电子地图的理论基础

电子地图设计

ElectronicMapDesign赵卫锋长安大学地测学院1第二章电子地图的理论基础课程主要内容第一章绪论第二章电子地图的理论基础第三章电子地图的数据模型第四章电子地图的结构设计第五章电子地图的软件系统第六章嵌入式电子地图第七章网络电子地图第八章三维电子地图第九章电子地图研究热点2第二章电子地图的理论基础

多媒体是一种有效的教育、娱乐和获取信息方式，它使计算机传递信息从单纯的文本方式到在讲述故事时运用图片、声音和视频，将计算机用户从令人望而却步的主机终端带到了提供乐趣、冒险和互动学习的高科技桌面系统。多媒体技术广泛影响了人类的生活与工作！2.1电子地图的多媒体基础3第二章电子地图的理论基础什么是媒体？媒体一词来自英语单词MEDIA,它的意思是指信息传播的中间形式，该中间形式可以是有形物体。例如人们常说的新闻传播系统、书刊、报纸、电视、通讯广播等等，他们传播新闻信息，通过他们新闻从发行系统传到每一个读者的头脑之中，因此称为新闻媒体。媒体也可以是无形的物体，散布在空间中的电波。如果它携带信息，例如包含声音、图象信息的载波，他们也称为媒体。也可以说，人与人之间所赖以沟通及交流观念、思想或意见的中介物便可以称为媒体。2.1.1多媒体技术概述4第二章电子地图的理论基础媒体（Medium）在计算机领域中有两种含义:1.用以存储信息的实体，如磁带、磁盘、光盘和半导体存储器；2.信息的载体，如数字、文字、声音、图形和图像。多媒体技术中的媒体是指后者！“我们居身在媒体世界中就像鱼生活在水中一样”2.1.1多媒体技术概述5第二章电子地图的理论基础媒体的分类感觉媒体表示媒体存储媒体传输媒体表现媒体多媒体媒体输入输出编码方式2.1.1多媒体技术概述6第二章电子地图的理论基础多媒体技术特征多媒体技术的特性：

>>多样性

>>集成性

>>实时性

>>交互性多媒体技术所谓多媒体技术就是计算机交互式综合处理多种媒体信息——文本、图形、图象和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。简言之，多媒体技术就是计算机综合处理声、文、图信息的技术，具有集成性、实时性和交互性。定义特点媒体的集成设备的集成2.1.1多媒体技术概述7第二章电子地图的理论基础多媒体计算机家电制造厂商研制的电视计算机，是把CPU放到家电中，通过编程控制管理电视机、音响，有人称它为“灵巧/智能”电视——SmartTV；电视计算机（Teleputer）从开发和生产厂商以及应用的角度出发可以分成两大类：计算机电视（Compuvision）计算机制造厂商研制的计算机电视，采用微处理器作为CPU，其它设备还有VGA卡、CD-ROM、音响设备以及扩展的多窗口系统，有人说它的发展方向是TV-Killer。2.1.1多媒体技术概述8第二章电子地图的理论基础两种技术力量的参与:

（1）多媒体计算机研究人员:

从综合业务多媒体终端出发,在处理声文图信息的瘦终端的基础上,开发适应家庭服务的数字网络平台（2）数字电视研发人员:

从高清晰度电视的应用出发,在完成多媒体处理的基础上增强网络服务等其它功能两种开发方向汇聚到如下四种功能:

（1）数字电视的接收和播放（2）较完备的INTERNET网络服务应用（3）对多种类型家用电器的控制和联网（4）一定的计算功能和家庭信息服务器的功能数字家电网络控制平台2.1.1多媒体技术概述9第二章电子地图的理论基础多媒体的关键技术

