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1二維和三維電子地圖的空間認(rèn)知特點(diǎn)

1.1二維電子地圖的空間認(rèn)知特點(diǎn)

作為空間認(rèn)知工具的電子化產(chǎn)品，二維電子地圖具有許多不同于紙質(zhì)地圖的特點(diǎn)，如靈活性、動(dòng)態(tài)性、可交互性等。其空間認(rèn)知與紙質(zhì)地圖相比的特點(diǎn)為:①認(rèn)知內(nèi)容的動(dòng)態(tài)性，用戶在認(rèn)知過程中可以任意調(diào)整地圖范圍和圖幅，也可以利用同一區(qū)域不同比例尺的地圖進(jìn)行對(duì)比認(rèn)知，也可以選擇不同的地圖要素、層級(jí)以及不同的顯示方式進(jìn)行認(rèn)知;②認(rèn)知手段的交互性，二維電子地圖的認(rèn)知既能通過地圖閱讀來實(shí)現(xiàn)，也提供有查詢、量算和分析的交互性工具來輔助認(rèn)知;③制圖過程以及讀圖過程的模糊化，實(shí)際也就是制圖者和使用者的趨于一體化，兩者通常既是地圖空間信息的提供者又是實(shí)踐者。

1.2三維電子地圖的空間認(rèn)知特點(diǎn)

三維電子地圖具有電子地圖的基本特征，其空間認(rèn)知的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn):

(1)認(rèn)知效率更高。

三維電子地圖通常采用符合人們視覺習(xí)慣的透視投影，利用逼真的三維地圖符號(hào)，直觀、形象地表示出人們?nèi)粘；顒?dòng)空間內(nèi)的地貌、地物要素，其瀏覽方式比較貼近人類對(duì)自身所處環(huán)境的感知方式。所以，與二維電子地圖相比，人們通過三維電子地圖能夠更加容易、更加直接地獲取所需的空間信息，其認(rèn)知代價(jià)更小，認(rèn)知效率更高。

(2)認(rèn)知維度和深度更廣

。三維電子地圖不僅能表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系，而且能表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系。另外，三維電子地圖的認(rèn)知深度主要體現(xiàn)在其特有的三維空間分析(如挖方)功能更利于提取和挖掘空間表層背后的深層信息。

2二維和三維電子地圖的空間認(rèn)知模式差異

這里的地圖空間認(rèn)知模式是指人們利用地圖獲取空間信息、認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境的方式方法和基本過程的統(tǒng)稱。二維和三維電子地圖的認(rèn)知方法是不一樣的，二維電子地圖采用“閱讀”的方法，而三維電子地圖則采用“觀看”的方法。地圖空間認(rèn)知與人的認(rèn)知具有相同的過程，即包括感知過程、表象過程、記憶過程和思維過程。在感知過程中，人們通過二維地圖符號(hào)或者三維地形地物刺激人的感官產(chǎn)生視覺、聽覺等感覺興奮，由此大腦根據(jù)感覺形成客觀事物個(gè)別屬性的認(rèn)識(shí)，再通過知覺過程大腦將各種感覺進(jìn)行綜合，形成對(duì)客觀事物的各種屬性、各個(gè)部分及其相互關(guān)系的整體反映。二維電子地圖的感知是“閱讀式”的，即人們感知二維電子地圖的模式是首先接受地圖符號(hào)的視覺圖形刺激，但是僅有地圖符號(hào)的圖形刺激人們并不能認(rèn)識(shí)客觀事物，還需借助圖式規(guī)范才能完成。三維電子地圖的感知?jiǎng)t是“觀看式”的，即人們往往只需直接借助自身的感官刺激就可完成客觀事物的感知，且三維電子地圖支持的感覺類型更多，如視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)覺等等。例如在感知橋梁符號(hào)時(shí)，二維電子地圖中人們通過視覺看到類似兩天平行短線的圖形，然后根據(jù)圖式規(guī)范才知道是橋梁，還需通過旁邊的注記才能知道是什么建筑材料。三維電子地圖中人們只需通過視覺觀看便可知道是橋梁以及它的建筑材料，另外三維電子地圖中人們還能感知模擬的車輛、飛機(jī)等物體的運(yùn)動(dòng)。在具體的知覺過程中，三維電子地圖的知覺形成更容易，因?yàn)槿S地形地物就是客觀事物的逼真模擬，更能綜合展示客觀事物的各種屬性。二維、三維電子地圖的心象地圖形成過程、記憶過程以及思維過程是沒有差異的，但形成的心象地圖效果會(huì)有差異。

