虛擬地理環(huán)境第一章虛擬地理環(huán)境概述

第一章虛擬地理環(huán)境概述

§1.1虛擬地理環(huán)境概念1現(xiàn)實(shí)世界的地理環(huán)境定義：是指人類生存與發(fā)展的地球表層。地球表層的空間范圍一般是上至同溫層的底部，下到巖石圈的上部，指陸地往下5～6km，海洋往下約4km（錢學(xué)森，1994）。組成：地理環(huán)境是包括作為主體的人類社會(huì)以及圍繞該主體存在的一切客觀環(huán)境，是由自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、和社會(huì)文化環(huán)境相互聯(lián)結(jié)、相互作用的系統(tǒng)整體（劉南威，1998，胡兆量，1998）。現(xiàn)實(shí)世界的地理環(huán)境是一個(gè)自主、可自我演化的客觀實(shí)體，表示的是人類社會(huì)與其復(fù)雜環(huán)境的相互關(guān)系。2虛擬地理環(huán)境

定義：也是一個(gè)客觀實(shí)在，它可定義為包括作為主體的化身人類社會(huì)和圍繞該主體存在的一切地理環(huán)境。

組成：包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境、虛擬圖形鏡像環(huán)境，虛擬經(jīng)濟(jì)環(huán)境，以及虛擬社會(huì)、政治和文化環(huán)境?；砣祟悾菏潜硎粳F(xiàn)實(shí)界中的人與虛擬界中的化身（avatar）相結(jié)合后的集合整體?；硎怯脩粼谔摂M界中的三維圖形表達(dá)。圍繞化身人類主體的虛擬數(shù)據(jù)和圖形鏡像環(huán)境是三維空間的，并且是虛擬地理環(huán)境存在與發(fā)展的基礎(chǔ)。有了具有統(tǒng)一坐標(biāo)系的三維世界，化身人在虛擬界、網(wǎng)絡(luò)世界中就有了生存的地方、生存的家和活動(dòng)的場(chǎng)所。從地理學(xué)的角度也就有了關(guān)于化身人類社會(huì)與虛擬空間、虛擬位置相互關(guān)系的虛擬地理學(xué)。§1.2虛擬地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)層面分類與特征

1.2.1層面分類（1）實(shí)境層面:

包括計(jì)算機(jī)、因特網(wǎng)、通訊與傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)、圖形等實(shí)體或符號(hào)。（2）虛境層面:

包括基于文本、圖形、圖象、攝像等媒介，通過交互、感知、認(rèn)知和想象在人腦中形成的三維虛擬世界以及在三維虛擬世界中主體與主體相互交流交互形成的虛擬社會(huì)世界。(Strate1996)1.2.2層面解釋－地理位置層面

－內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)層面

－外表達(dá)鏡像層面

－單主體感知認(rèn)知層面

－互主體社會(huì)層面

（1）地理位置層面虛擬地理環(huán)境由眾多的計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)組成，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都落實(shí)在某一地理位置上，并賦予一個(gè)遵循TCP/IP協(xié)議的IP地址，有了IP地址，計(jì)算機(jī)就可以作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)連通的節(jié)點(diǎn)。地理位置空間：根據(jù)地理位置而形成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分布空間。節(jié)點(diǎn)拓?fù)淇臻g：如果不考慮地理位置，只考慮網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的相互聯(lián)接關(guān)系，那么就形成了節(jié)點(diǎn)的拓?fù)淇臻g，節(jié)點(diǎn)拓?fù)淇臻g是一個(gè)邏輯空間。（2）內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)層面內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)物理介質(zhì)中，用于表達(dá)虛擬地理環(huán)境的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)要通過其它計(jì)算機(jī)操作，如文件或數(shù)據(jù)庫(kù)打開、圖形處理等，才能被感知到，所以稱為內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)。內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)層面的空間數(shù)據(jù)形式一般有點(diǎn)、線、面和體。但虛擬地理環(huán)境的三維支撐空間應(yīng)是面或體結(jié)構(gòu)。