要把一台普通的计算机变成多媒体计算机要解决的关键技术是：

视频音频信号获取、实时处理、输出技术；多媒体数据的存储技术；多媒体数据压缩编码和解码技术；多媒体通信与分布式多媒体；多媒体数据库技术；

多媒体软件平台技术；超文本与超媒体；2.1.1多媒体技术概述10第二章电子地图的理论基础多媒体系统结构

计算机硬件压缩与解压缩设备多媒体I/O接口多媒体操作系统多媒体创作与著作系统多媒体应用系统2.1.1多媒体技术概述11第二章电子地图的理论基础文本信息特点

表示简单处理方便存取速度快

2.1.2文本信息处理技术12第二章电子地图的理论基础文本信息的获取

键盘输入手写输入语音输入扫描输入2.1.2文本信息处理技术13第二章电子地图的理论基础文本的表现形式

字体、字大、字型、颜色、艺术化2.1.2文本信息处理技术14第二章电子地图的理论基础文本数据文件※

标准的计算机字符编码（如ASCII码、Unicode码）※

编码的或格式化的文本（如HTML、MIME）※

包含极少信息的文本（如TXT格式和RTF格式）※专用文本格式（如DOC格式、PDF格式等）2.1.2文本信息处理技术15第二章电子地图的理论基础超文本

超文本是由信息结点和表示信息结点间相关性的链构成的一个具有一定逻辑结构和语义的网络。结点是信息管理的基本单位，可抽象为信息块，具体而言，既可以是文本集合，也可以是屏幕中某一大小的显示区，由实际条件而定▲6结点9条链超文本结构2.1.2文本信息处理技术16第二章电子地图的理论基础

超媒体是超文本技术和多媒体技术的综合，超媒体系统是复杂信息管理系统的一种新类型，在超媒体系统中可以使用多种媒体显示系统信息，并且还支持不同地点和出处的的信息之间的导航和链接。2.1.2文本信息处理技术17第二章电子地图的理论基础超媒体在多媒体地图产品中使用文本※

标签和标题※

信息文本※

导航和用户支持※使用文本的注意事项选择具有可读性的字体字样数量保持在最小限度注意间距颜色、字体和尺寸避免正文中采用新奇方法2.1.2文本信息处理技术18第二章电子地图的理论基础图形是一切多媒体产品的支柱！图片和图像

图片是存在于计算机之外的世界中，而图像是计算机对图片的二维表示计算机中的图图像是图片“现实”的版本，它取决于计算机的容量和能力以及图形艺术家使用软件的能力2.1.3图形图像信息处理技术19第二章电子地图的理论基础图像的基本属性

分辨率、颜色深度、色彩类别

2.1.3图形图像信息处理技术20第二章电子地图的理论基础图像的获取方式

绘图应用程序扫描仪视频和图象数字化仪数码相机2.1.3图形图像信息处理技术21第二章电子地图的理论基础图像加工处理

几何运算（缩放、剪贴、平移、旋转、变形）图像增强（灰度变换、平滑、锐化）图像复原图像分割与特征提取图像编码与压缩2.1.3图形图像信息处理技术22第二章电子地图的理论基础图形图像的文件格式

位图格式矢量格式压缩格式专用格式2.1.3图形图像信息处理技术23第二章电子地图的理论基础图形图像的文件格式

位图格式矢量格式压缩格式专用格式2.1.3图形图像信息处理技术24第二章电子地图的理论基础图形图像的主要处理软件

AdobePhotoshopCorelDrawMacromediaFreeHandAdobeIllustratorUleadPhotoImpactMicrosoftPhotodrawAutodeskAutoCAD2.1.3图形图像信息处理技术25第二章电子地图的理论基础在多媒体地图产品中使用图形

目的：有用、有意义，避免“填补空白”质量：图象大小、颜色深度成本：版权和所有权背景和过渡：形成风格信息传送：与整个产品相匹配导航：提供交互几条原则：2.1.3图形图像信息处理技术26第二章电子地图的理论基础声音和数字音频的特征

声音给了多媒体产品一双可以超越其他计算机应用程序的翅膀！声音包含了口头语、自然声、音乐甚至躁声。

声波的两个特征：幅度与频率。幅度是声音的能量或密度。声音越高，幅度越大。频率测量声音的比率，以每秒多少个周期或赫兹来衡量。频率越高，声音越尖锐、越清晰。2.1.4音频信息处理技术27第二章电子地图的理论基础声波特征说明2.1.4音频信息处理技术28第二章电子地图的理论基础声音的三要素

