论虚拟地理环境

第31卷　第1期测　绘　学　报

V ol.31,N o.1

　2002年2月

ACT A GE ODAETIC A et C ART OG RAPHIC A SI NIC A

Feb.,2002

文章编号:100121595(2002)0120001206中图分类号:P208 文献标识码:A

论虚拟地理环境

林　珲,龚建华

(香港中文大学地理系地球信息科学联合实验室,香港)

On Virtual G eographic E nvironments

LI N Hui ,G ONGJian 2hua

(Department o f G eography &Joint Laboratory for G eoinformation Science ,The Chinese Univer sity o f Hong K ong ,Hong K ong ,China )

Abstract :This paper addresses the concept and characteristics of virtual geographic environments (VGE ).VGE are envi 2

ronments pertaining to the relationship between avatar 2based humans and 32D virtual w orlds .Avatar 2based humans are de 2fined as a combination of humans in the real w orld with 32D avatars in 32D virtual w orlds.Five types of space ,namely Inter 2net space ,data space ,32D graphical space ,pers onal perceptual and cognitive space ,and s ocial space are used to explore the characteristics of VGE.The ev olution of VGE is illuminated via three stages :virtual crowds ,virtual villages ,and virtual cities.The paper finally discusses the relationships between VGE and geo 2referenced virtual environments and the physical (real )geographic environments.

K ey w ords :Cyberspace ;virtual reality ;geo 2referenced virtual environments ;virtual geographic environments ;the digital

earth ;avatar 2based humans

摘　要:提出虚拟地理环境概念,并讨论其特征。虚拟地理环境,是包括作为主体的化身人类

社会以及围绕该主体存在的一切客观环境,其中的化身人类是表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合整体。虚拟地理环境结构由地理位置层面、内表达数据层面、外表达境象层面、单主体感知认知层面和互主体社会层面组成,它的孕育演化包括虚拟群落社会、虚拟村落社会和虚拟城市社会3个阶段。最后讨论了地学虚拟环境与虚拟地理环境,以及虚拟地理环境和现实地理环境的相互关系。

收稿日期:2001210212;修回日期:2001211212

基金项目:香港特区政府研究基金资助项目(CUHK 4132/99H ,ISF AF 2169298)作者简介:林　珲(19542),男,广东汕头人,中国科学院暨香港中文大学地球信息科学联合实验室主任,1992年获美国布法罗大学博

士学位。研究方向包括虚拟地理环境、空间数据挖掘、雷达遥感,以及相关应用。

关键词:赛博空间;虚拟现实;地学虚拟环境;虚拟地理环境;数字地球;化身人类 网络、3S 和虚拟现实技术的发展,一方面为地学数据的分布式存储、管理、共享、分析和应用,以及建立基于因特网(万维网)3维的高分辨率的虚拟环境如数字城市、数字小区、虚拟大学,提供了工具和平台;另一方面在基于因特网的网络信

息空间中,人们的信息交流交互不再受现实地理

位置、距离和时间的约束限制,这样,距离的消失和时空维的点压缩等因现代数字信息技术发展带来的一系列现象和话题[1～7],让我们思考关于空间、位置和距离的传统地理学在信息社会/知识社

