虚拟地理环境 第一章 虚拟地理环境概述

2 虚拟地理环境 定义：也是一个客观实在，它可定义为包括 作为主体的化身人类社会和围绕该主体存在的一 切地理环境。 组成：包括计算机、网络、传感器等硬件环 境、软件环境、数据环境、虚拟图形镜像环境， 虚拟经济环境，以及虚拟社会、政治和文化环境 。
化身人类：是表示现实界中的人与虚拟界中的 化身（avatar）相结合后的集合整体。 化身是用户在虚拟界中的三维图形表达。围绕 化身人类主体的虚拟数据和图形镜像环境是三 维空间的，并且是虚拟地理环境存在与发展的 基础。 有了具有统一坐标系的三维世界，化身 人在虚拟界、网络世界中就有了生存的地方、 生存的家和活动的场所。 从地理学的角度也就有了关于化身人类 社会与虚拟空间、虚拟位置相互关系的虚拟地 理学。
（2） 内表达数据层面
内表达数据 ：存储在计算机物理介质中，用 于表达虚拟地理环境的数据。 这些数据要通过其它计算机操作，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。 内表达数据层面的空间数据形式一般有点、线 、面和体。但虚拟地理环境的三维支撑空间应 是面或体结构。
1.5.2虚拟地理环境的技术研究
1）虚拟地理环境系统 系统框架结构，三维数据模型，系统建模，实时交互技术，共 享空间和多用户操作，基于地学过程模型的虚拟环境，分布式协 同工作和群体决策，地学智能体，地学智能人（化身）等； GIS+VR/VE+Internet； 计算可视化系统； 虚拟现实系统； 分布式虚拟环境系统； 仿真系统。] 2）超现实地理环境（混合现实技术） •现实多媒体信息和虚拟空间的合成； •移动穿戴式混合现实.移动式GIS、GPS和虚拟现实技术的集成和 融合，物理视觉目标和计算机中图形目标的配准算法，虚拟空间 和现实空间的合成理论与方法等。 3）网格计算与虚拟环境
§1.5
虚拟地理环境的研究内容
1.5.1 虚拟地理环境基础理论研究
1）可计算人地关系理论（地理学视角）,人地系统论 ，地理认知，地理计算，人工智能； 2）虚拟地理学，赛博地理学（地理学视角） 3）地理表达、交流语言（符号学、语言学、社会媒 体学视角）文本，地图，图形/图象，GIS，虚拟环境 4）人-机关系理论( 计算机人机交互理论视角）人机界面，人机/人人互动，人脑/电脑，认知，主客体 关系 5）虚拟性哲学，信息哲学（哲学视角）现实性哲学 ，在场/不在场，超越现实，“虚拟开拓人类的发展空 间，开拓了以可能性、以不可能的可能性来重构人和 社会发展的时代
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§1.3虚拟地理环境的孕育演进
虚拟群落社会 虚拟村落社会 虚拟城市社会
（1 ）
虚拟群落社会
虚拟群落社会：是仅有虚拟空间，没有位置的社 会，是虚拟地理环境的孕育阶段。 例如，因特网中的在线交谈社群，就是虚拟群落 社会，这个社群中的成员一般是随机的、不确定 的，现实生活中的英语角就类似于网络中的虚拟 社群。
（2 ）
虚拟村落社会
虚拟村落社会是从游牧不滞的虚拟群落社会演化 而来，村落社会成员开始拥有固定的二维或三维 空间位置，并建立自己的家居。 成员之间的相互关系变得稳定、长久，村落社会 将具有虚拟三维地理景观，并将其景观作为空间 的记忆标志，有助于成员的记忆和村落社会生活 的展开和社会的发展。
（3 ）
虚拟城市社会