响度：又称声强或音量，表示声音强度。

音高：也称音调，指声波的基频率。

音色：又称音品，声音的音质，取决于声音频率的组成。2.1.4音频信息处理技术29第二章电子地图的理论基础声音的数字化

三个过程：采样：1秒钟采样的次数（采样频率）量化：将采样得到的幅度数值限定在几个有效的数值中（样本精度）编码：去除信号冗余和量化噪音，减少数据的存储量，主要取决于声道数。2.1.4音频信息处理技术30第二章电子地图的理论基础▲声波数字化示意2.1.4音频信息处理技术31第二章电子地图的理论基础不同参数数字化声音质量参考2.1.4音频信息处理技术32第二章电子地图的理论基础音频信息的获取

数字录音购买素材库

2.1.4音频信息处理技术33第二章电子地图的理论基础音频编辑与特效

混音剪辑提高音量、降低音量加快播放速度、降低播放速度增加回音逆向播放淡入、淡出

2.1.4音频信息处理技术34第二章电子地图的理论基础音频卡

主要功能：

音频的录制与播放音频编辑与合成

MIDI

文语转换

CD-ROM接口游戏接口

音频卡的分类主要根据数据采样量化的位数来分，通常分为8位、16位和32位等几类，位数越高，量化精度越高，音质就越好，2.1.4音频信息处理技术35第二章电子地图的理论基础音频的主要处理软件

Microsoft录音机

AdobePremiereUleadMediastudioCoolEdit音乐设计软件2.1.4音频信息处理技术36第二章电子地图的理论基础在多媒体地图产品中使用音频

音频质量用于管理软件功能的音频使用音频提升其他内容用于内容传送的音频2.1.4音频信息处理技术37第二章电子地图的理论基础模拟视频

模拟视频是一种用于传输图像和声音且随时间连续变化的电信号。数字视频以模拟条幅的手段在空间传播，或者使用磁带录像机以模拟信号记录在磁带上。NTSC（国家电视系统委员会制式）美国和日本

PAL（逐行倒相制式）英国和欧洲、中国大陆及香港

SECAM（顺序与存储彩色电视系统）法国

HDTV（高清晰度电视）

ITV（交互式电视）近年热点2.1.5视频信息处理技术38第二章电子地图的理论基础第二章电子地图的理论基础39数字视频

2.1.5视频信息处理技术数字视频就是以数字形式记录的视频，和模拟视频相对的。常见的数字视频获取方式是通过数字摄像机直接产生数字视频信号，存储在光盘或硬盘上，然后通过PC或特定播放器等播放出来。模拟视频的数字化过程比较复杂。一般采用分量数字化的方式，先把电信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个A/D转换器对三个分量进行数字化，最后再转换成RGB空间。数字视频的特征

帧率帧大小平衡特性：质量与数据量2.1.5视频信息处理技术40第二章电子地图的理论基础数字视频的压缩

压缩率和位速

有损压缩和无损压缩帧内压缩和帧间压缩

对称压缩和非对称压缩2.1.5视频信息处理技术41第二章电子地图的理论基础视频信息的编辑与特效处理

剪辑与音频合成调整叠加透明度增加场景过渡特技滤镜效果叠加字幕等2.1.5视频信息处理技术42第二章电子地图的理论基础数字视频的格式

AVI：由微软开发WMA：微软开发的一组数位视频编解码格式的通称

MPEG系列：IS0认可的媒体封装

RM/RMVB：RealNetworks开发

MKV：一种开放源代码的多媒体封装格式MOV：QuickTime，苹果公司开发3GP：移动设备的标准格式流媒体：指以流的方式在网络中传输音频、视频和多媒体文件的形式。2.1.5视频信息处理技术43第二章电子地图的理论基础视频卡

