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静态地图符号视觉变量的分类及作用凌善金;王晓铃;丁园园【摘要】以多年地图设计实践经验和实验观察资料为依据,对静态地图符号视觉变量的应用效果作了分析和评价.在此基础上,对传统视觉变量类型作了重新整合,删除了一些不合理的类型,建立了新的视觉变量分类体系.将一级变量分为图形和色彩两种类型,图形变量又分为形状、尺寸、纹理三种二级类型,色彩变量又分为色相、纯度、亮度三种二级类型,还将二级变量分为三级类型.此外,对各种视觉变量的作用作了深入分析.在表达地图内容系统性特征方面,形状、纹理、色相变量可用于更好地表达分类信息,尺寸、亮度、纯度变量可用于表达内容的等级、层次、数量的对比信息.在表征地理事物的个体属性方面,视觉变量能用于表达客体的色彩、肌理、质地、冷暖、重量等外在和内在的物理属性信息,还能用于象征各种社会经济属性信息.%Based on many years of map design and experimental observation,this paper analyzes and evaluates the application effect of the visual variable of map symbol.On the basis of this,the traditional visual variable types are re integrated,some unreasonable types are discarded,and a new visual variable classification system is established.The primary visual variable is divided into graphics and color two types,graphic variables is divided into shape,size,texture three secondary type,color variable andhue,purity,brightness three secondary types,secondary variables are divided into three types.In addition,this paper makes a deep analysis on the functions of various visual variables.In expressing map the contents of the system characteristics,shape,texture and hue variables can be used to better express the classification information.size,brightness and saturationvariables can be used to express the content grade,level,number information.In terms of individual property characterization of geographical objects,visual variables to express the objectcolor,texture,temperature,weight extrinsic and intrinsic physical property information for,but also can be used for symbol of a variety of social economy attribute information.【期刊名称】《安徽师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】8页(P69-76)【关键词】地图符号;静态视觉变量;地图设计【作者】凌善金;王晓铃;丁园园【作者单位】安徽师范大学国土资源与旅游学院,安徽芜湖241002;安徽师范大学国土资源与旅游学院,安徽芜湖241002;安徽师范大学教育科学学院,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】P283.1地图符号视觉变量理论是地图学的核心理论之一，它对于地图符号设计具有十分重要的指导作用.可以说，科学运用视觉变量规律是决定地图符号系统设计成败的关键.尽管这是一个老问题，但是我们在多年的设计应用及实验观察中发现，目前的视觉变量分类体系存在诸多疑点.为了完善相关理论，充分发挥视觉变量在地图设计中的作用，本文依据多年地图设计实践经验和实验观察资料，对地图符号视觉变量的应用效果作深入分析，对视觉变量分类体系作全面梳理和重新分类，并深入分析它们的应用价值.1.1 国内外学者的观点及存在问题视觉变量是构成图形符号的视觉要素，也称图形要素或视觉对比要素，在地图符号设计中正是通过这些量的变化来表达地理现象间的差异的.1967年贝尔廷提出了地图符号视觉变量的概念，他认为，符号外观的差别是因为改变了形状、尺寸、方向、亮度、色彩和密度的结果，并最早将视觉变量理论引入地图学.此后这种理论成为地图学理论的基本内容，并在实践中得到广泛应用.近几十年来，国内外学者在肯定了贝尔廷视觉变量理论的同时，一些学者在此基础上提出了多种视觉变量的分类方案[1-4].从最新的外国文献查询来看，很少有此类研究，只查到一篇有关视觉变量的论文，但是没有对视觉变量分类进行研究.美国学者Simone Garlandini, Sara Irina Fabrikant用视觉显著性模型方法，收集人体实验图刺激嵌入所谓闪烁范式的眼动数据对比，验证了部分视觉变量对比显著程度[5].学者们提出的静态地图符号的视觉变量主要有形状、尺寸、方向、亮度、色彩、纹理、排列、密度、位置等.从表1中所列出的一些学者的观点可以看出，其中有些变量类型是公认，同时还存在一些分歧.中国学者多赞同国外学者的观点，几乎没有新的研究[6-12].通过对表1中各种观点的分析我们发现，目前人们对视觉变量问题的认识还存在诸多疑问：其一，至今人们对视觉变量的基本类型依然不能完全确定，究竟谁是谁非，没有达成共识.其中形状、尺寸、方向、亮度、色彩变量得到大多数学者的肯定，但是密度、结构、位置、图案等变量究竟是不是主要变量，没有定论.