随着村落社会的发展，村落会越来越大，成员 人口会越来越多，村落就会发展为城市，所以 虚拟村落社会发展到一定阶段，就演变为虚拟 城市社会。 对于虚拟城市社会的虚拟城市，其人口（注册 成员和访问成员）一般在几万、几十万以上， 其三维空间范围也非常广泛，为了方便交通， 必须拥有自行车、汽车、飞机等快速交通工具 。虚拟城市必须考虑村落于村落、城市与城市 之间的界线及连接，在社会、政治、经济结构 上要比虚拟村落社会更丰富和复杂，是与现实 界的现实地理环境复杂程度相匹配的自组织、 自主演进的虚拟地理环境。
互主体社会层面 虚境层面 单主体感知认识层面 虚拟地理环境 （虚拟界） 实境层面 外表达镜像层面 内表达数据层面 地理位置层面 图 1 虚拟地理环境的层面分类
互主体社会层面
单主体感知认识层面 外表达镜像层面 内表达数据层面 地理位置层面 地球 （月亮、金星等） 虚境层面 实境层面 现 实 界 实境层面 虚境层面
虚拟地理环境 （虚拟界）
虚拟地理环境 （虚拟界）
图
虚拟地理环境的层面分类
1.2.2 层面解释 －地理位置层面 －内表达数据层面 －外表达镜像层面 －单主体感知认知层面 －互主体社会层面
（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，并赋予一 个遵循 TCP/IP 协议的 IP 地址，有了 IP 地址，计算 机就可以作为网络的一个连通的节点。 地理位置空间：根据地理位置而形成的计算机网 络分布空间。 节点拓扑空间：如果不考虑地理位置，只考虑网 络中计算机节点的相互联接关系，那么就形成了 节点的拓扑空间，节点拓扑空间是一个逻辑空间 。
（5 ）
互主体社会层面
互主体社会层面：化身人对化身人、化身人对化 身社会、化身人对虚拟环境的感觉和认知。 虚拟地理环境表达的是化身人主体之间（即互为 主体），以及化身人类社会主体与软硬件环境、 虚拟数据图形环境等的相互关系。化身人是自然 人与化身的结合。虚拟地理环境中的化身是化身 人类在虚拟界中的身份，采用不同的形态、性别 的化身会影响化身人类在虚拟界和现实界的心理 状态和社会行为。
虚拟地理环境的互主体社会行为还表现在虚拟 社群（社区）的不同形态、特点与运作上。虚 拟社群是指以一定的虚拟空间区域，或一定的 主题、共同的兴趣、服务功能等为形成原则的 社会组织。如公共社区、商业区、大学区、海 滨活动区。化身人类社会互动的结果会形成复 杂的虚拟社会文化结构。
来自百度文库
虚拟地理环境举例 －Active Worlds
（3 ）
外表达镜像层面
外表达镜像层面：内表达数据层面的外化、知 觉化。 虚拟地理环境是由许多三维物件，如山脉、平 原、房屋、街道、树、云、化身等构成的三维 镜像世界，它是内表达层面的外化、知觉化。 化身人生活的虚拟地理环境，应该是可以多感 知（视觉、听觉、力觉等）的三维空间，其中 三维视觉感知是最主要的。外表达三维镜像层 面，让用户可以直觉地、高效地、逼真地与虚 拟地理环境中的虚拟物体和化身交互，从而为 虚拟地理环境的虚拟景观和社会系统的向前演 化提供了基础。
§1.2 虚拟地理环境的结构层面分类与特征
1.2.1
层面分类
（1）实境层面: 包括计算机、因特网、通讯与传感设备 、数据、图形等实体或符号。 （2）虚境层面: 包括基于文本、图形、图象、摄像等媒 介，通过交互、感知、认知和想象在人脑中形 成的三维虚拟世界以及在三维虚拟世界中主体 与主体相互交流交互形成的虚拟社会世界。 (Strate 1996)
1.5.3 虚拟地理环境的应用实践研究
1）数字城市工程，数字区域工程； 2）地学图解虚拟环境系统； 3）虚拟地理环境与区域可持续发展实践（区域可持续 发展虚拟决策支持环境, 虚拟地理环境的现实空间分 布与信息鸿沟问题）； 4）虚拟战场环境； 5）在线（远程）地理教学等.