3二維與三維電子地圖的空間認(rèn)知效果差異

3.1空間格局認(rèn)知

(1)位置認(rèn)知

位置認(rèn)知主要解決空間事物“在哪”的問題，有兩種認(rèn)知實(shí)現(xiàn)的方式，即絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)位置的認(rèn)知方式。絕對(duì)坐標(biāo)的認(rèn)知方式中，與紙質(zhì)地圖相比，電子地圖具有獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)殡娮拥貓D可以實(shí)現(xiàn)圖上坐標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤顯示，且三維電子地圖優(yōu)勢更明顯，還能支持高度值的實(shí)時(shí)查看。相對(duì)位置的認(rèn)知方式如某個(gè)地物附近，某兩條道路的交叉口等，二維和三維電子地圖利用相對(duì)位置進(jìn)行位置認(rèn)知的效果存在較大差異。對(duì)于二維電子地圖，點(diǎn)狀地物識(shí)別相對(duì)困難，主要通過地圖注記來實(shí)現(xiàn)，而道路交叉口和大面積區(qū)域則很容易識(shí)別，所以利用道路交叉口和面狀區(qū)域進(jìn)行位置認(rèn)知的效果較好。對(duì)于三維電子地圖，道路往往缺少名稱注記，但重要的地標(biāo)可以通過仿真模型展示，用戶很容易識(shí)別，所以利用地物進(jìn)行位置認(rèn)知的效果較好，特別是在用戶對(duì)周圍環(huán)境比較熟悉的情況下。如圖2(來自GoogleMaps)位置A在二維電子地圖中通過中原路和嵩山路的交叉口或綠城廣場對(duì)面即可快速識(shí)別，而位置B在三維電子地圖中通過裕達(dá)國貿(mào)酒店附近可快速識(shí)別，通過二維電子地圖進(jìn)行識(shí)別則相對(duì)困難。

(2)距離認(rèn)知

距離認(rèn)知主要解決將圖上距離轉(zhuǎn)化實(shí)地距離的問題，有三種認(rèn)知的方式，即物理距離式、主觀距離和時(shí)間距離的認(rèn)知方式。物理距離認(rèn)知方式通過圖上量算來實(shí)現(xiàn)，紙質(zhì)地圖經(jīng)過圖上量算后還需通過比例尺轉(zhuǎn)換，而電子地圖通過提供的距離量算工具則能直接獲取結(jié)果。主觀距離認(rèn)知方式受地圖表達(dá)形式、用戶熟悉程度、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等因素影響，三維電子地圖由于缺乏比例尺參考、觀察視角等問題通常容易得出錯(cuò)誤的距離判讀，如圖2所示，二維電子地圖中很容易得出A點(diǎn)到C點(diǎn)的距離大于A點(diǎn)到B點(diǎn)距離，而三維電子地圖中則很容易得出A點(diǎn)到C點(diǎn)的距離小于A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離。時(shí)間距離是一種通過運(yùn)動(dòng)模擬來實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知方式，三維電子地圖中采用較多，例如采用汽車正常行駛1個(gè)小時(shí)的車程來表達(dá)。另外三維電子地圖還能進(jìn)行垂直距離的認(rèn)知，但是由于顯示的需要三維電子地圖通常在水平方向和垂直方向會(huì)做一定比例的調(diào)整，導(dǎo)致垂直距離的認(rèn)知結(jié)果存在較大差異。