会的未来和面临的挑战。本文将从基于因特网的在线3维虚拟现实出发,提出并定义虚拟地理

环境概念,进而讨论其结构层面、演化过程和特征。1　虚拟地理环境概念

基于因特网和万维网的信息空间,首先表现为无形流空间,无形流空间是表示人只能感觉到在虚拟空间中发生的事件,却不能指出在虚拟空

间发生的具体地点或位置。但是,随着虚拟现实

技术引入到因特网和万维网,在无形流空间的基础上,又展现了另外一种空间,我们称之为有形位

置空间。有形位置空间是表示人在虚拟空间中能感知到事件的发生,并且能指出事件在虚拟空间

中发生的具体地点或位置。有形位置空间一般是

3维图形境象空间。有形位置空间是无形、高维信息空间的有形化和3维化,是以现实世界的3维物质空间为蓝本而建立起来的。

3维虚拟空间和位置的存在,为虚拟世界的发展建立了基础。目前,在网络世界中,存在有许

多属于有形位置空间的,大小、样态、复杂程度不

一的在线3维虚拟现实,如虚拟城市、虚拟学校和

虚拟银行等,其中有的已发展成为具有大量虚拟

移民人口,复杂的3维景观和较复杂的社会、经济和政治结构。例如,基于因特网的3维虚拟世界Active W orlds,经过多年的发展,目前,总用户人数有100万以上,正式注册的市民已超过3万,每个市民可以在Active W orlds中建立属于自己的屋

子[8]。我们把这样高度复杂、用于人类生产、消费、娱乐等社会生活的虚拟系统称之为虚拟地理环境。下面,我们以现实地理环境作为参照对象,

定义虚拟地理环境的概念。

现实世界的地理环境是指人类生存与发展的地球表层,是包括作为主体的人类社会以及围绕

该主体存在的一切客观环境,是由自然环境和人文环境(经济环境和社会文化环境)相互联结、相互作用的系统整体[9]。现实世界的地理环境是一个自主、可自我演化的客观实体,表示的是人类社会与其复杂环境的相互关系。网络世界的虚拟地理环境,也是一个客观实在,且正演化展现,它可定义为包括作为主体的化身人类社会以及围绕该主体存在的一切客观环境,包括计算机、网络、传感器等硬件环境,软件环境,数据环境,虚拟图形

境象环境,虚拟经济环境,以及虚拟社会、政治和文化环境。这里的化身人类,是表示现实世界中的人与虚拟世界中的化身相结合后的集合整体。化身是用户在虚拟世界中的3维图形表达。

2　虚拟地理环境结构层面

虚拟地理环境包括化身人类社会主体及其围绕该主体的所有环境,它由实境和虚境层面组成。实境层面包括因特网、内部网、计算机、设备、数据、图形等实体或符号;虚境层面则包括基于文本、音像、图形、图像等媒介,通过交互、感知认知和想象在人脑中形成的虚拟世界以及在虚拟世界中主体与主体互动形成的虚拟社会世界。实境层面,可以进一步分成地理位置层面,内表达数据层面和外表达境象层面;虚境层面,可以进一步分成单主体感知认知层面和互主体社会层面。下面分别陈述每一层面的特征。

2.1　地理位置层面

虚拟地理环境由众多的计算机及其网络组成,每一台计算机都落实在某一地理位置上,并赋有一个遵循TCP/IP协议的IP地址,如137.189. 169.212,它在网络系统中是惟一的作为某计算机入网的识别身份。有了IP地址,计算机就可以作为网络的一个连通的节点。

根据地理位置而形成的计算机网络分布空间,称为地理位置空间。地理位置空间直接连接了虚拟地理环境和现实地理环境,该空间中的节点密度可反映2个地理环境之间的相互影响和相互作用强度和频度。

2.2　内表达数据层面

虚拟地理环境的基本空间支撑基础是一组有结构、有组织的具有3维几何空间的有序数据,它使得虚拟世界成为一个有坐标、有地方、有3维空间的世界,从而与现实世界中的可感觉、可触摸的3维世界相对应,为化身人类在虚拟世界的生存和发展提供可能。

由于表达虚拟地理环境的数据是线性存储在计算机物理介质中,要通过其他计算机操作,如文件或数据库打开、图形处理等,才能被感知到,所以称为内表达数据。内表达数据层面除了空间属性数据外,还有许多不同种类、不同比例尺、不同来源、不同性质的非空间属性数据。为了能在虚拟地理环境中实现数据的共享、互操作,必须建立共同的标准。目前,美国、中国等国家和地区都正在研究和讨论国家空间信息基础设施的建立和实施。

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