Vol.18, No.6 Jun., 2016 第 18 卷 第 6 期 2016 年 6 月 引用格式 卢瑞,贾奋励,宋国民,等.意象图式在地图符号结构生成中的应用研究[J].地球信息科学学报,2016,18(6):758-766. [ Lu R, Jia F L, Song G M, et al. 2016. The application of image schema in the generation of map symbols. Journal of Geo-information Science, 18(6): 758-766. ] DOI:10.3724/SP.J.1047.2016.00758 意象图式在地图符号结构生成中的应用研究 卢 瑞 贾奋励 田江鹏 宋国民 信息工程大学地理信息空间学院 郑州 450052 The Application of Image Schema in the Generation of Map Symbols LU Rui*, JIA Fenli, TIAN Jiangpeng and SONG Guomin Institute of Geography Spatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China Abstract: With the continuous development of computer technology, the purpose of map is more and more diverse, and the demand of map automation is increasingly high. As an important part of map, the automatic generation of symbols is also improved. Many researchers, including Jia Fenli, Tian Jiangpeng, and Peng Keman, have connected the symbol design with the semantic analysis based on the analogy between map symbols and natural language; proposed the concept of symbol-morpheme and associated it with the symbolic structures; and then realized the automatic generation of symbols on computer. However, the creation of symbolmorpheme combination and the reason behind this combination is still lack of good theoretical support and explanation. In order to solidify the theoretical basis of map symbol structure, this paper introduces the concept of image schema, and puts forward the theory of map symbol structure generation based on image schema. Through analyzing the cognitive mechanism of geographical entities, this paper illustrates the basic function of the image schema in forming the concepts of geographical entities and mental space. Secondly, the types of image schema used to represent the geographical entities are summarized and seven most basic image schema types are obtained. Finally, we summarize the graphic structure expression and the parametric description of each image schema by studying the relationship between the topological relationship and the image