(3)方向認(rèn)知

方向認(rèn)知能夠?qū)崿F(xiàn)方位定向和相對(duì)方位判斷兩種功能。方位定向與用戶使用地圖時(shí)的朝向關(guān)系密切，二維電子地圖大都采用“上北下南，左西右東”固定模式，用戶使用地圖時(shí)通常是用戶朝向與地圖北向一致，用戶作方位定向判斷時(shí)需要進(jìn)行一次心理旋轉(zhuǎn);三維電子地圖在瀏覽過程中通常會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以保持地圖的朝向與用戶的視角保持一致，用戶作方位定向判斷時(shí)也需要進(jìn)行一次心理旋轉(zhuǎn)。但是兩者心理旋轉(zhuǎn)的方式是不一樣的，對(duì)于二維電子地圖而言是由地圖正北方向旋轉(zhuǎn)到用戶朝向方向，三維電子地圖則是由用戶朝向方向旋轉(zhuǎn)到地圖正北方向。相對(duì)方位判斷對(duì)于二維電子地圖而言比較容易實(shí)現(xiàn)，判斷時(shí)只需遵循“上北下南，左西右東”規(guī)則即可，而三維電子地圖則首先需要找到基準(zhǔn)方向(即根據(jù)導(dǎo)航標(biāo)志找到“北”方向)才能進(jìn)行判斷。所以三維電子地圖進(jìn)行方向認(rèn)知時(shí)導(dǎo)航標(biāo)志三維電子地圖右上角圈形正北標(biāo)志)非常關(guān)鍵，如果沒有導(dǎo)航標(biāo)志用戶很容易陷入方向迷失。

3.2空間對(duì)象認(rèn)知

(1)目標(biāo)認(rèn)知

目標(biāo)認(rèn)知主要指在地圖上首先容易被注意的目標(biāo)識(shí)別，主要分為點(diǎn)目標(biāo)的認(rèn)知、線目標(biāo)的認(rèn)知和面目標(biāo)的認(rèn)知三個(gè)方面。在二維電子地圖中，容易被注意的點(diǎn)目標(biāo)主要是火車站、橋梁等，其他建筑地標(biāo)的識(shí)別則沒有三維電子地圖效果好，因?yàn)樵谌S電子地圖中建筑地標(biāo)通常采用三維立體模型進(jìn)行展示。例如圖2三維電子地圖中首先被識(shí)別就是“裕達(dá)國貿(mào)酒店”地標(biāo)模型，二維電子地圖中識(shí)別效果則不太明顯。線目標(biāo)的識(shí)別主要是一些貫穿圖面的道路、河流，面目標(biāo)的識(shí)別主要是大范圍的水域、綠地和廣場，這兩者二維和三維電子地圖認(rèn)知效果差不多。

(2)形狀認(rèn)知

形狀認(rèn)知主要指通過地圖能夠識(shí)別出的現(xiàn)實(shí)客觀事物的外形、輪廓等，主要分為點(diǎn)目標(biāo)的形狀認(rèn)知、線目標(biāo)的形狀認(rèn)知和面目標(biāo)的形狀認(rèn)知。點(diǎn)目標(biāo)的形狀認(rèn)知在二維電子地圖中通常無法完成，因?yàn)槠潼c(diǎn)狀符號(hào)都是經(jīng)過概括抽象后形成的，已經(jīng)丟失了現(xiàn)實(shí)客觀事物本身的外形;而三維點(diǎn)狀目標(biāo)通常采用立體模型顯示，不但可以識(shí)別目標(biāo)外形，目標(biāo)的其他屬性如材質(zhì)等也能識(shí)別。線目標(biāo)的形狀認(rèn)知主要能夠指識(shí)別線目標(biāo)的曲直以及彎曲走向，面目標(biāo)的形狀認(rèn)知主要指能夠識(shí)別面目標(biāo)的外圍輪廓，這兩者二維和三維電子地圖的認(rèn)知效果相當(dāng)。另外，通過三維電子地圖很容易就能識(shí)別出地形的起伏變化，而二維電子地圖只有在表示有等高線的情況下才能作判斷且相對(duì)困難，專業(yè)性較強(qiáng)。

