本书总结了十多年来与社会科学相关的地理可视化技术的进展。全书概述了地理可视化15个专题内容，主要包括数字地球、时间地图、叙事地图、虚拟旅行、高分辨率航空相片、可视城市、景观可视化、数据共享、不确定性可视化，以及移动数据可视化等广受欢迎的方法、技术和软件，为此领域的研究和教学提供支持。

译者序 2013年12月，我完成了荷兰地图学家M. J. Kraak教授和F. Ormeling教授合著的《地图学空间数据可视化》（CartograpgySpatial Data Visualization）一书的翻译，这项耗时将近一年半的工作，让英文基础较为薄弱的我费尽心血，也让专门从事虚拟地理环境、空间数据可视化教学的我受益匪浅。《地图学空间数据可视化》系统描述了网络时代地图学和地理信息科学发生的革命性变化，介绍了地理空间数据可视化表达和分析的技术，展示了许多地理空间数据可视化的应用。书中关于动画地图、时空立方体、多视图协同等技术的论述，展示了一个绚丽的地图可视化天地，而追本溯源，我发现书中引用的很多资料都指向了2008年出版的一本著作——《地理可视化：概念、工具和应用》（GeoVisualization: Concepts, Tools and Applications）。认真阅读之后，感觉地理可视化的研究范畴较之地图可视化更广阔，这些技术可以让我们从更加广阔的角度审视地理可视化，甚至是可视化，包括它们的概念、工具和应用，于是，我产生了一鼓作气、再次翻译的冲动。 可视化（Visualization）常用于表达“使某物或某事可见的动作或事实”，是对原本不可见的事物在人的大脑中形成可感知心理图像的过程或能力。随着计算机技术的发展，图像生成技术已经可以将一些科学现象、自然景观、甚至是十分抽象的概念图形化，并逐渐形成了科学计算可视化研究领域。1987年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）在一份关于优先支持科学计算可视化的报告中，将可视化定义为“是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟和计算的过程和结果。可视化包括图像的理解和综合，也就是说，可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复杂的多维数据生成图像。它主要研究人和计算机怎么协调一致地接收、使用和交流视觉信息”。因此，可视化通常被认为既是一个生成图形图像的过程，也是一个认知的过程，用于形成某一事物的可感知图像，强化人类的认知理解。 但是，对于地图学家和地理学家而言，将地理空间数据转换为可视图形（图像）的过程并不陌生，早在可视化成为信息技术的专业术语之前，他们就一直从事着类似的图形（图像）转换工作，诸如地图编制、地理图解、专题制图等。美国国家科学基金会提出优先支持科学计算可视化这一举措，立刻引起了地图学家和地理学家的关注，并将可视化引入到地图学和地理学当中。 地图学和可视化的结合形成了地图可视化理论。1994年，国际地图学协会主席Taylor提出了著名的地图学概念图解，他将计算机技术的标准化、交流传输与认知分析图解为一个等边三角形，其中，具有交互和动态特征的可视化位于等边三角形的中心，作为概念图解的核心。据此，Taylor认为地图可视化和多媒体技术将对传统的地图学传输模型产生重要影响，地图可视化的认知涉及人的空间模式识别和图形形象思维的能力，而可视化中的认知具有比交流传输更为有意义的因素，遗憾的是地图学家总是较少涉及地图应用和地学分析。1995年，MacEachren使用地图应用立方体（Map Use Cube）表达地图应用空间，以及可视化和交流传输在立方体空间中不同的位置和作用。他强调可视化与交流传输处于地图应用立方体的不同位置，各自发挥不同的作用；交流传输具有表达已知、面向大众、较低人图交互作用的特点，而可视化具有呈现未知、面向个人、较高人图交互作用的特点。Kraak进一步认为可视化表现在探索（Explore）、分析（Analyse）、综合（Synthesise）和表达（Present）四个方面，它们分别位于地图应用立方体的对角线上，用以明确“个体视觉思维”和“公众视觉传输”的位置和作用。上述地图可视化理论的形成都促进了地图的发展，逐渐形成了现代地图学的基本框架。 类似地，地理学与可视化的结合形成了地理可视化（GeoVisualization）理论。