schema. In order to verify the correctness and the scientific nature of the theory for map symbol structure generation based on image schema, we conducted two experiments in this paper. The results of the experiments prove that the image schema plays a decisive role in the generation of map symbols and gives a good cognitive effect for the generated map symbols based on image schema. Key words: map symbol structure; image schema; expression of image schema; metaphor perspective; cognitive experiment *Corresponding author: LU Rui, E-mail: lrperfect@163.com 摘要 地图符号结构是指生成地图符号的各符素间的组合关系 它具有图形结构和意义上的双重含义 为了解决地图符号结 构的理论依据问题 本文引入了意象图式的概念 提出了基于意象图式的地图符号结构生成理论 对地理实体的认知机理进 行分析 说明了意象图式在形成地理实体概念和生成地图符号所起到的基础作用 对地图符号表征地理实体所选用的意象图 式类型进行归纳 可得到 7 种最基本的意象图式类型 对图形间拓扑关系和意象图式的关系总结 得出了每种意象图式的图 形结构表达与参数化描述 最后 通过符素组合实验和符号认知实验 验证了基于意象图式来生成地图符号的正确性和科学性 关键词 地图符号结构 意象图式 意象图式表达 隐喻视角 认知实验 1 引言 越来越多样 移动地图 [1] 室内地图 [2] 全息位置地 图 [3] 等概念和产品层出不穷 对地图的自动化程度 随着计算机技术的不断进步 地图的表现形式 要求也越来越高 地图符号是地图的重要组成部 收稿日期 2015-07-20 修回日期 2015-11-17. 基金项目 国家 863 课题 互联网全息位置地图迭加协议与建模制图技术 2013AA12A202 国家自然科学基金项目 41371382 41271393 作者简介 卢 瑞 1987- 男 江苏徐州人 硕士生 研究方向为地图制图学与地理信息工程 E-mail: lrperfect@163.com
6 期 卢 瑞 等 : 意 象 图 式 在 地 图 符 号 结 构 生 成 中 的 应 用 研 究 759 分, 它 在 本 质 上 是 用 一 种 物 质 的 对 象 来 代 替 一 个 抽 象 的 概 念 地 图 符 号 不 仅 是 一 种 视 觉 上 的 表 征, 还 具 有 艺 术 性 文 化 性 和 语 义 性 等 特 点, 是 表 达 空 间 地 理 信 息 所 用 的 极 其 特 殊 的 语 言 符 号 系 统 [4-6] 随 着 认 知 语 言 学 形 式 语 义 学 等 认 知 与 语 言 学 方 面 的 进 步, 近 年 来 借 鉴 语 言 学 理 论 和 方 法 研 究 地 图 符 号 自 动 构 建 理 论 与 技 术 的 成 果 纷 纷 涌 现 赵 飞 提 出 了 专 题 地 图 符 号 的 句 法 结 构 及 其 自 动 构 建 机 制, 将 微 观 语 言 学 思 想 引 入 到 专 题 制 图 领 域, 提 出 基 于 句 法 结 构 的 专 题 符 号 自 动 构 建 模 型 [7] 该 方 法 虽 针 对 专 题 地 图 符 号 开 展 研 究, 但 其 思 路 也 可 扩 展 到 其 他 地 图 符 号 贾 奋 励 田 江 鹏 等 通 过 地 图 符 号 与 自 然 语 言 的 类 比, 提 出 符 素 的 概 念, 将 其 作 为 三 维 符 号 的 设 计 与 表 达 的 基 本 元 素 [8-10] 彭 克 曼 在 上 述 研 究 基 础 上, 通 过 对 现 有 点 状 军 标 符 号 的 符 素 和 结 构 的 归 纳 总 结, 将 符 素 和 符 号 结 构 进 行 关 联, 进 而 实 现 符 号 在 计 算 机 上 的 自 动 生 成 [11] 上 述 方 法 将 符 号 设 计 与 语 义 分 析 相 关 联, 更 易 于 运 用 语 言 学 相 关 方 法 实 现 符 号 的 自 动 构 建 然 而, 符 号 的 意 义 不 仅 体 现 在 构 成 符 号 的 符 素 上, 还 体 现 在 符 素 的 组 合 方 式 上, 