其二，主变量与分变量分不清.比如有人将形状、尺寸、方向变量既作为主变量，又作为网纹的分变量来看待，显得比较混乱.其三，图形变量和色彩变量之间有交叉.比如，亮度变量应当属于色彩变量，但是有的学者将其列为单独的变量，让人琢磨不透，甚至有逻辑关系混乱感.其四，未能全面了解这些变量对表达地图信息的作用.我们在地图设计实践中也发现这些视觉变量分类存在许多不妥之处.理论的不明确、不严谨，不仅不利于学科理论的建立与发展，还会影响理论对制图实践的指导效果，因此必须正视并尽快解决这些理论问题.1.2 静态地图符号视觉变量的应用效果分析1.2.1 地图符号视觉变量的本质分析人类区别事物是依据各种事物的属性，其中利用视觉属性来区分事物是人们区分事物一个重要途径.不同类型的物体外观不同，不同对比要素所传达的信息也不同，此外还有对比度大小不同，对比度越大，越容易区别，相反，就不容易区别.客观事物的视觉属性很多，只要改变其中某个属性(变量)，就会导致视觉差异的产生或扩大.为了利用这些对比属性来传达信息，必须对其进行分类，把握其主要类型，即要知道事物对比体现在哪些方面.比如人和动物、石头和植物的外观区别就比较大，也就容易区别，而人与人之间的区别就相对较小，有时两人长相相近，就更难以区分.那么，事物在视觉上的对比表现在哪些方面呢？其实这正是视觉对象的视觉变量问题.对于地图来说，是利用符号之间的对比来传达信息，符号对比必定有其主要的对比指标，这是一个符号相对于其他符号所呈现出的特征.通过多年探索，人们已经发现一些地图符号的对比要素.1.2.2 现有地图符号视觉变量的应用效果分析德裔美籍格式塔心理学的代表人物鲁道夫·阿恩海姆说：“视觉不是对元素的机械复制，而是对有意义的整体结构样式的把握.观看是赋予现实以形状和意义的行为.观看是事物性质与观看者之间的互作用”[14].这就说明，视觉变量的视觉效果与客体和主体都有关，符号对比效果及其语义应当以人的视觉效果为依据.为了建立科学的分类系统，下面根据我们多年的应用设计、实验结果，对现有的视觉变量类型的应用效果逐一进行分析、梳理.(1)形状变量的应用效果形状是指符号的外形.点状和面状符号外形，包括圆形、三角形、椭圆、方形、菱形等抽象几何形状，还包括客观世界自然和人文事物的具象形状.线状符号有点线、虚线、实线及其他形状，还包括线条的曲直形态.客观物象的形态是分类的主要依据，给人以强烈的分类感受，却没有分级感.比如，用三角形表示山峰，用动物符号表示动物(图1).有些学者将面状符号内部个体元素的形状变化也纳入形状变量范畴.设计实验观察显示，这里的形状应当指符号的外形，不包括符号内部个体元素的形状，因为在符号内部的结构变化的意义与点状、线状、面状符号外在形状变化的视觉意义不同，前者的意义等次要低一级.对于面积较大的面状符号来说，读者最关注的不是其内部的单体符号，而是他们组合后的综合纹理样式效果，因此，面状符号内部单体符号的形状变化不应包括在符号外部形状变化之内.(2)尺寸变量的应用效果符号尺寸即图形的大小.大小可分为绝对大小和相对大小，在地图符号设计中相对大小对地图内容表达的作用更大.从实验观察结果来看，尺寸对比令人产生数量多少、等级高低、距离远近等感觉.在地图设计中，点状和面状符号的尺寸(面积)，线状符号的宽度在表现等级对比方面发挥着主要作用.尺寸对比也有一定分类感，但是远不及形状对比的效果.与纹理中的图案形状变量一样，有些学者将面状符号中个体符号的大小纳入尺寸变量，这样会弱化尺寸变量的真正意义，其原因与形状变量相似，这里不再赘述.面状符号内部单体符号的尺寸变化再单独从纹理变量中分出，只能当作纹理结构的微量变化来看待.(3)方向变量的应用效果大多数学者把方向当作一种主变量来看待，我们在设计中发现，方向变量应看作是形状变量的一种变化方式，是一种微小的形状变化，它在地图符号设计中发挥的作用也很小，可归入形状变量之中.因为同一个图形改变方向，其视觉意义会随之改变.比如：正方形改变方向后可以看作菱形；同样一个矩形，纵向放置具有高耸感，横放具有扁平感；正三角可能被当作山峰，但是倒三角不会被认为是山峰.方向的改变会造成语义的不同，影响人对符号意义的认知结果，具有与改变形状一样的效果.线状符号在图中的走向(非纹理方向变化)对地图符号设计来说没有多少价值，只对整张地图的构图有意义.有些学者还将纹理排列方向也归入方向变量.虽然改变符号内部纹理线条或个体符号排列方向也能产生差异感，但是，对于纹理变量来说方向仅仅是其中的部分情形，是微小的变化.因为纹理的变化有无穷之多，如果要细分变量则十分复杂(详见纹理变量部分).(4)亮度变量的应用效果亮度即明度、色彩深浅度.毫无疑问，这种变量应属于色彩变量的范畴，因为亮度是色彩的视觉三要素之一.但是有的学者将其单独变量看待[2-3，6-9]，有的学者将其当作色彩变量之一，这就存在分类逻辑问题.或许是因为亮度变量不仅仅指线条的色彩亮度，还包括由于构成符号的纹理线条密度所造成总体亮度感，即色彩的视觉混合所产生的色彩亮度感.如果是这个原因造成的，大可不必单独从色彩变量中分离出来，因为色彩学理论中就有中性(视觉)混合理论，指的就是纹理的视觉混合产生的色彩效果.我们在实验对比中也发现，纹理亮度与色彩亮度能表达同样的意义.(5)色彩变量的应用效果色彩包括有彩色和无彩色，凡属于此类属性的变量都可归属于色彩变量，色彩的视觉属性包括色相、纯度、亮度.色彩虽然依附于图形而存在，但是它有独立的属性，对地图内容表达有着特殊的意义，其中色相、纯度、亮度属性在表达地图内容方面与图形一样发挥着十分重要的作用，应当将其分为三种重要的视觉变量来看待，只有这样才能准确表达地理信息.即不能笼统地将色彩作为一个变量来看待或将其简单地理解为色相[7-9]，否则就不明确，也低估了色彩变量的作用.此外，从色彩学角度看，纹理视觉混合造成的三属性特征也应看作是色彩变量.色相变量的运用能产生两种效果：其一，色相能使人产生较强的类型差异感.同一色相则有同类感，比如，蓝色表示水系，红色表示道路，就很容易区分，就是利用色相表达了分类意义，让内容变得容易识别.虽然冷色与暖色对比或高亮度与低亮度对比也能令人产生层次感，但是从对比效果来看，分类感比分级感更强.其二，能让人联想到相关事物(属性).色相变量与某地理事物色彩相似或属性上的关联，可以让人联想到该事物的色彩、肌理、质感、温度、比重等外在的和内在的物理属性.当然，黑、白也有色相意义，可用于区分事物的类型.