视频采集卡压缩/解压缩卡视频输出卡电视接收卡

2.1.5视频信息处理技术44第二章电子地图的理论基础计算机动画

视频与动画的区别、联系创建动画基于对象的动画：Flash动画数字视频是从提供可靠图像流的模拟源自动创建而来，而动画则是对数字视频的补充，是由计算机一次一帧创建的。由一系列静止图象创建沿路径移动目标由数据文件中存储动画信息重建2.1.5视频信息处理技术45第二章电子地图的理论基础视频的主要处理软件

AdobePremiere

AdobeAfterEffectsUleadMediastudioUleadVideostudio2.1.5视频信息处理技术46第二章电子地图的理论基础在多媒体地图中使用视频数字视频和动画是展示复杂信息的有效途径！

成功应用：展示信息滥用：无意义动画与视频成本比较2.1.5视频信息处理技术47第二章电子地图的理论基础光盘的类型

CD-ROM只读光盘

WORM一次写多次读光盘

CD-RW可重写光盘2.1.6CD-ROM技术48第二章电子地图的理论基础CD-ROM盘的制作过程

数据准备母盘制作：父盘（玻璃）→母盘（金属）复制：母盘（金属）→子盘（塑料）2.1.6CD-ROM技术49第二章电子地图的理论基础多媒体应用系统

CAI、电子出版物、多媒体数据库

◆产品的类型

非交互式多媒体交互式多媒体

非交互式媒体包括如动画和类似于电影或视频的独立的演示。用户对非交互式数字媒体通常有某种程度的控制。

交互式演示是以菜单和内容页的方式组织的，它允许最终用户对去往何处作出自己的选择。

交互式演示可能会很复杂。取决于产品的内容和量，可能有很多信息层供我们浏览。这种潜在的复杂性有优点，也有缺点。主要优点是多媒体产品的开发者可以展示很复杂的领域，对于最终用户来说，这可能是一个缺点，因为他们需要在这些复杂信息的“海洋”中寻寻觅觅，以获取特定的信息。2.1.7多媒体应用系统的开发50第二章电子地图的理论基础多媒体产品设计

◆内容的组织策略

参考书式的组织策略时间的组织策略地理的组织策略系统的组织策略组织性的组织策略2.1.7多媒体应用系统的开发51第二章电子地图的理论基础◆故事板

故事板是一个在其他媒体开发中提升出的过程，这些媒体包括：电影制作、卡通动画和市场方面的操作。故事板可以在纸张上创建一个故事，描述有关产品的信息。故事板包括两个部分：首先是页，然后是产品。2.1.7多媒体应用系统的开发52第二章电子地图的理论基础故事板页面2.1.7多媒体应用系统的开发53第二章电子地图的理论基础产品故事板2.1.7多媒体应用系统的开发54第二章电子地图的理论基础多媒体应用系统的开发

1）特点——开发环境复杂，数据类型繁多，交互性要求高，需要多方面人才2）开发组构成——项目经理、多媒体设计师、写作专家、视频专家、音频专家、多媒体程序员3）开发过程——概念，设计、素材制作、集成、测试、发行2.1.7多媒体应用系统的开发55第二章电子地图的理论基础◆组织开发队伍2.1.7多媒体应用系统的开发56第二章电子地图的理论基础◆组织开发队伍2.1.7多媒体应用系统的开发57第二章电子地图的理论基础◆项目安排2.1.7多媒体应用系统的开发58第二章电子地图的理论基础多媒体著作工具

编著工具是把数据组合在一起的粘合剂。编著工具两个基本特征：

1、创建和编辑产品的能力

2、用来传送产品的演示方案选择合适的编著范例:

内部专家意见和产品需求用不同的工具开发原型跨平台的工具和产品选择工具的一个策略2.1.7多媒体应用系统的开发59第二章电子地图的理论基础多媒体著作工具分类

1)

基于时间：多媒体元素或事件按一个时间尺来展开和组织（MicromediaFlash）2)

基于页面或卡片:将多媒体元素包含在卡片库或页面中，并建立它们之间的链接(Powerpoint)3)