特 别 是 对 符 素 的 组 合 方 式 及 选 择 该 组 合 的 原 因 仍 缺 乏 良 好 的 理 论 支 持 与 解 释 针 对 上 述 研 究 存 在 的 不 足, 本 文 引 入 意 象 图 式 理 论, 旨 在 研 究 解 决 符 素 之 间 的 组 合 形 式 地 图 符 号 结 构 的 理 论 依 据 问 题 2 基 于 意 象 图 式 的 地 图 符 号 结 构 生 成 原 理 2.1 地 图 符 号 结 构 的 概 念 本 文 以 前 人 所 提 符 素 概 念 为 基 础 提 了 地 图 符 号 结 构 的 概 念 符 素 概 念 是 借 鉴 语 言 学 中 的 语 素 提 出 的, 定 义 为 一 定 图 形 形 式 和 语 义 概 念 的 最 小 结 合 单 位, 是 组 成 符 号 的 基 本 元 素, 也 是 分 析 符 号 语 义 构 成 和 图 形 结 构 的 最 小 单 位 [11] 地 图 符 号 结 构 是 指 生 成 特 定 地 图 符 号 的 各 符 素 间 的 组 合 关 系, 其 通 过 符 素 间 的 拓 扑 关 系 表 达 其 语 义 上 的 组 合 关 系 为 了 更 好 地 说 明 地 图 符 号 结 构 的 问 题, 本 文 以 烟 囱 符 号 为 例, 进 行 具 体 说 明 如 图 1 所 示, 通 过 对 烟 囱 进 行 语 义 分 析 可 以 得 到 烟 和 囱 2 个 语 义 概 念, 进 而 得 到 烟 和 囱 2 个 符 素 那 么 烟 囱 符 号 的 结 构 便 是 由 符 素 烟 和 符 素 囱 组 成 的 上 下 结 图 1 烟 囱 符 号 结 构 分 析 图 Fig. 1 Analysis of the structure of a chimney symbol 构, 其 意 义 为 烟 在 囱 上, 其 图 形 结 构 为 由 和 组 成 的 上 下 结 构 地 图 符 号 结 构 是 通 过 图 形 之 间 的 拓 扑 组 合 关 系 来 表 达 概 念 之 间 的 意 义, 存 在 视 觉 认 知 传 输 方 面 的 误 差 下 面 将 引 入 意 象 图 式 理 论, 解 释 符 素 之 间 如 何 组 合 才 能 产 生 最 好 的 认 知 效 果 ( 即 信 息 传 输 误 差 最 小 ), 以 及 地 图 符 号 结 构 生 成 的 理 论 依 据 2.2 基 于 意 象 图 式 的 地 图 符 号 结 构 生 成 原 理 2.2.1 意 象 图 式 的 概 念 意 象 图 式 概 念 由 早 期 的 认 知 语 言 学 者 Lakoff 和 Johnson 在 1980 年 我 们 赖 以 生 存 的 隐 喻 一 [13-14] 书 中 首 次 提 出 之 后,Turner Ungerer Gärdenfors Langacker Oakley 分 别 对 意 象 图 式 提 出 了 自 己 的 看 法 和 理 论 所 谓 意 象, 是 指 人 在 某 物 不 在 场 时 但 在 心 智 中 还 能 想 象 出 该 物 的 形 象, 这 是 在 没 有 外 界 具 体 实 物 刺 激 输 入 的 情 况 下, 人 们 在 心 智 中 依 [12] 旧 能 够 获 得 其 印 象 的 一 种 认 知 能 力 所 谓 图 式, 是 基 于 事 物 原 型, 对 范 畴 内 成 员 进 行 归 纳 提 炼, 从 不 同 结 构 中 抽 象 出 来 的 共 性 意 象 源 于 人 们 对 客 观 世 界 的 认 知, 图 式 来 自 于 对 具 有 相 同 性 质 的 多 种 意 象 的 提 炼 意 象 图 式 兼 具 意 象 和 图 式 的 双 层 含 义, 其 形 成 过 程 如 图 2 所 示 尽 管 不 同 的 学 者 对 意 象 图 式 有 不 同 的 理 解 和 定 义, 但 其 核 心 和 本 质 一 致, 其 概 念 可 归 纳 为 以 下 2 部 分 : (1) 意 象 图 式 是 人 们 通 过 对 具 有 相 似 关 系 的 多 个 个 例 反 复 感 知 体 验 不 断 进 行 概 括 而 逐 步 形 成 的 图 2 意 象 图 式 的 形 成 过 程 Fig. 2 Formation process of image schema