纯度变量的运用能产生两种效果：其一，令人产生同类中的数量、等级、层次差异感，这是因为高纯度的色彩比低纯度的色彩更抢眼，显得更为重要.如果运用纯度对比，有利于造成不同层次或数量既有联系又有区别的效果，具有同类之间的对比感.如用红色表示人口密度数值大的区域，用浅红色表示人口密度数值小的区域，不仅说明了它们是同类型的内容，只是有数量上的不同.纯度的降低有加黑、加白、加灰三种情况，即变深、变浅或等亮度均可降低纯度.实验表明，在白(或浅)色背景上，以加白变浅的纯度变化系列色彩具有很强的等级感；在黑(或深)色背景上，加黑变深的纯度变化系列色彩具有等级感.相反，则等级感会受到破坏.而亮度不变的情况下，降低纯度层次感不够明显.其二，与色相一样，一定纯度的符号也能让人联想到相关事物(内外属性)，可让人感受或联想到物体外在和内在的物理属性信息. 亮度变量的运用产生两种效果：其一，具有较强的数量、等级、层次差异感.这种感觉比纯度变量获得的效果更为明显，纯度变量必须结合亮度变量才能获得更好的效果，但是亮度变量单独使用就可以获得理想的效果.在白(或浅)色背景上，由于近深远淡、深重淡轻的视错觉的存在，深色显得较近，浅色显得较远，因此深浅对比可引起明显的层次感.在黑(或深)色背景上，深色反而显得较远，但只要有深浅对比，同样具有层次感.亮度对比应当包括同色之间的亮度对比和不同色相之间的亮度对比，它们具有不同的视觉效果，所传达的语义也就不同.运用同色相系列色彩之间的亮度对比(伴随纯度变化)，能产生明显的数量、等级、层次差异感，而且是同类之间的对比感；但是如果采用不同色相之间的亮度对比，会因为类型差异感的出现，就会干扰数量、等级、层次对比感的产生.亮度对比虽然也有分类感，但是远不及色相对比所具有的效果.其二，不同亮度的色彩其轻重、硬度、肌理等感受不同. (6)纹理变量的应用效果纹理也可看作符号的内部结构，纹理可以在填充元素的方向、排列、密度、形状、大小等多种方面进行变化.有的学者只将排列、网纹、方向作为纹理的分变量，其实这样理解是不全面的，因为这些仅仅是其中的一部分，还有更为复杂的变化，比如水波、木纹、森林纹理.纹理的样式与色彩一样，变化无穷.如果仅将形状、密度、尺寸、方向等当作纹理单个图形的视觉变量，是不符合逻辑的.有以偏概全之嫌，让人们认为只有这几种纹理的变化形式.如果纹理要再分类，可分为几何和非几何纹理或者分为自然纹理和人工纹理.更细的分类难以再进行，只要能用于区分内容，传达语义并达到目的即可.实验观察表明，在非彩色地图上，纹理肩负着类似色彩的功能，而在彩色图上也能用于弥补色彩在表达能力上的不足.纹理变量具有类似于色彩变量的视觉感受效果：其一，纹理变化有相当于色相变化的意义，具有较强的类型对比感.它比形状对比所造成的类型差异感弱，但是对于面积较大的面状符号却是主要变量.其二，纹理视觉混合产生的亮度相当于色彩的亮度，具有较强的等级、数量对比感；其三，某一种纹理的微量变化有类似于色彩纯度的意义，如密度变化，具有同类感中的微小对比感.不过尽管纹理变化很多，但是对地图内容表达有意义的纹理变量不外乎纹理的结构样式和亮度两种(图2).也就是说，所有纹理变化主要可引起纹样和(视觉混合)亮度这两种感受.其中纹样对比具有类型差异感，对读者区别事物的性质显得特别重要.纹理亮度对比则具有等级(数量、层次)差异感.纹理有具象纹理和抽象纹理，还能让人感受到事物的具体属性，比如，水面、草地、森林、沙地等具象纹理显示的客观景物的具体特征.(7)密度变量的应用效果密度变量指的是符号总体平均亮度不变的情况下改变表面像素(个体元素或线条)尺寸与数量，造成像素密度变化.有的学者将其当作基本的视觉变量[1、9、10].从应用效果来看，不同密度的情况下所显示的是纹理上的微小差异，是相似度较高的纹理对比，应属于纹理变化中的一种微小变化，没有必要将其当作一种主要变量来看待，只是纹理的一种特殊变化.(8)结构变量的视觉心理效应结构变量指的是符号内部各个组成部分的搭配和排列方式的变化.有些学者将结构作为一种基本变量[3，7-9]，但是如果从词义来理解，它与纹理具有相近的意义，所不同的是结构不应包含亮度意义，只有纹理意义.纹理变化本身具有结构的意义，如果单独作为一种变量，与纹理变量概念上有重复. (9)位置变量的应用效果位置变量指的是符号在地图上的位置，它主要由事物分布规律所决定.这种变量对地图图面构成设计有一定意义，但是对符号系统设计来说意义不大，因此我们可以将其排除在视觉变量之外.(10)注记变量的应用效果个别学者将注记也当作地图符号的主变量[4，10-11].其实没有必要，尽管文字注记在形式和传达语义方面与普通图形不同，但是从视觉效果看，它属于图形范畴，是一种抽象图形，其形状、尺寸属性具有的视觉效果与其它图形基本相同，也要按照图形变量规律来设计它，因此，将其纳入图形符号中才是合理的[15-17].1.3 静态地图符号视觉变量的整合与重新分类从符号变量的应用效果可以看出，每一种变量产生的感受效果不同，也就意味着不同变量所能表达的语义不同，重要程度也不同，应当对这些变量进行梳理、整合，并进行分类分级.从认知心理角度看，形与色是人类识别客观事物的两种不可互相替代的视觉要素，地图符号作为视觉对象同样存在两种视觉要素，而且色彩对于地图内容表达来说所能发挥的作用很大，即便在灰度图上，亮度对表达地图内容也能发挥很大作用.美国学者Simone Garlandini , Sara Irina Fabrikant用视觉显著性模型方法，对人体实验图刺激嵌入所谓闪烁范式的眼动数据作了对比，验证了尺寸、亮度、色相和方向四种常用的视觉变量设计的二维地图.实证结果表明，视觉变量的尺寸、亮度、色相是最有效的(最快)、最有效的(精确)检测条件变化下闪烁的视觉变量，而方向变量至少有效地和有效(即对比不显著)[4].与我们的观察结果一致.通过系统梳理，我们认为，应当将地图符号视觉变量分为图形和色彩两种一级类型，图形变量又分为形状、尺寸、纹理三种二级类型，色彩变量又分为色相、纯度、亮度三种二级类型；二级分类还可分出三级类型(表2).这种视觉变量分类规律已经在我们大量的地图设计试验、观察中得到验证，获得了良好的应用效果.除了表中的变量外，以往所说的其他变量在地图符号设计中不宜单独当作一种主要变量来看待，应当进行归并.传统地图学理论未能明确视觉变量的作用，影响了该理论的作用的正常发挥.