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时态信息可视化表达
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时空可视化是时态信息阅读、理解进而交互作用的最重要的工具和手段。本文主要对动态地图、时空数据可视化、动态符号等文献的相关内容进行了总结和分析。
1、概念分析
首先梳理一下相关文献中涉及到的相似概念：
交互地图：是一种试图生动再现头脑中的心象地图的计算机辅助的地图表示形式，交互地图的特点是具有至关的用户界面，包括图形图标、点取设备和近乎瞬间的地图显示。
动画地图：动画地图就是运用计算机动画技术，利用各种感知变量，特别是动态视觉变量，描述和表达地理现象和实体在时问和空间上发生变化规律的电子地图。动画地图可分为表达主体与时间有关的和表达主体与时间无关的（时序地图动画是以时间作为各帧之间的间隔，非时序地图则相反，是以其它属性如空间分布、高程等作为间隔）。
实时地图：空间数据可视化地图，及表现一个实时状态下的空间对象在地图上的表现。
四维地图：就是包含时间轴的三维地图。
时态地图：时间在地图中的表现。
静态地图：是制图信息被固化了的地图，即它只是现实世界变化的一个快照。
动态地图：动态显示关于地学数据的不同角度的观察，不同方法的表达结果，或者地学现象的时间演变过程等。包括动画地图和交互地图（很多文献也将动态地图概念等同于地图动画/动画地图）。
动态现象：包括时态信息和非时态现象。
时空数据可视化（= 时空显示？）：是指在空间数据可视化的基础上加入时间维后的可视化理论、方法和技术，它主要是采用各种可视化手段来表达地理实体的时间、空间、属性信息以及它们之间的相互关系。
2、时空信息特点
1) 地理要素和现象的时空变化主要是由以下几种变化类型组合而成的：
地理要素和现象的出现和消失；
地理要素和现象的变化，指影响到地理要素或现象的属性的变化，它分为2种情况。一种 是质的变化，另一种是数量的增多与减；
地理要素和现象在空间域的移动。移动也分为2种情况。一种是地物整体沿轨迹的移动， 另一种是地物的一部分或边界的变迁。
2) 地理现象的时间特征通常有一下四种情况：
反映现象的特定时刻；
反映现象的变迁过程；
反映某一段时间的变化情况；
反映现象的周期变化。
3、研究现状
国内对时空数据模型进行了大量比较深入的研究,而以时间为主导的时空数据可视化研究成果却相对较少。传统地图制图中，主要使用箭头符号和系列地图的方式来表示时态信息。这种方法虽然简单但是却有一定的局限性。
近20年对于动态可视化的研究的研究主要集中在以下几个方面
1) 对于时间序列数据的动态制图方法；
2) 对于属性数据的动态数据方法；
3) 在地图动画中对数据的质量和不确定性的表示；
4) 设计有效的时态图例和控制器；
5) 动画中的可视化变量
6) 稀疏数据的间迭代和平滑化的方法。
4、时间的认知特点
由于时间无形无态的抽象性，对时间的认知、思维以及概念形成从根本上都是隐喻性的。人类往往根据自己的经验，凭借内在的感觉去感知外界事件的顺序，延续等变化，人的这种知觉就称为时间知觉。
人类可以通过视觉空间认识无形的时间。许多语言中表达时间的概念的词语都源自于表示空间-----视觉概念的词语。有学者考证过：语言中从视觉概念转变为表示时间概念的不为少数，反之则从未有过。这给我们的启发是空间概念的次序可以用来表达时间概念。
5、静态地图的时态信息表达
静态可视化是指利用静态的画面来表达时空信息，主要包括静态地图符号法、统计图表比对法、地图图形比对法等几种类型。
利用一系列不同时刻的静态地图通过比较的方式来表现时空现象的动态变化，或利用视觉变量的有韵律排列给使用者造成运动感等。但是使用者很难从时序地图感知出时空整体信息，他们需要付出大量的认知推理努力才能领悟出其中所含的时空信息。