地理可视化融合了科学可视化、（探索性）地图学、图像分析、信息可视化、探索性数据分析和地理信息系统等多个学科的手段，它提供可视探索、分析、综合和表达地理空间数据的理论、方法和工具。MacEachren认为，地理可视化的研究范围要大于地图可视化，例如，在地图可视化中，遥感图像、图表、摄影影像等的可视化并不作为重点研究的对象。因此，MacEachren倾向于使用地理可视化的概念，并指出它包含了所有空间显示工具，而这些所有空间显示的集合就是现代地图学中所指的可视化。同时，DiBiase针对科学可视化、数据探索分析，以及地理科学的应用，提出了地理可视化的作用框架，强调地理研究过程中地图的作用，包括数据探索，假设形成并确证，综合合成，到最后的结果表达与呈现。 本书呈现的地理可视化内容，较MacEachren、DiBiase提出的概念更为宏大，它探索与社会科学家相关的地理可视化的“发展现状”，特别是回顾当前广受欢迎的方法、技术和软件工具，并报告新型应用的发展，为这个领域的研究和教学提供支持。全书共分16章，讲述了与地理可视化相关的15个专题内容，包括数字地球、多视图协同探索、时间地图、叙事地图、虚拟旅行、高分辨率航空相片、自组织映射、可视城市、三维的批判性评估、先进沉浸技术、景观可视化、数据共享、不确定性可视化、时空立方体，以及移动数据可视化。 本书的作者来自美国、英国、荷兰和澳大利亚等大学或研究所中从事地理可视化研究的地理学教授、可视化专家、高级研究员等，其中不乏像M. F. GoodChild、M. J. Kraak和W. Cartwright等地理学领域的著名专家，研读类似论文使得我们有机会近距离聆听著名学者的谆谆教诲，让我们受益匪浅。不过，这也决定了本书不会讲述具体地理可视化技术的实现过程，相反，几乎所有的内容都站在很高的视点描述相关的主题内容，指出当前地理可视化技术存在的问题，为我们指明了地理可视化的发展方向。例如，第三章“多视图协同探索地理可视化”就指出，信息时代的数据正在以惊人的速度产生，由于目前的科技和技术还无法对其进行透彻的分析，我们只能先把它们存储下来，以便今后的利用；而这不正是现在我们提出的大数据（Big Data）的概念吗？本书的高屋建瓴还表现在对于一些传统知识的深刻总结方面。例如，第十章“第三维的阵痛：对三维地理可视化的批判性评估”描述了我们经常提及的二、三维表达的问题。对于这个问题，任何接触过三维的人都可以体会到三维为我们带来了许多视觉上的优点和缺点，但是很少有人像Ifan D. H. Shepherd做出如此深刻的总结，他不仅指出从二维到三维带来的四个方面的好处，也指出其带来的缺陷，并且提出了八种不同的解决方案。在“为了三维而三维的时代”，就好比醍醐灌顶，给我们在荆棘中拨开了一条明路。 翻译外文专著是一项工作量巨大的工程，期间得到了老师、同学、朋友、家人的无私帮助和谅解，正是在这些帮助和谅解之下，翻译工作得以有条不紊地进行。首先感谢原书的二十四位作者，正是由于他们的辛勤劳动，使得我们有幸能够了解更为广阔的地理可视化内容。其次感谢我的三位合作者：陈卓老师、龚建华研究员和马嘉琳同学。翻译之初，为了确保在翻译质量方面不出太大的纰漏，我特意邀请信息工程大学理学院的英语教师陈卓参与这一项工作，现在看来，陈卓老师的专业能力和敬业精神是本书得以准确翻译的重要基础。龚建华研究员作为我的博士后合作导师，在百忙之中认真审阅了全书，提出了许多宝贵的意见。马嘉琳同学也为本书的翻译做出了许多贡献。总之，如果没有他（她）们的辛勤工作和无私奉献，我难以完成这项工作。感谢西南交通大学的朱庆教授、信息工程大学地理空间信息学院的游雄教授在百忙之中审阅了书稿，并热情地帮忙撰写了推荐意见。感谢电子工业出版社的薄宇老师，为本书的编辑、审校、出版付出了大量的心血。最后需要感谢的是我的爱人和儿子，我几乎每天到凌晨一点多的加班，导致爱人和儿子都养成了晚睡的习惯，但是仍然一如既往地支持着我，他们的无私包容和理解，是本书得以完成的重要保障。 由于本书内容广泛，涉及许多国际上最新的专业词汇和学术用语；尽管在翻译的过程中，我们试图通过各种途径保证翻译内容的准确性、规范性，但是由于专业知识水平的限制，仍然不可避免地存在不足甚至错漏之处。最后，希望大家以包容的心态阅读本书，如有对译著的任何有益的意见和建议，欢迎发送邮件至mapviewer@163.com，在此致以深深地感谢！ 本书的出版同时得到了信息工程大学地理空间学院出版基金和国家自然科学基金项目（41371383）的资助，在此致以我最诚挚的谢意！ 张锦明 2015.03.15