这里根据符号学理论以及多年设计实践的观察，对地图视觉变量的作用作一些分析.2.1 静态视觉变量对地图内容表达的作用分析2.1.1 用于表达地图内容的系统性特征一张地图如同一篇文章，都有自己主题和内容体系，地图的符号也应当是一个与内容有对应关系的既有联系又有区别的体系.地图内容的系统性特征可以简单地从两个维度来看，即横向和纵向，前者为类型，后者为等级、数量、层次、强度等.这种系统性特征的表达正是有赖于地图视觉变量的科学运用.符号的视觉变量(特征)的控制可以造成符号间的适度对比协调关系，以此可以建立地图符号的视觉逻辑系统.每一张地图的内容之间的逻辑关系是一定的，不同内容间对比度有大有小，对比的性质有分类和分级之不同，视觉变量的运用也要与此相对应.地图符号的语法体系是建立在视觉变量规律之上，科学地把握运用这种规律，可以提高地图编码与解码的准确性，有利于读者快速、准确地获得作者所传达的信息.如果违背这种视觉规律去设计，则言不达意，甚至会造成混乱的局面.因此，视觉变量对地图内容的系统性特征表达有着十分重要的作用[17-21].2.1.2 用于表征对象的个体属性地图中的事物多种多样，不同事物的属性不同，同一种事物还有多方面属性.地图符号视觉变量除了可用于表达地图内容系统性特征外，还可表达对象个体属性.比如，利用符号外形可表征物体的外形，利用符号尺寸可表征物体的尺度，利用纹理可表征物体的结构、肌理、材质，利用色彩可表征物体的色彩、冷暖、比重、硬度、湿度等属性信息.2.2 各种视觉变量的作用分析不同视觉变量具有的视觉特性各不相同，下面依据视觉变量具有的视觉特性，结合地图内容特点来分析一下重要视觉变量的作用.2.2.1 图形变量的作用图形变量指的是与图形形式有关的变量.下面分析一下形状、尺寸、纹理这些主要图形变量的作用.(1)形状变量的作用分析形状变量对地图内容表达的作用主要表现在两方面：其一，适用于反映地理要素的类型对比，用形状来传达分类信息、定性信息是最为理想的，因为形状对比能给人以较强的分类差异感.形状类型对比比纹理对比感强.但是对于大面积的面状符号而言，读者会淡化形状的概念，会放大纹理结构的作用.其二，可用于表示事物的形态特征，或象征社会经济事物抽象属性信息(表3).(2)尺寸变量的作用分析在地图中，点状和面状符号的尺寸即面积大小或长宽尺度的概念.对线状地图符号而言，主要指线条的宽度.尺寸变量对地图内容表达的作用表现在两方面：其一，适用于反映地理要素的等级、数量、层次对比，因为尺寸对比能给人以较强的等级差异感.其二，表达对象个体自身尺度信息，或象征等级、数量等社会经济事物抽象属性信息.(3)纹理变量的作用分析纹理的样式与色彩一样，变化无穷，比如填充元素的方向、排列、密度、形状、大小等只是其中的一部分变化因素.在地图上，纹理在表达面状分布信息中发挥着很大作用，尤其是在单色地图上，纹理变量肩负着类似于色彩的色相、纯度、亮度变量的功能.纹理变量对地图内容表达有两方面的作用：其一，可用于表达地图内容的系统性特征.尽管纹理变化很多，但是对地图内容表达有意义的纹理变量不外乎纹理的结构样式和亮度两种特征.在地图符号设计中，只要把握这两种特征，就把握了纹理的本质意义，也就能利用纹理表达好地图内容的系统。
微地图符号视觉变量及其应用微地图符号视觉变量及其应用地图是人们认识和感知空间的重要工具，而地图符号则是地图语言的关键组成部分。
符号的选择和设计直接关系到地图的可读性和表达效果。
近年来，随着互联网和移动设备的发展，微地图在日常生活和商业应用中的使用越来越广泛。
微地图面临着更高的可读性要求和更多的信息表达需求，因此微地图符号的视觉变量的研究及其应用显得尤为重要。
一、微地图符号的视觉变量概述视觉变量是指利用不同的视觉属性来区分事物或现象，并通过视觉感知进行辨认和理解。
在微地图符号中，通常使用的视觉变量包括形状、大小、颜色、纹理、亮度、方向、密度和位置等。
1. 形状：通过不同的形状可以表达不同的信息，如圆形表示点状，矩形表示区域状。
2. 大小：通过大小的差异来表示数量、价值或重要程度。
更大的符号通常表示数量的增加或重要性的增加。
3. 颜色：颜色是最常用和直观的视觉变量之一。
通过颜色的变化可以有效地表示不同特征、属性或类别。
4. 纹理：纹理是通过表面的图案或图像来区分事物或现象的特征。
微地图中可以使用不同的纹理来表示不同的地形、土地覆盖或地区特征。
5. 亮度：通过亮度差异来突出或强调目标。
较亮的符号通常表示被强调的或重要的对象。
6. 方向：方向可以用来表示线性或径线特征的方位或走向。
7. 密度：密度是表示数量或频率的重要视觉变量。
通过符号的密度变化可以表达数量的多少或密集程度。
8. 位置：通过位置的不同可以体现地理空间上的分布特征，如点符号的位置可以表示事件发生的地点。
以上视觉变量是微地图符号设计中常用的，不同的变量可以结合使用，通过差异的组合和变化来表达丰富的信息。
二、微地图符号视觉变量的应用1. 日常生活中的微地图应用随着移动互联网的普及，微地图成为人们日常生活中不可或缺的工具。
通过手机等移动设备上的微地图应用，人们可以方便地查找附近的商店、餐馆、银行等。
在这种应用场景下，微地图符号的设计应具有简洁明了的特点，突出重要信息，并能够快速传达给用户。
第４３卷第３期２０２０年３月测绘与空间地理信息ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ.４３ꎬＮｏ.３Ｍａｒ.ꎬ２０２０收稿日期:２０１９－０３－０４基金项目:国家自然科学基金资助项目(４１５７１４３８)ꎻ国家重点研发计划资助项目(２０１６ＹＦＣ０８０３１０６)资助作者简介:林淑娟(１９９６－)ꎬ女ꎬ福建莆田人ꎬ地图学与地理信息系统专业硕士研究生ꎬ主要研究方向为地理数据空间分析与专题地图制图ꎮ通讯作者:杜清运(１９６５－)ꎬ男ꎬ湖北宜都人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ２００１年毕业于武汉大学地图制图学与地理信息系统专业ꎬ主要从事数字制图和地理信息系统方面的教学科研工作ꎮ流场动态地图符号视觉变量分析与应用林淑娟１ꎬ李维庆２ꎬ杜清运１ꎬ范甲昊１ꎬ黎思佳１(１武汉大学资源与环境科学学院ꎬ湖北武汉４３００７９ꎻ２四川省第二测绘地理信息工程院ꎬ四川成都６１０１００)摘要:随着大数据的发展以及数据观测技术的进步ꎬ以动态地图和动态符号的方式进行流场可视化表达具有广泛的应用前景ꎮ针对目前流场动态地图符号表达机制研究不足的问题ꎬ本文采用粒子系统方法构建了流场动态地图符号表达模型ꎬ基于流场的特点ꎬ研究了视觉变量的选取对于流场动态表达效果的影响ꎮ然后ꎬ以海洋流场数据的可视化实现为例进行验证ꎬ结果表明可视化效果良好ꎬ可以为矢量场动态符号的应用提供参考ꎮ关键词:流场ꎻ动态符号ꎻ视觉变量ꎻ粒子系统中图分类号:Ｐ２８３.５㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－５８６７(２０２０)０３－００４４－０５ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｓｕａｌＶａｒｉａｂｌｅｓｏｆＦｌｏｗＦｉｅｌｄＤｙｎａｍｉｃＭａｐＳｙｍｂｏｌｓＬＩＮＳｈｕｊｕａｎ１ꎬＬＩＷｅｉｑｉｎｇ１ꎬＤＵＱｉｎｇｙｕｎ１ꎬＦＡＮＪｉａｈａｏ１ꎬＬＩＳｉｊｉａ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈａｎ４３００７９ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇꎬＭａｐｐｉｎｇａｎｄＧｅｏ－ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｉｃｈｕａｎＰｒｏｖｉｎｃｅꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１０１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｇｄａｔａａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄａｔａｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｍｂｏｌｓｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ.Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｅｘｐｒｅｓ￣ｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓｙｍｂｏｌｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｍｅｔｈｏｄａｓｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｍａｐｓｙｍｂｏｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕ￣ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｖｉｓｕａｌｖａｒｉａｂｌｅｓｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄａｔａｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔꎬｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖｅｃｔｏｒｆｉｅｌｄｄｙｎａｍｉｃｓｙｍ￣ｂｏｌｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓꎻｄｙｎａｍｉｃｓｙｍｂｏｌｓꎻｖｉｓｕａｌｖａｒｉａｂｌｅｓꎻｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ０㊀引㊀言在时空数据可视化表达中ꎬ对于连续且布满整个区域的现象通常是以场的概念进行描述和组织ꎮ流场是应用最为广泛的矢量场之一ꎬ学者们对于如何进行流场可视化进行了研究与总结[１－２]ꎬ从本质上说ꎬ流场可以被认为是一种时空运动过程ꎬ其时间和空间上的内在连续性决定了流场中的流速㊁方向等属性信息会随着时间和空间的不同而发生变化ꎮ动态地图与动态符号为处于运动状态的地理现象提供了传递空间信息和规律的绝佳载体ꎬ能够更直观地表达出流场中的变化状态ꎮ因此ꎬ研究流场中动态地图符号的表达机制ꎬ探讨不同视觉变量在流场中的应用规则和应用效果ꎬ是呈现出数据中蕴含的动态性及时序特征ꎬ实现可视化效果优化的有效途径ꎮ目前ꎬ关于流场可视化领域的研究ꎬ学者们提出了直接法㊁几何法㊁纹理法和粒子系统法[３－４]等多种可视化方法ꎬ但多聚焦于算法的优化和完善ꎬ在制图表达方面的研究较少ꎮ在动态地图符号设计和研究领域ꎬ艾廷华[５]对传统的静态视觉变量体系进行了拓展ꎬ加入了发生时长㊁变化速率㊁变化次序以及节奏４个动态视觉参量ꎬ并提出了动态地图的概念ꎬ指出动态地图在过程再现㊁实时跟踪和运动模拟３个方面的功能应用ꎻ王颖[６]基于对动态地理现象特征的分类ꎬ提出了点㊁线㊁面三类动态地图符号的设计规则ꎻ冯文君[７]总结了流场可视化中符号的视觉变量体系ꎬ但未明确具体的应用方式ꎮ总体来说ꎬ关于动态地图符号的研究集中于从整体上对动态现象进行抽象建模ꎬ然后按照符号的几何特征ꎬ分别从点状㊁线状和面状三类要素符号的角度对动态符号的设计进行分析ꎬ而对于流场等专题应用领域中动态地图符号的表达尚没有深入研究ꎮ为此ꎬ本文研究分析了流场的特点ꎬ在此基础上ꎬ基于粒子系统方法分析了动态符号的视觉变量选取对于流场特征表达的影响ꎬ建立了一套适用于流场的动态符号表达规则ꎬ并以海洋流场可视化的实现为例ꎬ将影响可视化效果的视觉变量抽象为一些参数ꎬ允许用户直接对参数值进行调整ꎬ验证本文所述的同时增强了用户的交互性ꎬ有利于用户获取信息的最大化ꎬ为流场可视化以及场动态符号的研究提供了参考ꎮ１㊀流场的特点流场的应用领域广泛ꎬ不同的学科中对于流场有不同的定义ꎬ本文主要研究含有地理信息的流场数据的可视化表达ꎬ如海洋流场㊁气象流场等ꎮ在此ꎬ首先对流场的特点进行分析ꎮ流场是一个与空间和时间都密切相关的矢量场ꎬ可视化的重点在于其空间分布㊁属性特征以及时空变化规律的表达ꎮ运动流体是流场的主体ꎬ它是一个连续的整体ꎬ在空间中布满整个区域ꎬ由于相互作用以及其他因素的影响ꎬ在流场中会形成不同的特征区域ꎬ如涡旋等ꎬ这些特征区域往往是人们研究和关注的重点ꎮ流场的属性特征侧重于其运动状态的表达ꎬ包括对运动过程的模拟ꎬ反映流速的数量特征㊁空间分布情况以及流向信息等ꎮ时空变化规律则蕴含在流速㊁流向等属性信息的变化之中ꎬ对于时空规律的探究需要通过时序数据的动态调度实现动态表达ꎮ此外ꎬ流场的可视化具有多尺度表达的需求ꎬ以海洋洋流为例ꎬ既要研究全球尺度下的洋流运动情况ꎬ也需要探究中小尺度时的涡流㊁海岸流等ꎬ因此ꎬ可视化时还需考虑表达的尺度ꎬ根据尺度调整符号参数ꎮ２㊀粒子系统方法动态的流场可视化方式更符合人们的直观感受[８－９]ꎮＲｅｅｖｅｓＷ.