虚拟地理环境基本理论

虚拟地理环境概念 | 虚拟地理环境特征 | 虚拟地理环境理论研究框架

虚拟地理环境研究团队2大研究领域5个重点学术研究方向

I 面向“人”的地理信息系统与科学
基于个体的社会行为建模与模拟分析 | 地理视觉认知、视觉计算与地学可视化分析
II 遥感与（三维）GIS的集成方法与应用理论
超低空无人机遥感高分辨率信息获取与三维应用 | 地理三维遥感建模与遥感模拟实验 |
三维虚拟地理环境下的遥感同化原理与方法

虚拟地理环境基本理论

I 虚拟地理环境概念

虚拟地理环境，定义为是以化身人、化身人群、化身人类为主体的一个虚拟共享空间与环境，它既可以是现实地理环境的表达、模拟、延伸与超越，也可以是指赛博空间中存在的一个虚拟社会（社区）世界。

II 虚拟地理环境特征

虚拟地理环境，并不只是现实地理环境的简单映射、镜像、复制和模拟，而是以现实地理环境为基石的一种新的创造。虚拟地理环境的基本特征有：
— 以三维图形符号空间以及虚拟视觉空间为主要媒介和行为舞台环境；
— 既可用于表达地球表层系统中的多尺度地理现象与规律，也可以指赛博空间中的在线虚拟现实，如Second Life 等虚拟社区；
— 是一个地理环境的表达环境，也是一个以知识创造为目标的实验创新环境；
— 以“人”为中心，人既是参与者，又是旁观者，“人”以化身与智能体表达。人可以是用户，也强调对于地理环境中的“人”的表达；
— “虚拟”与人的地理思维、地理认知等相关，表现为主观能动性和创造性；
— 是一个主动的、分布式的智能协同虚拟环境；
— 是一个地理科学与美学的体验与体认环境。

III 虚拟地理环境理论研究框架

鉴于目前我们主要是从开放复杂性人地系统、虚拟与现实的关系、信息本质、地理景观感知与美学等来思考与理解虚拟地理环境的特征与概念，以及基于在地理思维与协同、虚拟地理实验、虚拟地理模拟等方面的工作来探索与研究虚拟地理环境的理论，我们从地理思想概念层次以及地理/地理信息科学层次尝试建立了一个虚拟地理环境基本理论初步研究框架（见下图）。在该框架中，地理认知与思维，又包括了地理空间认知、虚拟空间与社会认知、地理个体与群体思维；地理计算模拟，则包括地理时空建模与地理智能模拟。

虚拟地理环境研究团队2大研究领域5个重点学术研究方向

I 面向“人”的地理信息系统与科学

面向“人”地理信息科学的基本思想是：目前GIS所处理的对象主要是宏观的地理实体、现象、过程及其空间环境，而对于社会、经济活动中的个体、群体等的行为及其相关事件，却缺乏强有力的表达方法、模式。从地球表层系统的“人－地”关系看，当前的GIS是以面向“地”、不是面向“人”的基本理念设计并发展的。结合上述的关于GIS认识的基本理念，再结合“人”本身关于地理多感知、心智认知、地理思维等，建立面向“人”地理信息科学的相关研究内容框架（见图）。该框架从“人”的三个方面即“社会（个体、群体）”，“生理（身体）”，“心理（心脑）”总结地理信息科学中关于“人”的相关研究。在下图中，“社会（个体）”方面，主要是考虑人作为社会个体、群体的属性，包括多用户协同、个体出行行为、社会关系网络等；“生理（身体）”方面，主要是考虑人的生理特征（如视觉、听觉、力觉等多感知）与计算机/虚拟空间的交互关系，包括人机交互/交融界面、“适人化”虚拟环境、三维化身等；“心理（心脑）”方面，主要是指人的意识、思维、认知、想象、虚拟、概念、知识、意象等，包括地理思维、地理认知、计算/信息/知识可视化、地学图解与图谱等。

I-1 基于个体的社会行为建模与模拟分析
建立基于个体、群体以及社会关系网络的社会行为模型，并且在虚拟地理环境中开展动态可视化模拟与分析，涉及到面向“人”状态、活动行为的数据获取、大规模数据计算、行为动态可视化等，可用于公共卫生、突发事件、社会经济模拟等。

I-2 地理视觉认知、视觉计算与地学可视化分析
地学数据可视化、地学计算可视化、（地理）信息可视化、（地理）知识可视化，以及协同（地学）可视化、地学多维图解与图谱、地学可视分析论（Geo-Visual Analytics） 等概念及相关技术等都是地学可视化研究中非常活跃的研究方向与前沿。结合思维学、空间与视觉认知、视觉计算、可视化数据挖掘、可视化表达与分析学、知识可视化等研究地理视觉认知、地理个体思维、地理群体思维、以及地学协同可视化、地学可视化分析等。

II 遥感与（三维）GIS的集成方法与应用理论

随着航天/航空空间技术、传感器技术等的发展，以及全球环境变化、区域可持续发展、灾害响应与应急等研究与实践对于对地观测与空间信息技术等的巨大需求，遥感技术与应用发展迅速；同时，由于地球表层系统与多尺度地域人地系统的复杂性也导致了遥感信息机理、遥感定量分析、遥感信息到地学知识转换等研究的难度，从而使遥感学术界面临在理论、技术以及应用上的众多机遇与新的挑战，同时也表明了遥感处于一个新的繁荣发展与应用阶段。而在GIS领域，由于GIS技术的成熟、Google Earth的大众应用以及应用产业上规模的形成，虽然提出了地理信息科学的发展问题，但是近年来在GIS理论与方法上新思想、新概念等的创新与突破，不太活跃，进展缓慢。鉴于此，我们试求从地理信息科学与遥感科学集成上做一些思考与探索，希望突破传统“3S”（Remote Sensing、Geographic Information System、Global Positioning System）侧重于技术与应用上的集成，在更高的学科层次上推动思想、理论与方法上的集成与探索，从而促进研究同一对象即地球表层系统的遥感（信息）科学与地理信息科学的共同快速发展。

三个重点学术研究领域： 超低空无人机遥感高分辨率信息获取与三维应用；地理三维遥感建模与遥感模拟实验；三维虚拟地理环境下的遥感同化原理与方法。