3.3空間認(rèn)知效果分析

根據(jù)以上分析，結(jié)合筆者對(duì)50名被試的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，形成二維和三維電子地圖的空間認(rèn)知效果作對(duì)比。認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中認(rèn)知效果的量化以認(rèn)知是否正確和認(rèn)知時(shí)間作為指標(biāo)，認(rèn)知錯(cuò)誤則判定效果差，認(rèn)知正確但花費(fèi)時(shí)間較長則效果一般，認(rèn)知正確且花費(fèi)時(shí)間短則效果好。總體而言，二維電子地圖對(duì)空間格局的認(rèn)知效果較好，而三維電子地圖對(duì)空間對(duì)象的認(rèn)知效果較好。二維電子地圖側(cè)重于借助節(jié)點(diǎn)(如道路交叉口)、區(qū)域進(jìn)行位置認(rèn)知，三維電子地圖側(cè)重于借助地標(biāo)進(jìn)行位置認(rèn)知，兩者各有優(yōu)勢且效果相當(dāng)。在距離和方向認(rèn)知中，三維電子地圖受觀察視角、Z方向比例變形等因素的影響導(dǎo)致認(rèn)知結(jié)果有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差，認(rèn)知效果一般。在目標(biāo)和形狀認(rèn)知中，三維電子地圖發(fā)揮了其形象直觀的優(yōu)勢，認(rèn)知效果較好。根據(jù)對(duì)二維、三維電子地圖的空間認(rèn)知效果差異的分析，得出以下兩方面啟示:對(duì)于電子地圖產(chǎn)品開發(fā)者而言，應(yīng)注意避免造成認(rèn)知效果差的相關(guān)因素，如三維電子地圖中需設(shè)計(jì)方向明顯的導(dǎo)航標(biāo)志，二維電子地圖距離量算也可以給出時(shí)間距離的參考;對(duì)于地圖使用者而言，應(yīng)根據(jù)認(rèn)知的目的選擇使用認(rèn)知效果好的電子地圖產(chǎn)品，即如果側(cè)重于空間格局認(rèn)知應(yīng)選擇使用二維電子地圖產(chǎn)品，如果側(cè)重于空間對(duì)象認(rèn)知應(yīng)選擇使用三維電子地圖產(chǎn)品，必要時(shí)可以考慮兩者交互集成使用。

4結(jié)束語

本文討論了二維和三維電子地圖在空間認(rèn)知特點(diǎn)、空間認(rèn)知模式以及空間認(rèn)知效果三方面的差異，主要結(jié)論如下:

(1)與紙質(zhì)地圖相比，二維電子的地圖的空間認(rèn)知具有動(dòng)態(tài)性、交互性以及制圖和讀圖過程的模糊化等特點(diǎn)，三維電子地圖的認(rèn)知效率更高、認(rèn)知維度和深度更廣。

(2)空間認(rèn)知模式方面，二維電子地圖類似于“閱讀式”，而三維電子地圖則類似于“觀看式”。

(3)二維電子地圖對(duì)位置、距離、方向等空間格局的認(rèn)知效果較好，而三維電子地圖對(duì)目標(biāo)、形狀等空間對(duì)象的認(rèn)知效果較好。本文的研究有助于更好地設(shè)計(jì)、制作符合人們認(rèn)知需求的二維、三維電子地圖產(chǎn)品，同時(shí)有助于指導(dǎo)人們利用二維、三維電子地圖認(rèn)知周圍環(huán)境時(shí)發(fā)揮認(rèn)知優(yōu)勢、避開認(rèn)知劣勢。隨著電子地圖的廣泛應(yīng)用，對(duì)其空間認(rèn)知研究還需進(jìn)一步深入，下一步的研究工作包括電子地圖的空間認(rèn)知評(píng)價(jià)體系建立，二維和三維電子地圖交互集成的空間認(rèn)知模式等。（本文來自于《海洋測繪》雜志。《海洋測繪》雜志簡介詳見.）

作者：柳佳佳葛文薛寧單位：解放軍信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院65014部隊(duì)