Ｔ[１０]提出的粒子系统方法能够较好地表现出流场的动态性和真实性ꎬ并且该方法可以人为地修改粒子的属性ꎬ易于进行交互式探索ꎬ因此ꎬ本文基于粒子系统的方法研究流场中动态符号的表达规则ꎮ粒子系统由大量具有一定生命周期的粒子组成ꎬ粒子被定义为具有空间位置㊁速度㊁形状等特征的单元体ꎬ这些属性会随着时间发生变化ꎬ从而反映出物体总体形状和特征的动态变化ꎮ系统内的粒子会经历产生㊁运动和消亡３个阶段ꎬ当一部分粒子消亡后ꎬ便会有新的粒子产生并进入系统ꎮ１)粒子初始化在初始化阶段ꎬ首先确定初始粒子的位置㊁数量和分布密度ꎮ粒子的初始位置利用随机数生成器生成ꎬ以随机的方式使初始粒子点均匀地散布在整个屏幕空间中[１１]ꎮ粒子数量与屏幕的分辨率有关ꎬ同时应当随着地图范围的变化进行自适应变化ꎮ系统初始化时的粒子数量ｐＣｏｕｎｔ可以表示为:ｐＣｏｕｎｔ＝ｘＰｉｘｅｌˑｘＰｉｘｅｌˑｐＦａｃｔｏｒ(１)其中ꎬｘＰｉｘｅｌ和ｙＰｉｘｅｌ分别为当前屏幕横向和纵向的像素数ꎬｐＦａｃｔｏｒ是数量调节参数ꎬ与当前屏幕上显示的地理范围有关ꎮ２)粒子追踪与更新由于流场是不断运动的ꎬ因而系统中粒子的位置也会随时间不断变化ꎬ需要对下一时刻粒子的位置进行追踪并更新ꎮ二阶欧拉法是常用的粒子追踪算法[１２]ꎬ利用ｔ时刻和ｔ＋Δｔ两个时刻之间的平均速度作为流速值ꎬ提高了计算精度ꎮ在当前ｔ时刻ꎬ假设粒子所处的位置为Ｌｔ(ｘꎬｙ)ꎬ该位置的流速值为ｖｔꎮ首先ꎬ通过一阶欧拉近似方程计算出ｔ＋Δｔ时刻粒子的近似位置Ｌᶄｔ＋Δｔ:Ｌᶄｔ＋Δｔ＝Ｌｔ＋ｖｔΔｔ(２)获得Ｌᶄｔ＋Δｔ位置处的速度ｖᶄｔ＋Δｔꎬ那么位移Δｓ:Δｓ＝１２(ｖｔ＋ｖ'ｔ＋Δｔ)Δｔ(３)分别计算出水平方向的位移Δｓｘ㊁垂直方向的位移Δｓｙꎬ则粒子下一时刻的位置Ｌｔ＋Δｔ(ｘᶄꎬｙᶄ)为:ｘᶄ＝ｘ＋Δｓｘｙᶄ＝ｙ＋Δｓｙ{(４) (３)粒子消亡粒子消亡是将不符合要求的粒子从系统中移除ꎬ判断粒子消亡的条件有以下３个:是否达到最大生命值㊁是否具有有效步进以及是否超出屏幕范围ꎮ若粒子满足其中任何一个条件ꎬ便认为该粒子消亡ꎮ３㊀流场动态符号表达３.１㊀符号表达模型流场的运动㊁变化和发展过程依赖于动态符号的表达ꎮ动态符号的表达形式具体有两种方式:一种是静态视觉变量随着时间的变化而变化ꎻ另一种是直接改变动态视觉变量ꎮ运动变化的粒子符号是一种动态符号ꎬ参考动态地图符号的表达模型[１３]ꎬ建立流场动态粒子符号的表达模型如图１所示ꎮ图１㊀动态粒子符号表达模型Ｆｉｇ.１㊀ＤｙｎａｍｉｃＰａｒｔｉｃｌｅＳｙｍｂｏｌｉｃＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ５４第３期林淑娟等:流场动态地图符号视觉变量分析与应用ｆ０ꎬｆ１ꎬ ꎬｆｎ表示的是符号的起始帧㊁第一帧等以此类推ꎮ粒子符号的变化可以分解为每一帧上若干个静态视觉变量的变化ꎬ如颜色㊁位置㊁方向等ꎻ粒子的位置每更新一次ꎬ流速流向等属性就会发生变化ꎬ则符号的颜色㊁方向变量等也相应发生变化ꎮ符号的发生时长等动态视觉变量是时间维度上的变量[１４]ꎬ展现了符号在时间推演下的变化过程ꎬ能够从整体上影响读者对于动态变化过程的感知ꎮ３.２㊀视觉变量分析流场的空间分布特点决定了符号需要在整个制图区域中均匀分布ꎬ而且当用户进行放大缩小等操作时ꎬ符号的密度也应动态变化ꎮ流速㊁流向信息的变化属于数量特征的变化ꎬ常选用尺寸和方向来展现流场中这一重要的属性特征ꎬ若只需展示流速的快慢情况ꎬ则通过颜色表现出流速的相对分级即可ꎮ动态视觉变量是动态符号有别于传统静态符号的主要部分ꎬ本文认为符号的动态视觉变量包括了发生时长㊁变化次序㊁变化速率以及频率ꎮ每一个粒子符号都具有一个生命周期ꎬ即为粒子符号的发生时长ꎬ是粒子从出生到消亡的时间ꎬ会影响符号的长度ꎮ粒子从初始化完成到消亡的过程主要经历了出现㊁运动及位置更新㊁消失３种状态ꎬ通过符号的变化次序表达ꎮ变化速率影响读者对于流体运动快慢的感知ꎬ如果仅使用原始的流速值表征流场变化速率ꎬ会产生变化过慢或变化过快等不利于读图的问题ꎬ引入变化速率这一视觉变量ꎬ在原始流速的基础上进一步调整ꎬ改善视觉效果ꎮ频率是影响动画效果的视觉变量ꎬ将决定整体的变化过程是否连续ꎮ本文认为静态视觉变量和动态视觉变量均会对流场粒子符号产生影响ꎬ但这些视觉变量之间并不是相互独立的ꎬ在进行符号设计时需要综合考虑ꎬ例如若加粗粒子符号ꎬ就需要适当降低密度ꎬ避免超过地图载负量ꎮ本文总结了视觉变量对粒子符号的影响ꎬ见表１ꎮ表１㊀流场粒子符号的视觉变量Ｔａｂ.１㊀ＶｉｓｕａｌＶａｒｉａｂｌｅｓｏｆＦｌｏｗＦｉｅｌｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｙｍｂｏｌｓ视觉变量详细描述静态视觉变量形状多采用线状符号ꎬ用简单实线表示单个粒子在多个连续时刻的运动轨迹尺寸主要是线的长度以及宽度ꎬ可用于反映场中符号所在位置的流速ꎮ粒子符号的长度与流速有关ꎬ流速越快ꎬ粒子的步长越长ꎬ那么在步数一定的情况下ꎬ长度也越长ꎮ宽度以２ ３个像素为宜方向每个粒子方向由数据决定ꎬ会随着时间的变化而变化ꎬ大量粒子的运动方向可以反映流场中不同位置的流动方向和流动特征颜色颜色的使用可以直观地展现流速的快慢ꎬ使流场中流速的分布更易于被感知ꎬ符号的颜色需要与底图相协调密度密度在流场粒子系统中具体表现为符号数量的多少ꎬ若密度偏小ꎬ则会因为过于稀疏无法表征流场结构情况ꎻ若密度过大ꎬ则会显得较为拥挤ꎬ影响视觉效果透明度调节透明度可以影响符号的视觉感受ꎬ符号越接近于不透明ꎬ给用户的感受就越突出ꎻ若符号越接近于透明ꎬ则其视觉感受就越弱动态视觉变量发生时长发生时长直接决定了单条轨迹的长短ꎬ一般来说ꎬ发生时长越长ꎬ流场中符号表现出来的长度就越长变化次序主要由数据变化决定ꎬ将真实的数据变化映射到动画的每一帧上ꎬ从而再现变化的过程变化速率表示流场流动的快慢ꎬ符号变化速率适当加快有利于提升视觉效果ꎬ但变化速率过快会导致细节信息丢失频率单位时间内变化的次数㊁频率值影响动画的连续性效果ꎮ为了表现流场连续运动的效果ꎬ符号的频率应保持在每秒２５帧以上[９]４㊀应用实例海洋流场是一种典型的流场ꎬ通过可视化的方式能够直观地展现区域中流体的流动信息ꎬ表达每一个空间位置上的运动情况ꎮ本文基于美国国家大气研究中心(ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＲｅｓｅａｒｃｈꎬＮＣＡＲ)提供的全球范围内每６ｈ的再分析数据集ꎬ以粒子系统方法为核心ꎬ实现了全球范围海洋流场的可视化ꎬ以此作为应用实例进行分析验证ꎮＨＴＭＬ５的Ｃａｎｖａｓ接口允许在浏览器中直接进行动态绘制ꎬ可以用于实时渲染大量数据ꎬ且性能良好ꎬＬｅａｆｌｅｔ是一个轻量级的用于交互地图的开源ｊｓ库ꎬ兼容移动端ꎬ同时支持多种插件ꎬ本文利用Ｃａｎｖａｓ和Ｌｅａｆｌｅｔ.