地 球 信 息 科 学 学 报 760 2016 年 一种抽象的框架结构[12] 是运用了完型 动觉 意象 次 由高到低分别为心智空间层 概念意义层和意 3 种互动方式认识外界事体间关系而获得的一种认 象图式层 图 3 制图者在制作符号时 首先激活 知模型 Cognitive Model CM 它在人类与客观事 地理实体在头脑中形成的心智空间 之后选择合适 物互动体验的过程中不断发展完善 的表达视角 最后结合意象图式进行图形表达 符 2 意象图式有基本和复杂之分 基本的意象 号的图形结构与选择的意象图式应具有认知上的 图式主要包括 容器 路径 连接 力量 运动 平衡 一致性 从而使读者对图形符号的解译转化为与自 对称 上下 前后 部分-整体 中央-边缘等 它们可 己头脑中的意象图式的匹配融合 这是快速建立 结合构成更为复杂的意象图式 [12] 2.2.2 基于意象图式的地图符号结构生成原理 制图者和读者的心智空间可以划分为 3 个层 意象图式 读者自身 -图形结构-意象图式 制图 者 的一致性 确保地图符号具有良好认知效果的 关键 图 3 基于意象图式的地图符号结构生成原理 Fig. 3 The generation principle of map symbol structure based on image schema 由图 3 可看出 基于意象图式来生成地图符号 达描述时所选择的视角主要有形态 功能 社会 文 结构包含 2 个重要的方面 1 通过图形符号来表征 化 和特征 4 类 下面将对这 4 种视角进行分别阐 地理实体所选择的视角 2 基于意象图式的图形 述 结构表达 下面将针对这 2 个方面展开讨论 3.1.1 形态 地图符号从形态的角度可以分为点状符号 线 3 基于意象图式的地图符号结构表达 状符号和面状符号 通过对现有的地图符号进行 研究发现 大部分的地图符号都是象似性符号 从 3.1 地图符号表征地理实体的隐喻视角分析 视觉呈现的角度来说 象似性地图符号是在选择合 地图符号是通过图形表征概念 在视觉传输的 适视点的基础上对地理实体形态的抽像 从认知的 过程中不可避免地会产生 误差 因此 选择合适 角度来说 象似性符号也满足从视觉(物质形态)到 的视角并通过地图符号对意象图式进行呈现才能 视觉(图形符号)的认知规律 保证了其良好的认知 减小 误差 确保地图符号具有良好的认知效果 效果 通过选择适当的视点 对地理实体的各组成 杜清运将空间信息的语义特征归纳为 5 个方面 物 部分去粗取精 便得到了地图符号的雏形 图 4 质 水 土 泥 石 沙 植物 人造材料等 形态 流 3.1.2 功能 动 静态 自然弯曲 规则形态 维度等 大小 大 部分地理实体的重要性体现在其对人类生产 中 小等 功能 交通 阻隔 居住 蓄积 旅游 养殖 生活的重要作用 为了在地图中表现这一特点 往 等 等级 社会层次 政治 经济 文化等 借 往从功能的视角对其进行描述 例如 学校 教 鉴以上内容 本文认为通过地图符号对意象图式表 育 发电站 发电 医院 医疗 超市 购物 加油 [17]
6 期 卢 瑞 等 : 意 象 图 式 在 地 图 符 号 结 构 生 成 中 的 应 用 研 究 761 特 征 例 如, 对 动 物 园 公 园 等 进 行 描 述 时, 常 常 采 用 动 物 和 植 物 来 作 为 它 们 的 标 志, 以 此 来 体 现 它 们 的 特 征 此 外, 也 可 用 来 区 分 同 一 类 型 里 不 同 的 地 理 实 体, 如 旅 游 地 图 上 对 不 同 景 点 的 表 示, 可 以 用 最 具 代 表 性 的 场 景 作 为 它 们 的 特 征 来 描 述 图 4 视 点 选 择 分 析 图 Fig. 4 Analysis of viewpoint selection 站 ( 加 油 ) 等, 这 类 地 理 实 体 在 人 脑 中 形 成 的 意 象 图 式 主 要 是 容 器 图 式, 由 2 部 分 组 成 : 建 筑 物 本 身 ; 人 类 在 建 筑 物 里 所 从 事 的 活 动, 即 某 建 筑 物 具 有 多 种 功 能 3.1.3 社 会 对 于 首 都 省 ( 市 ) 级 行 政 中 心 少 年 宫 社 会 救 济 中 心 等 具 有 社 会 属 性 的 地 理 实 体 应 该 从 社 会 的 视 角 来 描 述 它 们, 体 现 出 它 们 在 政 治 ( 文 化 ) 中 所 处 的 地 位 这 类 地 理 实 体 在 人 脑 中 形 成 的 意 象 图 式 主 要 是 中 心 - 边 缘 图 式, 体 现 出 它 们 某 一 社 会 职 能 方 面 所 处 的 中 心 地 位 3.1.4 特 征 特 征 视 角 用 来 描 述 地 理 实 体 与 众 不 同 的 突 出 3.2 表 征 地 理 实 体 时 选 用 的 意 象 图 式 类 型 地 图 符 号 是 人 们 认 识 地 面 状 况, 抓 住 各 个 物 体 和 各 种 现 象 的 主 要 特 征 之 后 将 它 们 分 类 分 级, 并 设 [15] 计 出 的 相 应 表 示 模 型 地 图 符 号 在 本 质 上 是 以 视 觉 形 象 指 代 抽 象 的 概 念, 是 对 客 观 地 理 实 体 的 隐 喻 虽 然 意 象 图 式 内 涵 