，在山頂會合”；而李政道認為21世紀就是兩者會合的頂峰，他還說:“科學和藝術是一個硬幣的兩面，誰也離不開誰。”(1995年李政道倡導的《科學與藝術研討會》北京)。可視化的提出，如此受到重視就是因為它符合科技發(fā)展的潮流。地圖學中科學與藝術的關系爭論了一百多年，時而藝術占上風，以瑞士的英霍夫為代表，他的地圖作品被當作藝術佳作收藏于國家博物館；時而技術占上風，因為它靠精密的儀器來生產(chǎn)。地圖也是一種可視的產(chǎn)品，當年大多數(shù)地圖學家堅持的地圖不應該有藝術成份的觀點又悄悄淡化，因為他們看到了在強調可視化的條件下，圖形思維又受到了重視，地圖的作用不但不會受到數(shù)字化的冷淡，反而借助于地圖設計工作中培養(yǎng)起來的創(chuàng)造性思維，在空間數(shù)據(jù)可視化的過程繼續(xù)發(fā)揮更大的作用。

可視化的目的是為在人機結合的環(huán)境中實現(xiàn)以人為本提供條件，這也是受到重視的重要原因。當70年代后期計算機參與作戰(zhàn)指揮，提出“指揮自動化”的口號后，各國的指揮官們曾一度不知所措，面對數(shù)字化戰(zhàn)場，方案和戰(zhàn)法都交給計算機去做，指揮官坐在一旁等待勝敗的計算結果。可視化提出后這一問題變得十分明朗。指揮官可在交互的、數(shù)字戰(zhàn)場可視化條件下，指揮作戰(zhàn)，機器作為助手協(xié)助指揮官工作。戰(zhàn)場環(huán)境仿真及作戰(zhàn)模擬均起到了重要作用。可視化的作用在其它領域也大體相似。

可視化為發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維也起到重要作用。可舉一個歷史上“可視化”引起創(chuàng)造性思維的例子。韋格枘(A.L.Weg ener，1880-1930)大陸漂移學說的產(chǎn)生。他是看到地圖上大西洋兩岸海岸線的極其相似，才引發(fā)了在1912年首次提出這一假說的，當時并未得到科學界的認可。隨后由于地磁學、地質學、古生物學的不斷證明及布拉德(E.S.Bullard，1907-)20世紀60年代用計算機對兩岸圖形進行的符合計算，才終于逐步被大家接受。這是見圖而成思，如果沒有全球地圖，也不會引發(fā)他的創(chuàng)見，如果沒有他作為天文學家和氣象學家的知識基礎，也不會引起深入思考。早在1620年，哲學家F.培根已經(jīng)看出大西洋兩岸形態(tài)的吻合，但也未能引發(fā)進一步的探索，也許是17世紀地圖上新大陸輪廓尚不十分準確的緣故。這個例子也應作為知識發(fā)現(xiàn)的實例。

現(xiàn)代的GIS更大的貢獻就在于，在一個系統(tǒng)環(huán)境中既提供了啟發(fā)邏輯思維(建模、分析、計算……)又提供了啟發(fā)形象思維(可視化、地圖、圖表……)的引擎并能將二者密切的結合，從而為啟發(fā)使用者的創(chuàng)造性思維提供了極為便利的條件。這也就作為本文的結論。