（3）外表達(dá)鏡像層面外表達(dá)鏡像層面：內(nèi)表達(dá)數(shù)據(jù)層面的外化、知覺化。虛擬地理環(huán)境是由許多三維物件，如山脈、平原、房屋、街道、樹、云、化身等構(gòu)成的三維鏡像世界，它是內(nèi)表達(dá)層面的外化、知覺化。化身人生活的虛擬地理環(huán)境，應(yīng)該是可以多感知（視覺、聽覺、力覺等）的三維空間，其中三維視覺感知是最主要的。外表達(dá)三維鏡像層面，讓用戶可以直覺地、高效地、逼真地與虛擬地理環(huán)境中的虛擬物體和化身交互，從而為虛擬地理環(huán)境的虛擬景觀和社會(huì)系統(tǒng)的向前演化提供了基礎(chǔ)。（4）單主體感知認(rèn)知層面在虛擬地理環(huán)境中用戶除了應(yīng)用視覺器官感知虛擬世界外，還可應(yīng)用聽覺、力覺、觸覺，甚至嗅覺、味覺等器官與虛擬物體進(jìn)行信息交互。多感覺多通道的信息交互方式，讓用戶更加沉融于虛擬環(huán)境中，并將大大擴(kuò)展虛擬環(huán)境系統(tǒng)和服務(wù)功能，最終將模糊虛擬地理環(huán)境與現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境的界線，使它們?nèi)跒橐惑w。單主體感知認(rèn)知層面：用戶（化身）對(duì)虛擬環(huán)境的感知與認(rèn)知。用戶在虛擬環(huán)境中一般以化身表達(dá)，化身的形狀大小、高度性別、運(yùn)動(dòng)速度與方向?qū)?huì)影響到用戶對(duì)環(huán)境的感覺和認(rèn)知。（5）互主體社會(huì)層面互主體社會(huì)層面：化身人對(duì)化身人、化身人對(duì)化身社會(huì)、化身人對(duì)虛擬環(huán)境的感覺和認(rèn)知。虛擬地理環(huán)境表達(dá)的是化身人主體之間（即互為主體），以及化身人類社會(huì)主體與軟硬件環(huán)境、虛擬數(shù)據(jù)圖形環(huán)境等的相互關(guān)系?；砣耸亲匀蝗伺c化身的結(jié)合。虛擬地理環(huán)境中的化身是化身人類在虛擬界中的身份，采用不同的形態(tài)、性別的化身會(huì)影響化身人類在虛擬界和現(xiàn)實(shí)界的心理狀態(tài)和社會(huì)行為。虛擬地理環(huán)境的互主體社會(huì)行為還表現(xiàn)在虛擬社群（社區(qū)）的不同形態(tài)、特點(diǎn)與運(yùn)作上。虛擬社群是指以一定的虛擬空間區(qū)域，或一定的主題、共同的興趣、服務(wù)功能等為形成原則的社會(huì)組織。如公共社區(qū)、商業(yè)區(qū)、大學(xué)區(qū)、海濱活動(dòng)區(qū)?；砣祟惿鐣?huì)互動(dòng)的結(jié)果會(huì)形成復(fù)雜的虛擬社會(huì)文化結(jié)構(gòu)。虛擬地理環(huán)境舉例

－ActiveWorldsActiveWorlds主頁(yè)ActiveWorldTourActiveWorlds演化§1.3虛擬地理環(huán)境的孕育演進(jìn)

虛擬群落社會(huì)虛擬村落社會(huì)虛擬城市社會(huì)（1）虛擬群落社會(huì)虛擬群落社會(huì)：是僅有虛擬空間，沒有位置的社會(huì)，是虛擬地理環(huán)境的孕育階段。例如，因特網(wǎng)中的在線交談社群，就是虛擬群落社會(huì)，這個(gè)社群中的成員一般是隨機(jī)的、不確定的，現(xiàn)實(shí)生活中的英語角就類似于網(wǎng)絡(luò)中的虛擬社群。（2）虛擬村落社會(huì)虛擬村落社會(huì)是從游牧不滯的虛擬群落社會(huì)演化而來，村落社會(huì)成員開始擁有固定的二維或三維空間位置，并建立自己的家居。成員之間的相互關(guān)系變得穩(wěn)定、長(zhǎng)久，村落社會(huì)將具有虛擬三維地理景觀，并將其景觀作為空間的記憶標(biāo)志，有助于成員的記憶和村落社會(huì)生活的展開和社會(huì)的發(fā)展。（3）虛擬城市社會(huì)隨著村落社會(huì)的發(fā)展，村落會(huì)越來越大，成員人口會(huì)越來越多，村落就會(huì)發(fā)展為城市，所以虛擬村落社會(huì)發(fā)展到一定階段，就演變?yōu)樘摂M城市社會(huì)。對(duì)于虛擬城市社會(huì)的虛擬城市，其人口（注冊(cè)成員和訪問成員）一般在幾萬、幾十萬以上，其三維空間范圍也非常廣泛，為了方便交通，必須擁有自行車、汽車、飛機(jī)等快速交通工具。虛擬城市必須考慮村落于村落、城市與城市之間的界線及連接，在社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)上要比虛擬村落社會(huì)更豐富和復(fù)雜，是與現(xiàn)實(shí)界的現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境復(fù)雜程度相匹配的自組織、自主演進(jìn)的虛擬地理環(huán)境。§1.4虛擬環(huán)境的分類