1 地理可视化的力量 1 1.1 目的 2 1.2 地理可视化的本质 3 1.3 可视化过程 5 1.4 数字转变和地理可视化 6 1.5 可视化的政治性 9 1.6 地理可视化的效用 10 1.7 结论 11 参考文献 13 2 Google Earth对社会科学意味着什么 15 2.1 引言 16 2.2 谷歌地球的主要特性 18 2.3 基本空间概念 22 2.4 社会视角 26 2.5 研究的挑战 28 2.6 结论 30 参考文献 31 3 多视图协同探索地理可视化 33 3.1 引言 34 3.2 数据准备 37 3.3 信息可视化 41 3.4 交互和操作 45 3.5 工具和工具包 53 3.6 结论 54 参考文献 55 4 动画地图在地理可视化中的作用 63 4.1 前言 64 4.2 时间类型 67 4.3 动画地图的本质 68 4.4 动画地图的潜在问题 72 4.5 结论 78 参考文献 79 5 新地图讲述老故事 83 5.1 前言：重新可视化我们的世界 84 5.2 研究方法和内容 84 5.3 香槟酒杯状的收入分布图 122 参考文献 124 6 再论虚拟漫步在使用非沉浸式多媒体 探索局部地理中的应用 125 6.1 前言 126 6.2 昆斯克利夫视频地图集 129 6.3 地理探索馆 130 6.4 汤斯维尔地理知识项目 137 6.5 朱厄尔区域原型 139 6.6 墨尔本历史建筑展示产品 141 6.7 测试用户的空间和位置感知 142 6.8 进一步的开发工作 154 6.9 结论 155 致谢 155 参考文献 156 7 高分辨率航空相片可视化在房产规划相关研究中的应用 159 7.1 前言 160 7.2 航空摄影在房产规划相关研究中的应用 167 7.3 航空摄影、房产和监控 171 7.4 结论 176 参考文献 177 8 地理要素的高分辨率自组织映射 179 8.1 引言 180 8.2 自组织映射 182 8.3 高分辨率SOM 183 8.4 气候属性的高分辨率SOM 188 8.5 总结和展望 201 致谢 203 参考文献 203 9 可视城市 205 9.1 数字空间的发展 206 9.2 创建位置和空间 208 9.3 可视城市和可视地球 213 9.4 虚拟社交空间的发展 216 9.5 可视城市的未来：个人城市 223 参考文献 224 10 第三维的阵痛：对三维地理可视化的批判性评估 225 10.1 前言 226 10.2 2D到3D，我们获得了什么 228 10.3 3D视图的一些问题 232 10.4 结论 245 致谢 246 参考文献 247 11 先进沉浸技术在地理可视化中的应用 253 11.1 前言 254 11.2 人类视觉系统 255 11.3 创建大型可视化系统 264 11.4 规则和建议 268 11.5 未来——更好用、更便宜 271 参考文献 272 12 景观可视化：科学和艺术 275 12.1 景观可视化：使用情境 276 12.2 对地面实况的需求 278 12.3 野外实践的成果 280 12.4 拓展上下文 283 12.5 Chat Moss案例研究 284 12.6 讨论 294 12.7 结论 296 致谢 297 参考文献 297 13 可视化、数据共享和元数据 299 13.1 前言 300 13.2 数据文档倡议与聚合数据扩展 300 13.3 DDI在英国历史GIS中的应用 305 13.4 “图看古今英国”中的可视化驱动 310 13.5 结论 319 致谢 321 参考文献 321 14 使不确定性可用：不确定性信息的可视化方法 323 14.1 前言：不确定性表达的需求 324 14.2 不确定性的复杂性 325 14.3 不确定性可视化：以用户为中心的研究议程 335 14.4 结论 337 参考文献 337 15 地理可视化和时间——时空立方体的新机遇 341 15.1 前言 342 15.2 H＆auml;gerstrand的时间地理学和时空立方体 343 15.3 时空立方体的基础 345 15.4 时空立方体的应用 347 15.5 讨论 355 参考文献 356 16 可视化移动电话采集的数据 359 16.1 前言 360 16.2 可视化什么 361 16.3 如何可视化表达这些数据 363 16.4 案例研究 366 16.5 讨论 370 16.6 结论 371 参考文献 372 术语表 375