丰 富, 种 类 繁 多, 是 一 个 抽 象 而 复 杂 的 概 念, 但 地 图 符 号 所 表 征 的 地 理 实 体 ( 主 要 是 静 态 地 物 ) 在 人 脑 中 形 成 的 意 象 图 式 却 相 对 简 单 意 象 图 式 是 空 间 关 系 经 过 高 度 抽 象 而 获 得 的, 因 而 绝 大 多 数 意 象 图 式 可 用 线 条 等 简 单 图 形 [16] 表 示 通 过 对 不 同 种 类 和 层 次 的 地 理 实 体 进 行 总 结, 地 理 实 体 在 人 脑 中 形 成 的 意 象 图 式 可 归 纳 为 容 器 图 式 上 下 图 式 对 称 图 式 连 接 图 式 中 心 - 边 缘 图 式 线 状 图 式 和 面 状 容 器 图 式 7 种, 具 体 如 表 1 所 示 地 理 实 体 在 人 脑 中 形 成 的 意 象 图 式 不 是 唯 一 表 1 表 征 地 理 实 体 时 选 用 的 意 象 图 式 类 型 Tab. 1 The types of image schema used in the characterization of geographical entities 地 物 实 例 意 象 图 式 类 型 图 形 模 拟 备 注 医 院 加 油 站 学 校 商 场 敬 老 院 少 年 宫 等 容 器 图 式 主 要 指 地 面 上 的 建 筑 物 以 及 建 筑 物 里 所 进 行 的 活 动 建 筑 物 下 的 通 道 土 堆 上 的 三 角 点 地 下 管 道 等 上 下 图 式 既 可 指 空 间 上 的 上 下 位 置 关 系, 也 可 指 抽 象 层 次 上 的 上 下 关 系 桥 下 的 两 个 石 墩 两 扇 门 公 路 两 侧 的 绿 化 带 等 对 称 图 式 具 有 同 等 地 位 的 左 右 2 个 对 称 地 理 实 体 牵 引 车 火 车 站 与 铁 路 公 路 河 流 国 界 线 等 连 接 图 式 相 互 连 接 在 一 起 的 2 个 地 理 实 体 或 多 个 地 理 实 体 行 政 中 心 ( 首 都 省 会 市 中 心 等 ) 客 运 站 信 号 塔 放 射 性 物 质 等 中 心 - 边 缘 图 式 突 出 了 中 心 的 重 要 作 用 以 及 由 中 心 向 四 周 辐 射 的 特 征 公 路 铁 路 河 流 管 道 线 路 国 界 线 省 界 线 等 线 性 图 式 具 有 相 同 特 征 的 线 性 单 元 循 环 连 接 而 成 的 线 状 地 物 果 园 湖 泊 沼 泽 草 地 森 林 沙 地 田 地 等 面 状 容 器 图 式 地 面 上 某 部 分 区 域 所 具 有 的 特 征 或 所 包 含 的 内 容
762 地 球 信 息 科 学 学 报 2016 年 的, 对 于 同 一 个 地 理 实 体, 从 不 同 的 角 度 进 行 理 解 可 以 形 成 不 同 的 意 象 图 式 例 如, 对 于 水 塔 而 言, 从 空 间 形 态 的 角 度 考 虑, 其 意 象 图 式 是 由 避 雷 针 蓄 水 柜 支 柱 和 基 础 依 次 构 成 的 上 下 图 式 如 果 从 其 功 能 的 角 度 考 虑, 水 塔 具 有 蓄 水 功 能, 构 成 容 器 图 式 3.3 意 向 图 式 与 地 图 符 号 结 构 间 的 映 射 意 象 图 式 是 一 种 抽 象 的 框 架 结 构, 具 有 抽 象 图 形 的 特 征 因 此, 可 以 用 不 同 的 图 形 拓 扑 关 系 来 表 达, 地 图 符 号 正 是 基 于 此 来 表 征 地 理 实 体 Randell [18-20] 等 运 用 区 域 连 接 演 算 (Region Connection Calculus,RCC) 理 论 来 表 达 空 间 区 域 A 与 B 的 拓 扑 特 性 和 拓 扑 关 系, 得 到 描 述 空 间 对 象 的 RCC 模 型 基 本 的 空 间 拓 扑 关 系 主 要 有 相 离 部 分 交 叠 包 含 被 包 含 外 部 连 接 内 部 正 切 内 部 反 正 切 和 相 等 8 种 ( 图 5) 为 此, 对 每 一 种 意 象 图 式 可 以 使 用 的 图 形 拓 扑 结 构 归 纳 如 表 2 所 示 从 表 2 中 可 看 出, 每 一 个 意 象 图 式 到 图 形 结 构 的 映 射 包 含 3 个 要 素 : 意 象 图 式 类 型 符 素 及 符 素 图 形 间 的 拓 扑 关 系 映 射 法 则 每 种 映 射 都 有 对 应 的 参 数 化 描 述, 把 给 定 的 符 素 和 各 个 映 射 的 参 数 进 行 融 合 便 可 生 成 相 应 的 地 图 符 号 结 构 Fig. 5 图 5 空 