基于图标、事件驱动的工具（逻辑流程）：提供可视化的编程方法用来在多媒体应用中按顺序排列事件，直观地表达事件的逻辑流程（Authorware）4）基于舞台：以所有多媒体元素作为班底成员，在总谱中演出、定序和链接来组装应用。(Director)2.1.7多媒体应用系统的开发60第二章电子地图的理论基础2.1.7多媒体应用系统的开发61第二章电子地图的理论基础2.1.7多媒体应用系统的开发62第二章电子地图的理论基础2.1.7多媒体应用系统的开发63第二章电子地图的理论基础2.1.7多媒体应用系统的开发64第二章电子地图的理论基础2.1.7多媒体应用系统的开发65第二章电子地图的理论基础内部专家意见和产品需求2.1.7多媒体应用系统的开发66第二章电子地图的理论基础选择工具的一个策略返回2.1.7多媒体应用系统的开发67第二章电子地图的理论基础2.1.8电子地图的多媒体元素及其作用

电子地图中的多媒体元素

文本图形图像声音68第二章电子地图的理论基础2.1.8电子地图的多媒体元素及其作用

媒体在多媒体电子地图中的作用

从认知学的角度出发，研究媒体在多媒体地图中的作用对于完善多媒体地图理论和推动多媒体地图发展具有重要意义。媒体所具备的功能控制着媒体的选择以及与其他媒体的合并，即特定信息适于特定媒体表达。69第二章电子地图的理论基础2.1.9电子地图的多媒体扩展

电子地图的多媒体扩展方法

GIS具有强大的分析功能，但缺乏友好的图形化界面和直观灵活的多媒体表达手段；多媒体地图（集）却易于操作，但缺乏GIS的空间分析功能。比较好的解决办法则是将两者集成起来，发挥各自的优势。(a)多媒体在GIS中(b)GIS在多媒体中(c)多媒体制图与GIS(d)GIS在WWW中(e)多媒体地图信息系统70第二章电子地图的理论基础2.1.9电子地图的多媒体扩展

多媒体制图学

用户参与制图；多媒体在表达空间信息的直观性和多样化；多媒体扩展了地理信息访问渠道；新技术影响着对地图新理论与方法的研究；为地图新产品设计与开发提供了崭新模式。71第二章电子地图的理论基础

科学计算可视化的基本概念多媒体电子地图的可视化理论多媒体电子地图可视化研究框架2.2电子地图的可视化理论研究72第二章电子地图的理论基础2.2.1科学计算可视化的基本概念

科学计算可视化的概念

可视化是一种计算方法，它将符号或数据转换为直观的几何图形，便于研究人员观察其模拟和计算过程。可视化是一个工具，用来解译输入到计算机中的图像数据和从复杂的多维数据中生成图像，它主要研究人和计算机怎样协调一致地感受、使用和传输视觉信息（McCormicketal.，1987）。

73第二章电子地图的理论基础2.2.1科学计算可视化的基本概念

科学计算可视化的意义

加快数据的处理速度；实现人与人和人与机之间的图象通讯；对计算过程和结果进行控制；可提供多种可视化技术手段；

科学计算可视化的过程过滤映射绘制反馈74第二章电子地图的理论基础2.2.2多媒体电子地图的可视化理论

空间信息及其表现方法

空间信息可视化研究的内容包括空间实体信息的创建、组织、理解和表示的计算、认知和图形设计等几个主要部分，其结果可以被符号化、图形化、形象化，而且区别于那些文字和公式化的表达。

空间信息可视化75第二章电子地图的理论基础2.2.2多媒体电子地图的可视化理论

地图可视化地图可视化成为GIS和地图学领域中被关注的主要焦点之一。ICA于1995年成立可视化委员会（CommissiononVisualization）；可视化成为1999年渥太华ICA会议的主要议题之一；

Philbrick（1953）提出地图可视化的概念；

DiBiase（1990）提出了地理可视化的框架；

Taylor（1991）认为地图可视化是地图学重要理论基础；

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