三维地图符号设计论文

浅谈三维地图的符号设计

【摘要】近几年来，随着计算机技术，特别是计算机图形学、网络、多媒体、虚拟现实（vr）、三维仿真技术的快速发展，给电子地图注入了新的活力，电子地图正在向多媒体、网络、三维和时态等方向发展。随之，出现了多媒体电子地图、网络电子地图、三维电子地图和时态电子地图，其中基于三维虚拟场景的三维电子地图是电子地图发展的一个重要方向，也是人们认识和表达空间地理信息的有力工具，而三维电子地图是基于地图学的，因此它的研究重点不是栩栩如生的景观绘制，而是真正意义上的三维空间的地图符号化。

【关键词】三维地图；功能；地图符号

1 引言

目前迅速发展起来的的三维可视化技术和虚拟现实技术已经被广泛地用于进行各种三维数据的可视化，例如地景仿真、城市景观重建等等，同时也为传统地图学带来一次新的技术革命。三维电子地图是基于地图学的，因此它的研究重点不是栩栩如生的景观绘制，而是真正意义上的三维空间的地图符号化。现代地图学理论仍是三维电子地图的理论基础，而电子地图的研究为之提供了有力的技术支持，同时已广泛建立的地图数据库又提供了丰富的数据来源，因此三维电子地图必将成为地图应用的新领域，其研究与开发也将受到极大的关注。

2 地图的发展趋势

地图是按照一定的数学法则，根据地图投影、地理坐标和比例尺，经过制图概括，在一定的载体上用各种地图符号（点、线、面状符号）和文字注记、颜色来表示一定区域内的地形、地貌、地物等地理信息。它反映各种自然和社会经济现象的空间分布、组合、联系及其动态变化。因此，地图是对地理空间信息的抽象化、符号化的描述。

近年来，随着互联网的不断普及和发展，电子地图也因以互联网为载体而快速兴起，地图已经从纸上走到了互联网、个人电脑和手持设备。人们可以很方便地在电子地图中搜索感兴趣的地点、行车线路和公交线路等，为出行安排提供参考建议。

众所周知，我们生活在一个真三维的现实世界里，而传统的二维地图只对处于三维空间中的各种地理对象全部进行向二维平面

投影的简化处理，导致第三维方向（即垂直方向）上的几何位置信息、空间拓扑信息和部分语义信息的损失，不能完整地反映客观世界。近几年来，随着计算机技术，特别是计算机图形学、网络、多媒体、虚拟现实技术、三维仿真技术的快速发展，地图发生了很大的变化，正在向网络化、互动化以及三维化的方向发展。

3 三维地图可视化

三维电子地图是以其直观的三维表现形式，将真实地形、地貌、地物通过虚拟现实技术以及三维仿真技术，以互联网为载体，通过直观的方式模拟人的地理空间认知方式以及进行各种空间地理分

析的阶段，将真实的地理空间信息以动态的、多维的、可交互的描

述。

三维电子地图这种描述形式，使得地图超出了传统的地理信息符号化、空间信息水平化和地图内容凝固化、静止化、平面化的状态。与之相适应的是，地图制图从传统的地图符号的选择、制作、组织协调和绘制转变为三维地形、地貌、地物的构建、以及分析应用模型的建立。这一变化也使地图学理论从单纯的地图传输理论、地图语言理论以及地图认知理论转变为在三维虚拟地理环境中，模拟人在自然地理环境中(包括地下、地面、空中)进行地理认知、空间地理分析应用的理论研究。所以，三维仿真技术在地图学上的应用贯穿了传统的制图和利用地图进行分析应用的全过程。

4 三维地图符号设计

4.1 三维可视化与二维符号的关系

三维地图是对二维地图在三维方向的拓展，包括地图设计及其原则、符号体系、地图内容的表达等。三维地图是从平面地图出发，借鉴电子地图的符号系统结合现有的计算机技术来实现地图信息

的三维化。对三维可视化环境与传统二维地图符号的关系研究具有特别重要的意义。

三维可视化环境与传统二维地图符号的关系是继承与发展的关系。三维地图符号的设计与应用是对二维地图符号系统理论体系的继承并有所发展。伴随着三维地理信息系统而出现的三维地理信息的显示与输出是一个比较新的研究领域，不仅需要在技术层面进行研究，还需要对其相关的理论体系进行研究。由于二维的专题地图

符号经过多年的发展，已经形成了一整套设计理论与实现方法、技术，所以，不能把二维符号中有效表现专题要素的理论与方法全部舍弃。相反，还需要在对专题信息二维表达的基础上继承与发展。对有些能够很好表现专题属性数据的二维专题地图符号，可以以适当的形式继续在三维地理信息系统中使用。

二维专题地图符号理论体系对三维符号体系的构建具有借鉴和指导作用。二维专题地图符号的抽象与形象的矛盾理论扩展到三维领域里，对专题制图符号的重新归类与概括是专业本身要研究解决的问题，也是整个地图符号系统的一个重要的基础研究工作。要对地图内容及符号体系的三维化方法、原则和理论进行研究，结合人类认知相关的生理学、心理学、认知科学等科学知识以及计算机科学设计制作出更适宜人们理解的符号库。

4.2 三维环境中的地图符号设计

4.2.1 点状符号设计

三维的点状符号通常由三维空间数据模型构成，三维空间模型包括了形状、尺寸，通常采用基于表面模型的实体模型，实体模型的表面材质反映色彩的变化。由于三维场景的直观性，用户一般可根据三维符号直接确定其用途，不必另设图例说明，在不能根据其形状建立与物体的直接形象联系时可通过颜色或纹理来表现，实现过程主要以3d max 建模，构建3ds数据，点状符号可设置运动路径，模拟现实城市动态，如汽车在道路的走向。

4.2.2 线状符号设计

线状三维符号的形状、尺寸可由三维线模型和实体模型构成，线状要素用来表达线状分布的现象如道路、单线河流、地下管道示意、高压线走向。简单的线状符号可以在地形上实现无缝叠加，带有一定宽度的线状符号，如河流、道路在其分布上具有带状的特征，也可以作为面状符号处理。

4.2.3 面状符号设计

面状三维符号的形状、尺寸可由单个三维实体模型构成，构成面状三维符号的图案可以是真实纹理，也可以是面状排列的实体模型。如面状符号林地的构图实例，地面用地形和草地纹理构成，树木用片状排列的附有树木透明贴图的实体模型表示，两者组合而成。面状符号用来表达呈面状分布的连续或离散于一定范围的现象，如湖泊、植被分布、道路。在三维环境中，道路可利用不同颜色或表面纹理以及道路参数来反映不用级别道路的性质和特征，这样能给读者一种真实的感觉，又能反映道路的性质及等级等信息。

4.2.4 三维环境中符号设计原则

三维地图符号设计要有一定的原则，需要充分考虑屏幕表达的特点，发展和完善计算机环境下地图符号尺寸设计方法。

（1）表示方式应直观逼真

三维符号所强调的逼真可以几乎不用图例，因此场景设计应以清晰为衡量标准，在三维地图可视化中，如果采用颜色来识别地物，色调少一些更能保证场景清晰。另外应尽量保证颜色与物体本色接近，也可以采用实物照片作为纹理，保证物体能得到有效区分。