ｊｓ实现了地理底图的调用和动态符号的渲染ꎮ４.１㊀实现流程可视化的基础包含了相关信息的数据ꎬ合理地处理数据是可视化流程中的一个关键步骤ꎮ在二维平面上进行数据可视化之前需先进行数据预处理ꎬ包括数据格式转换和坐标变换ꎮ原始数据以ＧＲＩＢ格式存储ꎬ在此先转化为Ｗｅｂ环境下方便解析ＪＳＯＮ格式的数据ꎬ然后ꎬ采用Ｗｅｂ墨卡托作为地图投影算法完成经纬度坐标到投影坐标的转换ꎬ继而再转换成屏幕坐标ꎮ６４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年按照第２节中所述的方法建立流场粒子系统ꎬ通过相应的算法控制了粒子的生成㊁更新和消亡ꎬ然后ꎬ按照符号设计方案对生成的粒子进行可视化渲染ꎬ叠加在地理底图上ꎬ用于屏幕展示ꎮ本文实现海洋流场可视化的流程如图２所示ꎮ图２㊀海洋流场可视化流程图Ｆｉｇ.２㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ４.２㊀动态符号设计流场中动态符号的设计主要是视觉变量的选取以及数据和视觉变量之间映射关系的建立ꎬ基于３.２节的分析ꎬ本实例选用线状符号作为动态粒子符号ꎬ用实线表示系统中粒子点在其生命周期内随时间变化而形成的轨迹ꎮ在流场的演变过程中ꎬ只要粒子还处在其生命周期内ꎬ粒子运动的轨迹就会不断地延长ꎬ符号的长度也会不断增加ꎮ从粒子的追踪算法中可知ꎬ符号的最终长度由粒子的生命周期和流速共同决定ꎮ相较于单一色彩ꎬ分级色彩能够更直观地表现出流场中不同位置流速的快慢ꎬ本实例选择颜色作为反映流速值的主要变量ꎬ建立流速与颜色之间的映射关系ꎮ流速数据的分布往往是不均匀的ꎬ数值集中在某个区间内ꎬ本文根据流速数据本身的特点ꎬ使用了最大最小值拉伸的方法ꎮ假设有一个共有ｎ种颜色的颜色表ꎬ表中颜色的索引号范围为０ ｎ－１ꎬ流速数据集中于区间[ｖ１ꎬｖ２]ꎬ在渲染时ꎬ颜色映射的方法如下:ｉｎｄｅｘ＝０ꎬｖɤｖ１ꎻ(ｎ－１)ˑｖ－ｖ１ｖ－ｖ２æèçöø÷ꎬｖ１<ｖ<ｖ２ｎ－１ꎬｖȡｖ２ìîíïïïï(５)ｉｎｄｅｘ是颜色表中的索引号ꎬ如果流速值小于等于ｖ１ꎬ则其索引号为０ꎻ若流速值大于等于ｖ２ꎬ则其索引号为ｎ－１ꎻ若流速值位于该区间内ꎬ其映射过程为一个线性函数ꎮ颜色方案的设计综合考虑了与底图的协调性以及色彩之间的等级性ꎮ交互是可视化的另一重要要素ꎮ对于流场的动态表达而言ꎬ用户的交互操作主要包括３种:１)空间位置上的交互ꎬ如用户对于区域的放大㊁缩小㊁漫游等操作ꎻ２)时间上的交互ꎬ用户对于数据时间的选择ꎻ３)图形视觉效果的交互ꎬ如用户切换地理底图ꎬ调整符号大小等ꎮ这些交互操作均会对符号的设计与表达产生新的要求ꎬ因此ꎬ在实现过程中ꎬ本文将影响动态符号的视觉变量抽象为一部分参数ꎬ根据经验规则设置参数的取值范围ꎬ允许用户直接调整宽度㊁密度㊁透明度㊁变化速率㊁频率等变量值ꎬ实现快速改变整体效果的目的ꎬ满足用户需求的多样性ꎮ４.３㊀可视化结果本文基于上述可视化流程与符号设计方案ꎬ利用ＩＤＥＡ进行编码ꎬ在ＧｏｏｇｌｅＣｈｒｏｍｅ浏览器中运行得到结果ꎬ可视化完成时间在２ｓ以内ꎬ较好地模拟了洋流的动态效果ꎮ图３为２０１８年１１月１２日和２０１８年１２月１２日上午６点的流场数据可视化效果ꎬ从图中可以明显地看出同一区域在不同时间流速的变化情况ꎬ如印度洋区域等ꎻ从图中也能够直观地看出涡旋的分布位置㊁形成过程等信息ꎮ图３㊀不同时间的海洋流场可视化结果Ｆｉｇ.３㊀Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ通过更换底图和符号可以形成不同风格的可视化结果ꎬ图４是不同风格的可视化效果图ꎮ图４㊀不同风格的海洋流场可视化效果图Ｆｉｇ.４㊀Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｙｌｅｓｏｆｏｃｅａｎｆｌｏｗｆｉｅｌｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ本实例可以直接在应用端进行参数调节ꎬ允许用户根据用途进行灵活修改ꎬ例如ꎬ要观察总体的结构与趋势时ꎬ可以适当地减小密度ꎻ要研究涡旋的细节信息时ꎬ可以适当地增大密度ꎬ图５是设置不同密度值的可视化结果对比图ꎮ图５㊀设置不同密度值的可视化效果对比图Ｆｉｇ.５㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｈａｒｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｖａｌｕｅｓ７４第３期林淑娟等:流场动态地图符号视觉变量分析与应用５㊀结束语动态地图符号是流场动态特点表达的载体ꎬ研究流场可视化中动态符号的表达机制是实现可视化效果优化的有效途径ꎮ粒子系统方法可以实现对流场的动态效果的模拟ꎬ且具有可以快速修改粒子符号的优点ꎬ因而ꎬ本文选取了粒子系统方法作为可视化实现的主要方法ꎬ在对流场特点分析总结的基础上ꎬ研究了流场中的动态符号ꎬ探讨适用于表达流场不同特点的视觉变量ꎮ同时ꎬ本文以海洋流场的可视化为例ꎬ通过基本视觉变量的变化与组合生成了丰富且满足不同需求的可视化结果ꎬ实现了在应用端直接进行参数的调整ꎬ对于Ｗｅｂ应用中的矢量场可视化和动态符号的研究具有借鉴和参考意义ꎮ本文针对流场数据本身的特点ꎬ通过最大最小值拉伸算法完成流速与颜色之间的映射ꎬ增强了视觉表达效果ꎬ较好地实现了流场动态可视化ꎮ下一步将研究如何建立关于流场动态可视化效果的评价机制ꎮ参考文献:[１]㊀王盛波ꎬ潘志庚.二维流场可视化方法对比分析及综述[Ｊ].系统仿真学报ꎬ２０１４ꎬ２６(９):１８７５－８１. [２]㊀宋汉戈ꎬ刘世光.三维流场可视化综述[Ｊ].系统仿真学报ꎬ２０１６ꎬ２８(９):１９２９－３６.[３]㊀季民ꎬ陈丽ꎬ靳奉祥ꎬ等.自适应步长的海洋流线构造算法[Ｊ].武汉大学学报(信息科学版)ꎬ２０１４ꎬ３９(９):１０５２－１０５６.