随着地理信息系统(GIS)数据获取技术外延的拓宽以及应用领域的扩展,用于描述运动、变化、发展过程的时间维数据越来越多地被采集和存储,如何将时空数据进行有效地展现和可视化表达,成为本领域研究的感兴趣问题。时空数据的可视化表达在揭示地理事件特征、反映地理过程时空规律、预测地学现象发展趋势等方面可发挥重要作用。时空数据可视化除了正确描述地理实体的属性特征、空间结构外,应特别关注以动画的形式对空间实体变化过程模拟,强调展示时间维度的出现、发展、延续、进化、消失等过程。针对地理事件、变化场景的空间认知与表达,动态地图是一个基于多维特征展现地理现象时态变化的可视化方法,和传统静态地图相比,动态地图增强了视觉的连续感,可获得地理现象、地理事件全方位的过程认知,一改静态地图只能表达单一时间断面的局限。动态地图的基础是动态地图符号,符号的参量设计、结构组织与空间布局,通过语义特征、动态特征的传递,实现动态地图的时态功能,即重现过去发生的过程、跟踪当前发生的变化、预测未来发展的趋势,从而揭示时空演变。本文在分析动态可视化发展现状的基础上,对现实世界中的动态地理现象进行抽象和分类,基于空间分布特征分为点、线、面状分布,将空间域变化分为出现/消失、变更(质量特征、数量特征)和运动(轨迹运动、边界变化)这三大类,提出时空数据基于时态的变换为多要素特征集成下的复合变换,并总结了常见的多重特征变化实例。其次,本文深入研究了视觉变量的原理与方法,分析了符号的视觉变量(大小、形状、颜色、方向等),以及动态扩展变量(发生时长、变化速率、变化次序、节奏)在设计动态符号时分别所发挥的作用和影响。然后将动画技术中的关键帧概念引入动态符号设计中,增加了变化内容这一动态视觉参量,认为动态符号的设计其实就是每一帧变化内容的设计。基于动态现象分类系统,本文对动态变化建立了对应的可视化规则,深入讨论了每一类动态变化与动态符号间的耦合映射,构建了相应的可视化规则。结合计算机动画技术,针对两种典型时空变化现象:人口流动和西藏土地植被覆盖率变化设计了可视化方案实例,最后通过评价实验来验证这两个实例是否能让用户对地理现象的运动过程和特征变化有着较好的理解,从而验证该分类体系和可视化规则的科学性和可行性。