虛擬環(huán)境是指由硬件、軟件和人組成的一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讓人在計(jì)算機(jī)軟硬件模擬產(chǎn)生的一個(gè)虛擬三維空間中，自由地行走探索，并可多感知地與他人或其他虛擬物體進(jìn)行交互。虛擬環(huán)境，可有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如支持科學(xué)研究、教育與培訓(xùn)、決策及大眾娛樂等。虛擬環(huán)境的發(fā)展，目前存在兩個(gè)基本的方向：一是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展；二是基于因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)的三維圖形環(huán)境的發(fā)展。從參與者的投入感劃分，前者可稱為投入型虛擬環(huán)境，后者稱為非投入型虛擬環(huán)境。1.4.1投入型虛擬環(huán)境投入型虛擬環(huán)境（immersivevirtualenvironments）是參與者作為虛擬三維世界的一部分，人沉浸在虛擬世界里，探索行走，與虛擬物體交互，具有如同在現(xiàn)實(shí)物質(zhì)世界一樣或相似的感覺。參與者一般要戴上立體顯示頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等。完全投入型頭盔式虛擬環(huán)境，是參與者要戴上頭盔，人完全與現(xiàn)實(shí)物質(zhì)世界相隔離，當(dāng)參與者移動(dòng)頭部或轉(zhuǎn)動(dòng)頭部時(shí)，三維鏡像都要被立即更新。

半投入型的虛擬環(huán)境，有大屏幕投影方式、，虛擬工作臺(tái)（virtualworkbench）方式等。三維圖形鏡像投影在單個(gè)屏幕或者桌面上，參與者也同樣戴上立體眼鏡觀察三維物體，圖形鏡像不隨參與者頭部的活動(dòng)而快速更新。投入型虛擬環(huán)境,有的一人參與（如頭盔）；有的多人同時(shí)參與，如cave系統(tǒng)、大屏幕投影式和虛擬工作臺(tái)式虛擬環(huán)境.cave系統(tǒng)

投影式虛擬環(huán)境不需戴眼鏡的虛擬環(huán)境系統(tǒng)不需要戴立體眼鏡的虛擬現(xiàn)實(shí)

4Dvision公司開發(fā)桌面微機(jī)虛擬環(huán)境1.4.2非投入型虛擬環(huán)境

非投入型虛擬環(huán)境,也可稱分布式非投入型虛擬環(huán)境，是指基于因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，該環(huán)境具有三維圖形空間，參與者可以從世界各地上網(wǎng)連接到該三維空間，并以化身表示各自在該共享環(huán)境中的身份，并進(jìn)行相互交流。參與者不必戴上立體顯示頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等設(shè)備，只需要一般的計(jì)算機(jī)軟硬件裝置。該環(huán)境強(qiáng)調(diào)的參與度與普及度，對(duì)參與者的融入度不作為重點(diǎn)。該虛擬環(huán)境的建模工具一般采用基于萬維網(wǎng)的虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)模語言－VRML?！?.5虛擬地理環(huán)境的研究?jī)?nèi)容1.5.1虛擬地理環(huán)境基礎(chǔ)理論研究

1）可計(jì)算人地關(guān)系理論（地理學(xué)視角）,人地系統(tǒng)論，地理認(rèn)知，地理計(jì)算，人工智能；

2）虛擬地理學(xué)，賽博地理學(xué)（地理學(xué)視角）

3）地理表達(dá)、交流語言（符號(hào)學(xué)、語言學(xué)、社會(huì)媒體學(xué)視角）文本，地圖，圖形/圖象，GIS，虛擬環(huán)境

4）人-機(jī)關(guān)系理論(計(jì)算機(jī)人機(jī)交互理論視角）人-機(jī)界面，人機(jī)/人人互動(dòng)，人腦/電腦，認(rèn)知，主客體關(guān)系

5）虛擬性哲學(xué)，信息哲學(xué)（哲學(xué)視角）現(xiàn)實(shí)性哲學(xué)，在場(chǎng)/不在場(chǎng)，超越現(xiàn)實(shí)，“虛擬開拓人類的發(fā)展空間，開拓了以可能性、以不可能的可能性來重構(gòu)人和社會(huì)發(fā)展的時(shí)代

1.5.2虛擬地理環(huán)境的技術(shù)研究

1）虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，三維數(shù)據(jù)模型，系統(tǒng)建模，實(shí)時(shí)交互技術(shù)，共享空間和多用戶操作，基于地學(xué)過程模型的虛擬環(huán)境，分布式協(xié)同工作和群體決策，地學(xué)智能體，地學(xué)智能人（化身）等；GIS+VR/VE+Internet；計(jì)算可視化系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)；分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)；仿真系統(tǒng)。]2）超現(xiàn)實(shí)地理環(huán)境（混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)）?現(xiàn)實(shí)多媒體信息和虛擬空間的合成；?移動(dòng)穿戴式混合現(xiàn)實(shí).移動(dòng)式