電子地圖的空間認知差異研究范文

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1二維和三維電子地圖的空間認知特點

1.1二維電子地圖的空間認知特點

作為空間認知工具的電子化產品，二維電子地圖具有許多不同于紙質地圖的特點，如靈活性、動態性、可交互性等。其空間認知與紙質地圖相比的特點為:①認知內容的動態性，用戶在認知過程中可以任意調整地圖范圍和圖幅，也可以利用同一區域不同比例尺的地圖進行對比認知，也可以選擇不同的地圖要素、層級以及不同的顯示方式進行認知;②認知手段的交互性，二維電子地圖的認知既能通過地圖閱讀來實現，也提供有查詢、量算和分析的交互性工具來輔助認知;③制圖過程以及讀圖過程的模糊化，實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踐者。

1.2三維電子地圖的空間認知特點

三維電子地圖具有電子地圖的基本特征，其空間認知的特點主要表現在以下兩點:

(1)認知效率更高。

三維電子地圖通常采用符合人們視覺習慣的透視投影，利用逼真的三維地圖符號，直觀、形象地表示出人們日常活動空間內的地貌、地物要素，其瀏覽方式比較貼近人類對自身所處環境的感知方式。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，其認知代價更小，認知效率更高。

(2)認知維度和深度更廣

。三維電子地圖不僅能表達空間對象間的平面關系，而且能表達它們之間的垂向關系。另外，三維電子地圖的認知深度主要體現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知模式差異

這里的地圖空間認知模式是指人們利用地圖獲取空間信息、認識周圍環境的方式方法和基本過程的統稱。二維和三維電子地圖的認知方法是不一樣的，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。地圖空間認知與人的認知具有相同的過程，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或者三維地形地物刺激人的感官產生視覺、聽覺等感覺興奮，由此大腦根據感覺形成客觀事物個別屬性的認識，再通過知覺過程大腦將各種感覺進行綜合，形成對客觀事物的各種屬性、各個部分及其相互關系的整體反映。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的視覺圖形刺激，但是僅有地圖符號的圖形刺激人們并不能認識客觀事物，還需借助圖式規范才能完成。三維電子地圖的感知則是“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、運動覺等等。例如在感知橋梁符號時，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，然后根據圖式規范才知道是橋梁，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、飛機等物體的運動。在具體的知覺過程中，三維電子地圖的知覺形成更容易，因為三維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有差異。

3二維與三維電子地圖的空間認知效果差異

3.1空間格局認知

(1)位置認知

位置認知主要解決空間事物“在哪”的問題，有兩種認知實現的方式，即絕對坐標和相對位置的認知方式。絕對坐標的認知方式中，與紙質地圖相比，電子地圖具有獨特的優勢，因為電子地圖可以實現圖上坐標的實時跟蹤顯示，且三維電子地圖優勢更明顯，還能支持高度值的實時查看。相對位置的認知方式如某個地物附近，某兩條道路的交叉口等，二維和三維電子地圖利用相對位置進行位置認知的效果存在較大差異。對于二維電子地圖，點狀地物識別相對困難，主要通過地圖注記來實現，而道路交叉口和大面積區域則很容易識別，所以利用道路交叉口和面狀區域進行位置認知的效果較好。對于三維電子地圖，道路往往缺少名稱注記，但重要的地標可以通過仿真模型展示，用戶很容易識別，所以利用地物進行位置認知的效果較好，特別是在用戶對周圍環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面即可快速識別，而位置B在三維電子地圖中通過裕達國貿酒店附近可快速識別，通過二維電子地圖進行識別則相對困難。

(2)距離認知

距離認知主要解決將圖上距離轉化實地距離的問題，有三種認知的方式，即物理距離式、主觀距離和時間距離的認知方式。物理距離認知方式通過圖上量算來實現，紙質地圖經過圖上量算后還需通過比例尺轉換，而電子地圖通過提供的距離量算工具則能直接獲取結果。主觀距離認知方式受地圖表達形式、用戶熟悉程度、經驗知識等因素影響，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點到C點的距離大于A點到B點距離，而三維電子地圖中則很容易得出A點到C點的距離小于A點到B點的距離。時間距離是一種通過運動模擬來實現的認知方式，三維電子地圖中采用較多，例如采用汽車正常行駛1個小時的車程來表達。另外三維電子地圖還能進行垂直距離的認知，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做一定比例的調整，導致垂直距離的認知結果存在較大差異。

