虚拟地理环境的基本理论主讲人:吴学文 wxwfznu@空间信息科学与工程系Virtual Geographic Environments一 虚拟地理环境二 虚拟地理学和虚拟地理实验一 虚拟地理环境v虚拟地理环境的概念v虚拟地理环境与真实地理环境的关系v虚拟地理环境的层面分类和特征v虚拟地理环境的演化v现实生活走进虚拟世界主要内容地理环境是指人类生存与发展的地球表层包括作为主 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 虚拟地理环境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，和虚拟社会、政治和文化环境也是一个 复杂的、非线性的、自组织可自行演化的系统 Ø1 虚拟地理环境的概念अवतारअवतार :avatar:化身化身人类:是表示现实界中 的人与虚拟界中的化身相 结合后的集合整体 2 虚拟地理环境与现实地理环境的关系1) 虚拟地理环境中的部分世界是以现实地理 环境为对象,通过数字化表达、真实性地模拟 现实地理环境中的在场的可见地理自然景观 、地理人文景观以及不可视但可感的人口、 社会、经济和政治结构分布和功能特征,是现 实地理环境世界在另一不同的时空媒介背景 下的分化和重组。
2) 虚拟地理环境的部分世界,表达与反映 现实地理环境中不在场的、可能多样化存 在和发生的现象和过程2 虚拟地理环境与现实地理环境的关系3) 虚拟地理环境的部分世界仅是在逻辑上 可能的、在现实中不存在的事物或现象,它 们与现实地理环境世界没有对应关系虚拟地理环境真实地理环境虚拟地理环境包括虚拟界中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 实境层面包括计算机、因特网、通信与传感设备 、数据、图形等实体或符号；虚境层面则包括基于文本、图形、图像、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 3 虚拟地理环境的结构层面分类与特征实境层面地理位置层面内表达数据层面外表达境象层面虚境层面单主体感知认知层面互主体社会层面技术系统 组成以及 用户的感 知、认知 和社会行 为视角:3.1实境层面3.1.1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，它在网络系统中是唯一的作为 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 ，可称为地理位置空间 3.1实境层面3.1.2 内表达数据层面空间属性数据非空间属性数据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 ，这有赖于国家空间数据基础设施的建 设和完善3.1实境层面3.1.3外表达镜像层面虚拟地理环境是由许多三 维物件，如山脉、平原、 房屋、树、化身等构成的 三维境象世界，它是内表 达数据层面的三维图形视 觉表达:三维透视和双眼 立体视觉 3.2 虚境层面3.2.1单主体感知、认知层面虚拟手移动物体（用户可感觉到力反馈）行走 飞翔不同的动作产生的不同的认知3.2 虚境层面3.2.2 互主体社会层面虚拟社群（社区）：以一定的虚拟空间区域，或一定 的主题、共同兴趣、服务功能等为原则形成的社会组 织虚拟企业：利用因特网，把在地理空间上分散的个人 或团体、经济实体，以完成某一特定的活动、工程或 项目，组合联接起来，可在世界范围内虚拟运作的经 营实体4 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4.1 虚拟群落社会1) 相聚随机性 2) 交流形式单一 3) 成员多以一对一交谈， 也可以多人在一起交谈 4) 身份随时可变4.2 虚拟村落社会1) 身份固定 2) 一定数量的成员 3) 成员有自己的住所 4) 村落面积不大 5) 一定的社会政治结构 6) 有一定的村落秩序 7) 可从事一定的经济行 为或活动4.3 虚拟城市社会1) 较大数量的成员（一般 在几万、几十万以上 ） 2) 空间范围广阔 3) 有自己的法律 4) 社会、政治、经济结构 复杂6 虚拟地理环境系统6.1 概念虚拟地理环境系统：指基于因特网、万维网的多 用户虚拟三维环境，可用于发布地学多维数据， 模拟和分析复杂的地学现象过程，支持可视和不 可视的地学数据解释、未来场景预见(现)、设计 规划和决策等；同时它也可以用于教育、旅游和 娱乐。
其中，三维空间，既可以是对应于现实地 理环境的地理空间，是现实地理空间的表达与仿 真，也可以是一个用于协同工作、支持群体决策 的虚拟地理试验与工作空间6.3 虚拟地理环境系统的数据模型1）地学数据是以三维或多维为主的，数据库应该是三维数据 库要真实地描述表达地学现象或过程，就需要一定时空分 辨率的地学数据，这会导致复杂的空间形态和海量的数据 另外，地学数据有许多种类，并各有其不同的特点2) 地学数据的多感知表现虚拟地理环境系统，把用户(观察 者/参与者)及其与地学数据的多感知实时动态交互能力，提高 到一个系统核心的地位，从而使其数据模型设计与传统的相 比有较大的区别3) 复杂异构的因特网环境数据模型设计必须考虑因素6.3 交流交互方式 用户与用户的通信交互在分布式虚拟环境中，用户与用户的通信交互 实现，一般采用基于三维化身 和文本对话、声音实 时对话、或实况摄像传播相结合的综合方式用户与三维虚拟世界的交互主观方式，也可称为箱子内观测方式 (In-Box View)或参与 者体验方式 (Insight View)，它表示用户在三维空间内行走 、探索，有很强的融入感和参与感，这与人在城市中穿越 街道的空间感知相类似； 客观方式，也可称为箱子外观测方式 (Out-Box View)或鸟 瞰方式 (Bird View，Top View)，它表示用户在高处观测三 维虚拟世界，这类似于人在飞机上观看地面景观 。
虚拟地理学与虚拟地理实验Virtual Geographic Environments空间信息科学与工程系Ø地理学Ø虚拟地理学Ø虚拟地理实验Ø虚拟地理环境的研究现状2.2 虚拟地理学的概念虚拟地理学可定义为研究虚拟地理环境的特征与规律，以 及虚拟地理环境和现实地理环境相互关系的一门科学 现实地理学与虚拟道理学的相互关系虚拟地理实验以地理科学数据为基础， 通过计算、 模拟、可视化， 人的实时参与、互动与操控， 寻找、验 证并建立地理模型， 以获取表达地理现象与过程的关系 、结构与规律它既可以与野外定位地理实验、室内物理模型实验 相对应、关联与互补， 也可以是在现实中很难实施物理 实验而可依据某些地理特征、现象与规律虚拟构建的地 理实验它不仅可广泛应用在传统实验地理学聚焦的自然地 理研究领域， 也日益成为经济地理学以及人文地理学的 重要研究方法4 虚拟地理实验虚拟地理实验的类型混合虚拟地理实验是将现实地理实验和虚拟地理实验结 合、互动而形成的一种虚拟地理实验方式,它可以实现 软件、硬件的结合,也可以实现虚拟和现实的同步完全虚拟地理实验完全使用虚拟现实技术对地理实验进行 模拟，是虚拟地理实验发展的高级阶段;或是无法同现实相 关联、进行同步实验，或无法重现的地理现象的实验,。