随着虚拟现实技术的发展与广泛应用,以虚拟场景为主的真三维设计和应用越来越受到研究者和公众的广泛关注。真三维空间的自然性、真实性以及高效性,切合了用户界面的下一代发展方向。目前真三维研究缺乏空间信息展示的系统研究和分析,然而虚拟信息表达、导航的合理性和有效性直接影响用户的认知效率,因此研究三维空间的信息表达和导航方式具有重要的理论价值和现实意义。本文即在这样的背景下进行真三维环境下空间信息可视化和空间认知与交互的研究。本文面向真三维空间,深入分析并总结了空间信息的特征和类型,结合三维空间的展示特性,提出了基于基础元素表征和隐喻表征的信息可视化方式,并通过实验总结了视觉通路的认知规律,对于空间信息展示具有指导性意义。总结空间认知模型,深入分析了空间认知过程中的空间需求和任务、空间导航及空间操控,在此基础上提出了2D+3D+虚拟伙伴的信息展示方式,并总结和归纳了在空间系统设计过程中的指导原则,在应用层面上提高三维交互的可操作性。具体工作包括以下几个方面。1研究了视觉通道的信息处理过程,通过实验证明同时处理对象的多个属性,比单属性处理效率更高,相对于颜色属性,用户优先处理形状属性,并且更擅长于处理形状属性。2提出基于基础元素表征和隐喻表征的空间信息可视化方法。总结五种基本元素,重点研究其中三种基本元素的特征,及表达信息的扩展方式。结合真三维空间的特点,提出四种隐喻可视化方式,并总结了每种隐喻方式的特点和适合的信息类型。3建立用户空间认知模型。首先根据用户空间需求和空间任务,结合用户行为理论,构建了面向真三维空间的需求-任务模型。其次,基于用户空间感知,总结用户空间导航知识类型,详细论述了空间导航的设计元素。再次,深入研究了用户空间操控,提出了直接和间接的操控方式,利于空间任务分析。4基于2D+3D+虚拟伙伴多方法无缝融合,提出空间信息的管理和设计原则。5基于空间信息可视化和空间交互理论,构建真三维观影平台。