(3)方向認知

方向認知能夠實現方位定向和相對方位判斷兩種功能。方位定向與用戶使用地圖時的朝向關系密切，二維電子地圖大都采用“上北下南，左西右東”固定模式，用戶使用地圖時通常是用戶朝向與地圖北向一致，用戶作方位定向判斷時需要進行一次心理旋轉;三維電子地圖在瀏覽過程中通常會進行旋轉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也需要進行一次心理旋轉。但是兩者心理旋轉的方式是不一樣的，對于二維電子地圖而言是由地圖正北方向旋轉到用戶朝向方向，三維電子地圖則是由用戶朝向方向旋轉到地圖正北方向。相對方位判斷對于二維電子地圖而言比較容易實現，判斷時只需遵循“上北下南，左西右東”規則即可，而三維電子地圖則首先需要找到基準方向(即根據導航標志找到“北”方向)才能進行判斷。所以三維電子地圖進行方向認知時導航標志三維電子地圖右上角圈形正北標志)非常關鍵，如果沒有導航標志用戶很容易陷入方向迷失。

3.2空間對象認知

(1)目標認知

目標認知主要指在地圖上首先容易被注意的目標識別，主要分為點目標的認知、線目標的認知和面目標的認知三個方面。在二維電子地圖中，容易被注意的點目標主要是火車站、橋梁等，其他建筑地標的識別則沒有三維電子地圖效果好，因為在三維電子地圖中建筑地標通常采用三維立體模型進行展示。例如圖2三維電子地圖中首先被識別就是“裕達國貿酒店”地標模型，二維電子地圖中識別效果則不太明顯。線目標的識別主要是一些貫穿圖面的道路、河流，面目標的識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知效果差不多。

(2)形狀認知

形狀認知主要指通過地圖能夠識別出的現實客觀事物的外形、輪廓等，主要分為點目標的形狀認知、線目標的形狀認知和面目標的形狀認知。點目標的形狀認知在二維電子地圖中通常無法完成，因為其點狀符號都是經過概括抽象后形成的，已經丟失了現實客觀事物本身的外形;而三維點狀目標通常采用立體模型顯示，不但可以識別目標外形，目標的其他屬性如材質等也能識別。線目標的形狀認知主要能夠指識別線目標的曲直以及彎曲走向，面目標的形狀認知主要指能夠識別面目標的外圍輪廓，這兩者二維和三維電子地圖的認知效果相當。另外，通過三維電子地圖很容易就能識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困難，專業性較強。

3.3空間認知效果分析

根據以上分析，結合筆者對50名被試的認知實驗，形成二維和三維電子地圖的空間認知效果作對比。認知實驗中認知效果的量化以認知是否正確和認知時間作為指標，認知錯誤則判定效果差，認知正確但花費時間較長則效果一般，認知正確且花費時間短則效果好。總體而言，二維電子地圖對空間格局的認知效果較好，而三維電子地圖對空間對象的認知效果較好。二維電子地圖側重于借助節點(如道路交叉口)、區域進行位置認知，三維電子地圖側重于借助地標進行位置認知，兩者各有優勢且效果相當。在距離和方向認知中，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致認知結果有時會出現偏差，認知效果一般。在目標和形狀認知中，三維電子地圖發揮了其形象直觀的優勢，認知效果較好。根據對二維、三維電子地圖的空間認知效果差異的分析，得出以下兩方面啟示:對于電子地圖產品開發者而言，應注意避免造成認知效果差的相關因素，如三維電子地圖中需設計方向明顯的導航標志，二維電子地圖距離量算也可以給出時間距離的參考;對于地圖使用者而言，應根據認知的目的選擇使用認知效果好的電子地圖產品，即如果側重于空間格局認知應選擇使用二維電子地圖產品，如果側重于空間對象認知應選擇使用三維電子地圖產品，必要時可以考慮兩者交互集成使用。

4結束語

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

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

(2)空間認知模式方面，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)二維電子地圖對位置、距離、方向等空間格局的認知效果較好，而三維電子地圖對目標、形狀等空間對象的認知效果較好。本文的研究有助于更好地設計、制作符合人們認知需求的二維、三維電子地圖產品，同時有助于指導人們利用二維、三維電子地圖認知周圍環境時發揮認知優勢、避開認知劣勢。隨著電子地圖的廣泛應用，對其空間認知研究還需進一步深入，下一步的研究工作包括電子地圖的空間認知評價體系建立，二維和三維電子地圖交互集成的空間認知模式等。（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地理空間信息學院65014部隊