[４]㊀ＪＥＮＮＩＦＥＲＣꎬＨＡＲＡＬＤＯꎬＪＯＹＫＩ.Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ－ＢａｓｅｄＰａｔｈｌｉｎｅＴｒａｃｉｎｇｉｎＰａｒｔｉｃｌｅ－ＢａｓｅｄＦｌｏｗＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈｉｃｓꎬ２０１５ꎬ２１(１):６８－８０.[５]㊀艾廷华.动态符号与动态地图[Ｊ].武汉测绘科技大学学报ꎬ１９９８ꎬ４２(１):４９－５３.[６]㊀王颖.面向多重特征变化表达的动态地图符号设计[Ｄ].武汉:武汉大学ꎬ２０１８.[７]㊀冯文君.基于粒子系统的流场动态制图方法研究[Ｄ].青岛:山东科技大学ꎬ２０１７.[８]㊀ＫＡＲＣＨＧＫꎬＳＡＤＬＯＦꎬＷＥＩＳＫＯＰＦＤꎬｅｔａｌ.Ｖｉｓｕａｌｉｚａ￣ｔｉｏｎｏｆ２Ｄｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｕｓｉｎｇｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ－ｂａｓｅｄｃｏｎｃｅｐｔｓｉｎｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎꎬ２０１６ꎬ１９(１):１１５－１２８.[９]㊀ＪＯＢＡＲＤＢꎬＬＥＦＥＲＷ.Ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｍａｐ:ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｐｕ￣ｔａｔｉｏｎｏｆｓｔｅａｄｙｆｌｏｗａｎｉｍａｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎꎬＦꎬ１９９７.[１０]㊀ＲＥＥＶＥＳＷＴ.Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｓ ａｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇａｃｌａｓｓｏｆｆｕｚｚｙｏｂｊｅｃｔｓ[Ｍ].ＵＳ:ＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓꎬ１９９８.㊀[１１]㊀田东ꎬ迟学斌ꎬ王铁强ꎬ等.基于加权随机采样的流场可视化方法[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２０１８ꎬ３９(１):６１－６５.[１２]㊀付帅.基于粒子系统的全球流场可视化[Ｄ].青岛:山东科技大学ꎬ２０１５.[１３]㊀祝国瑞ꎬ徐智勇ꎬ吴小芳.基于多重变换组合的动态地图符号设计[Ｊ].武汉大学学报(信息科学版)ꎬ２００６ꎬ３１(６):５４８－５５１.[１４]㊀解智强ꎬ杜清运ꎬ陈厚元ꎬ等.论地图语言中的动态符号设计与表达[Ｊ].现代测绘ꎬ２０１２ꎬ３５(４):２５－２９.[编辑:张㊀曦](上接第４３页)５㊀结束语本文选取地形地貌㊁气候等影响地质灾害的自然因素ꎬ采用地理探测器的因子探测和交互探测ꎬ从单因子作用㊁各因子的交互作用两个方面分析了其对北川县地质灾害的解释力ꎬ对北川县地质灾害的发生进行了定量归因ꎬ为北川县地质灾害影响因子的客观选取提供了一种新的思路ꎮ研究发现:１)在所有因子中ꎬ气候因素的影响力相对较高ꎬ尤其是年降水量对北川县地质灾害发生的解释力最强ꎬ是诱发北川县发生地质灾害的主要影响因素ꎮ与水系距离因子解释力仅次于年降水量ꎬ是影响北川县发生地质灾害的次要因素ꎮ剩余其他因子的解释力大小相近ꎬ如地形地貌因子㊁土地利用因子㊁岩性因子㊁土壤因子等ꎮ２)相对于单因子来说ꎬ任意两个因子的交互作用都能增强对北川县发生地质灾害的影响ꎮ解释力超过２０％的这些交互因子ꎬ主要为气候因素的各因子与其他因子的交互作用ꎬ说明北川县的地质灾害是在气候因素的诱发下ꎬ结合北川县险峻的地势㊁断层的发育㊁复杂且薄弱的岩性等综合作用下发生的ꎮ３)地质灾害的发生是各个因素交互作用的结果ꎮ如何在综合考虑自然环境㊁人口布局和空间规划的基础下ꎬ制定北川县地质灾害防治措施和选择移民搬迁场地是需要进一步研究的问题ꎮ参考文献:[１]㊀北川羌族自治县.北川羌族自治县灾后重建实施规划ꎬ２００８ ２０１０[Ｚ].北川:北川羌族自治县ꎬ２０１８. [２]㊀汤家法ꎬ王沁.２０１３年北川聚落空间的地质灾害灾情分析[Ｊ].灾害学ꎬ２０１５(１):８７－９１.[３]㊀董廷旭ꎬ陈朝镇ꎬ张新合ꎬ等.北川县 ５ １２ 地震灾害区划研究[Ｊ].绵阳师范学院学报ꎬ２０１０ꎬ２９(１１):１０２－１０８.[４]㊀王晓涛ꎬ陈国友ꎬ宁国立.北川县省道公路滑坡的稳定性分析及加固设计[Ｊ].土工基础ꎬ２０１０ꎬ２４(３):２４－２６. [５]㊀齐信ꎬ唐川ꎬ铁永波ꎬ等.基于ＧＩＳ技术的汶川地震诱发地质灾害危险性评价 以四川省北川县为例[Ｊ].成都理工大学学报(自然科学版)ꎬ２０１０ꎬ３７(２):１６０－１６７. [６]㊀王劲峰ꎬ徐成东.地理探测器:原理与展望[Ｊ].地理学报ꎬ２０１７ꎬ７２(１):１１６－１３４.[７]㊀胥忞旻.北川震后重建居民点的适宜性评价[Ｄ].成都:西南交通大学ꎬ２０１７.[编辑:任亚茹]８４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年。
地图符号视觉变量设计
一、实验目的
熟悉在Arcgis平台中制作地图的过程，在制图过程中探究计算机地图制图。
二、实验数据
StreetsAnno , Restaurasnts , Block Locals ,water 图层数据
三、实验步骤
字体家族名即其他应用软件中所称的字体，我们在创建的单个符号，都会包含到家族中，家族名就是字体名
选择第四个
进入编辑界面
打开ArcScene 添加地图数据
对点状图层进行3d符号设计
点击Building Point点数据图层，打开Symbol Selector，点击Properties
在编辑框中对符号的尺寸，角度进行设置
对线状图层进行3d符号编辑，同理可得
同时我们也可以自己设计3d符号，我们可以选用Google SketchUp 7 草图大师进行设计，打开草图大师，在编辑界面设计出模型
然后导出
在这里我们生成“.3ds”格式的文件，然后在ArcScene中添加
选择 3dmaker Symbol，在文件夹中添加我们设计的模型。