第一章
虚拟地理环境概述
§ 1.1 虚拟地理环境概念
1 现实世界的地理环境 定义： 是指人类生存与发展的地球表层 。地球表层的空间范围一般是上至同温层的底 部，下到岩石圈的上部，指陆地往下5～6km， 海洋往下约4km（钱学森，1994）。 组成：地理环境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、经济环境、和社会文化环境相互联 结、相互作用的系统整体（刘南威，1998，胡 兆量，1998）。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。

半投入型的虚拟环境，有大屏幕投影方式、， 虚拟工作台（virtual workbench）方式等。三维 图形镜像投影在单个屏幕或者桌面上，参与者也 同样戴上立体眼镜观察三维物体，图形镜像不随 参与者头部的活动而快速更新。 投入型虚拟环境,有的一人参与（如头盔）；有的 多人同时参与，如 cave 系统、大屏幕投影式和虚 拟工作台式虚拟环境.
（4）
单主体感知认知层面
在虚拟地理环境中用户除了应用视觉器官感知 虚拟世界外，还可应用听觉、力觉、触觉，甚 至嗅觉、味觉等器官与虚拟物体进行信息交互 。 多感觉多通道的信息交互方式，让用户更加沉 融于虚拟环境中，并将大大扩展虚拟环境系统 和服务功能，最终将模糊虚拟地理环境与现实 地理环境的界线，使它们融为一体。 单主体感知认知层面：用户（化身）对虚拟环 境的感知与认知。 用户在虚拟环境中一般以化身表达，化身的形 状大小、高度性别、运动速度与方向将会影响 到用户对环境的感觉和认知。
1.4.1
投入型虚拟环境
投 入 型 虚 拟 环 境 （ immersive virtual environments ）是参与者作为虚拟三维世界的一 部分，人沉浸在虚拟世界里，探索行走，与虚拟 物体交互，具有如同在现实物质世界一样或相似 的感觉。参与者一般要戴上立体显示头盔、数据 手套、数据衣等。 完全投入型头盔式虚拟环境，是参与者要戴上头 盔，人完全与现实物质世界相隔离，当参与者移 动头部或转动头部时，三维镜像都要被立即更新 。
cave系统
投影式虚拟环境
不需戴眼镜的虚拟环境系统
不需要戴立体眼镜的虚拟现实 4Dvision公司开发
桌面微机虚拟环境
1.4.2

非投入型虚拟环境
非投入型虚拟环境 , 也可称分布式非投入 型虚拟环境，是指基于因特网和万维网的计算 机软硬件环境，该环境具有三维图形空间，参 与者可以从世界各地上网连接到该三维空间， 并以化身表示各自在该共享环境中的身份，并 进行相互交流。 参与者不必戴上立体显示头盔、数据手套、数 据衣等设备，只需要一般的计算机软硬件装置 。该环境强调的参与度与普及度，对参与者的 融入度不作为重点。该虚拟环境的建模工具一 般采用基于万维网的虚拟现实构模语言－VRML 。
§1.4

虚拟环境的分类
虚拟环境是指由硬件、软件和人组成的一个系统 ，该系统可以让人在计算机软硬件模拟产生的一个 虚拟三维空间中，自由地行走探索，并可多感知地 与他人或其他虚拟物体进行交互。 虚拟环境，可有不同的应用领域，如支持科学 研究、教育与培训、决策及大众娱乐等。 虚拟环境的发展，目前存在两个基本的方向： 一是基于虚拟现实技术的发展；二是基于因特网和 万维网的三维图形环境的发展。 从参与者的投入感划分，前者可称为投入型虚 拟环境，后者称为非投入型虚拟环境。