地理信息系统的重要应用之一在于其空间分析能力,在国内外一直都备受关注,但却始终处于薄弱环节。GIS研究的是地理对象,它依赖于地理空间的地域性。而这种地域性受人类的感觉或视觉范围所限制,尽管现代技术一定程度上能帮助我们。人们通过视觉可视来对地理环境进行观测、认识和建模。观察和认识地理环境是空间可视分析的最本质的内容,在手段上其强调人们对地理空间可视的广度和粒度,这是认识和分析地理空间的基础。 人类对世界的认识主要依靠视觉,因此地理认知和分析主要处于这种可视空间下。基于地理空间的思考,论文探讨了视觉和心理空间,提出可视问题的概念和分类,该概念致力于解释可视问题的本质和内在联系。 空间可视分析和认知是分不开的,作为自然界主体的人是空间可视分析的基础,论文首先探讨人的视觉生理机能,进而分析视觉可视分析中的感知和认知,这是我们认识地理空间的根源。特别是空间视感中视域和分辨率,尽管在计算时处理的方法不同,但它们是研究空间可视分析计算的基础。视觉可视分析和空间感知与认知是密不可分的,一定外延上空间可视分析涵盖了视觉地理空间分析的全部内容,或者说两者是等价的。这是论文第二章研究的重要内容。 空间可视分析在可定量分析上表现为空间广度和空间粒度,而这是属于空间尺度的范畴。论文以空间尺度作为可视分析的理论基础,详细探讨了地理信息科学领域中的空间尺度问题。空间尺度问题出现在各种空间分析中,被认为是空间信息学科中一个最模糊和基本的方面。尺度是我们观察世界和研究世界的纽带,其核心问题是尺度依赖和尺度相关的自然性问题。任何依赖尺度的分析和推理都受被研究对象的广度和粒度约束。在可视分析中,尺度有两个类似意义。论文将尺度集成到空间可视分析中。其中涉及到空间视觉认知、方法论、过程或现象的概念框架等。本研究的目的是对空间尺度进行特征化、概念化,理解空间尺度在空间可视分析和制图表达中的效用,试图揭示空间尺度和制图综合的本质联系。论文探讨了空间尺度内在蕴涵的定义,包括认知尺度、空间广度、空间粒度、比例尺等,它们之间是互为影响和约束的,同时论文也探讨了对空间尺度在不同的分析层次上所研究的内容和关系。 空间可视分析的技术主要体现在可视性和视域的计算上。平面上表现为多边形环境中的视域计算,因其在应用中多描述为监视问题,因此也称之为平面监视问题。根据视点的位置、路径、运动和多边形环境的不同,平面监视问题表现为多种形式:多边形顶点监视、内部点监视、动态和路径监视、多点优化监视等。论文以典型的艺术馆问题为例论述了顶点监视的描述、求解方法。其核心是多边形分割和着色问题,难点或特殊点在于它是求解最差最优解。论文重点探讨了顶点监视、内部监视问题,探讨了基于视线运动的多边形分割情况,提出了沟的关键事件方法,并给出了具体的解决方法,能有效地探索多边形环境中的视域,其广泛地应用于各种监控领域和应用设计领域,如楼宇监视、路径规划等。同时简要论述了动态和路径监视,其求解的本质是一致的。 地形作为GIS空间分析的主要研究对象,同时也是空间可视分析的对象。三维地形可视分析由于其影响因素众多和地形特征的复杂性,在具体可视计算时,方法和手段也不尽相同。论文在第四章首先分析地形可视分析的影响因素,有客观自然的,也有主观人为的,主要有:地形特点、基础高程数据情况、视点的选择、高程值的获取方法、视点与目标点以及LOS的特点、数值计算特征、可视参数控制等等。这些影响因素是具体分析和应用时必须考虑的,要结合情况进行具体的处理。地形可视计算包括可视性LOS计算和可视域计算,通常可视性计算是视域计算的基础,但新的方法可以直接进行视域的计算(如多个体模拟)。论文具体探讨了可视性计算和视域计算的原理和方法。寻找合适的方法来进行可视分析的计算,减少计