在单幅地图中，静态视觉变量中的形状、尺寸、亮度能提示时间的变化过程，通过改变点状符号的尺寸、现状符号的形状与尺寸、面状符号的亮度等都可以达到描述时间变化的目的。
但是上述方法表达都不够明确，且数据冗余较大。
6、相关感知变量，视觉变量
传统静态视觉变量在表达上具有一定的动态性，如下表：
动态视觉变量：是一种时间变量概念，它用一系列前后相关的图形或图像符号来表示某种空间现象的动态变化过程、变化方式、运动路径、持续时间、变化速率、次序、同步等，从而更直观真实地表现空间现象或对象的现实状况及特征。
除了最主要的感知变量——视觉变量，其它感知变量在时间信息的表达上也具有一定的辅助作用。就像中学物理学过的多普勒效应，通过声音的大小的变化可以表达对象的随时间而远离或者靠近。
7、动态地图的时态信息表达
动态表达方法是可视化表达动态时空数据的主要方法，它借助于计算机动画技术，结合地理实体的特点，从而实现了强调地理定位、表达地理目标位置及属形变化、表现时空关系、直观表达统计分析结果等功能。
动态表达法的可分动态符号法、动态交互法以及图像动画表示法三种方式。
8、动态符号
所谓动态符号，就如同动态地图一样。或者是通过交互而形成动态的效果，或者是本身能够表达一种随时间而变化的动态变迁。
动态地图符号可以看作是由一系列的静态符号构成的，动态符号的设计分为静态特征设计和动态变化设计两部分，主要包括符号的静态视觉变量、动态视觉变量及变化类型的选择。
动态符号的变化类型主要有：静止、闪烁、位移、形变、外观变化、注记内容变化。
对于有独立显示区域的动态符号，有三个设计考虑点：
需要一个模拟时钟，用来表示时间（原型时钟可以表示周期性现象）；或一个滑动杆，可以用杆上的点来表示某时间点，以及这个时间点的动画帧；或者也可以用数字来表示某个时间点。
动态符号的设计方案：纯时间动画（方案1：第三方插件；方案2：矢量符号本身的动态性）
9、交互设计、时态图例
在时态地理信息的可视化表达中，交互设计起着非常重要的作用。没有交互的动画是不完整的。
在可视化软件中一般的交互方式有：分派指定法、多表达联合法、刷亮法、焦点法、视点法、鱼眼法、颜色地图操作法、序列法等。
在动态地图中，有一种重表达的方法，即从原始数据中选择变化数据来进行图形表达，主要包括筛选、重排序、步调、聚焦、视点、多窗口表达法。
时间信息的可视化离不开时态图例，很有动时态图例都是通过动态显示的方法实现的。具体方案如下：
1) 由应用层控制变化，即当空间数据发生变化时，由应用层及时的改变符号，再刷新地图，从而表现出符号的动态变化。
2) 由应用层给出变化的规则，当空间数据发生变化时，只重新传送空间数据，改变空间数据，改变符号的行为内部完成。
10、 时空分析的可视化
利用可视化技术，可将时空数据的分析过程和分析结果直观、形象地传递给用户．增强分析过程和结果的可理解性，为空间行为决策提供依据口。
1）基于栅格的可视化分析
细胞自动机可用于模拟城市的历史发展过程和未来的发展趋势。另一种方法，是由于城市不同时相遥感图像的积累。对这些遥感图像进行比较分析，探测其变化。也可以对这些遥感图像进行内插，可以获得历史上数据：同样．进行外插，可以进行发展趋势的预测。
2）基于矢量的可视化分析
基于矢量的时空数据模型研究主要集中于对象时态关系分析、父子对象查询与历史快照查询等结累的可视化表达，根据时空约求条件，对数据库进行时空分析．获得时态对象发生空间变化前、后的对象从而可对时态对象的整个空间变化过程的模拟。
11、 动态可视化技术
主要分为计算机交互技术、三维仿真可视化技术、多媒体表达技术、虚拟现实技术、以及计算机动画技术。计算机动画可分为：图像关键帧、参数关键帧和算法动画。
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