间 对 象 间 的 RCC-8 和 RCC-5 关 系 RCC-8 and RCC-5 relations between spatial objects 表 2 意 象 图 式 的 符 号 图 形 结 构 表 达 与 参 数 化 描 述 Tab. 2 The structure expression and parameter description of the image schema 意 象 图 式 容 器 图 式 图 形 结 构 表 达 参 数 化 描 述 F = f ( A,B ),B 在 容 器 A 内 上 下 图 式 对 称 图 式 连 接 图 式 中 心 - 边 缘 图 式 线 性 图 式 面 状 容 器 图 式 F 1 = f 1 ( A,B ),A 在 B 上 且 连 接 F 2 = f 2 ( A,B ),A 在 B 上 且 交 叉 F 3 = f 3 ( A,B ),A 在 B 上 且 相 离 F 4 = f 4 ( A,B ),A 压 盖 B F 1 = f 1 ( A,B ),A B 左 右 对 称 F 2 = f 2 ( A,B ),A B 上 下 对 称 F 3 = f 3 ( A,B ),A B 斜 对 称 F 1 = f 1 ( A,B,C ),A B 上 下 连 接,C 为 连 接 体 F 2 = f 2 ( A,B,C ),A B 左 右 连 接,C 为 连 接 体 æ a 11,a 12,,a 1m1, ö F = ϕ ç f ç 2( a 21,a 22,,a 2m2 ),,A 为 中 心, è f n( a n1,a n2,,a nmn ) ø a n1,a n2,,a nmn (n=1,2,,n) 为 第 n 圈 的 m n 个 元 素 A,f 1( ) F = ϕ[ f ( a,b,,n )],a,b,,n 为 线 性 循 环 单 元 的 组 成 元 素,ϕ 是 使 循 环 单 元 相 互 连 接 形 成 线 性 图 形 结 构 F = f ( A,B ),A 代 表 面 状 区 域,B 代 表 面 状 区 域 里 的 内 容 或 特 征
6 期 卢 瑞 等 : 意 象 图 式 在 地 图 符 号 结 构 生 成 中 的 应 用 研 究 763 4 实 验 验 证 与 分 析 本 文 通 过 认 知 实 验 验 证 基 于 意 象 图 式 生 成 地 图 符 号 结 构 理 论 的 正 确 性 和 科 学 性, 通 过 实 验 结 果 来 研 究 意 象 图 式 在 地 图 符 号 结 构 设 计 生 成 和 理 解 过 程 中 所 发 挥 的 作 用 4.1 实 验 设 计 实 验 采 用 问 卷 调 查 的 方 式 进 行, 所 选 取 的 素 材 为 军 标 符 号, 素 材 (1) 为 从 军 标 符 号 系 统 中 选 取 的 几 种 典 型 符 号 的 符 素 ; 素 材 (2) 为 从 现 有 的 地 图 符 号 或 军 标 符 号 系 统 中 选 取 的 同 一 地 理 实 体 不 同 的 2 种 符 号 设 计 方 案, 或 基 于 地 理 实 体 的 意 象 图 式 而 设 计 出 来 有 别 于 现 有 地 图 符 号 或 军 标 符 号 的 设 计 方 案 实 验 对 象 主 要 为 测 绘 学 院 士 官 大 队 学 员 ( 现 役 军 人, 共 计 75 人 ) 实 验 对 象 主 要 来 自 于 基 层 作 战 部 队, 对 军 队 装 备 和 设 施 有 一 定 的 了 解, 具 备 本 次 试 验 所 需 要 的 知 识 基 础 实 验 过 程 中 要 求 实 验 对 象 独 立 思 考, 按 照 问 卷 的 要 求 认 真 作 答, 时 间 不 限, 写 出 自 己 的 真 实 想 法 和 思 维 脉 络 实 验 1: 符 素 图 形 组 合 实 验 为 了 验 证 意 象 图 式 对 地 图 符 号 结 构 的 影 响 和 作 用, 本 文 从 现 有 的 军 标 符 号 系 统 中 选 取 电 力 公 交 车 救 护 车 轮 式 装 甲 指 挥 车 两 栖 扫 雷 坦 克 和 维 修 用 两 栖 轮 式 装 甲 指 挥 车 5 种 典 型 符 号 的 案 例, 对 它 们 进 行 分 解 得 到 符 素 让 学 员 根 据 给 定 的 符 素 图 形 和 意 义, 对 符 素 图 形 进 行 组 合 完 成 符 号 的 设 计, 同 时 写 明 这 样 组 合 的 理 由 问 卷 调 查 的 样 式 如 表 3 所 示 实 验 2: 符 号 认 知 效 果 实 验 为 了 验 证 基 于 意 象 图 式 所 生 成 得 地 图 符 号 结 构 的 科 学 性, 本 文 从 同 一 地 理 实 体 但 具 有 不 同 图 形 结 构 的 地 图 符 号 的 认 知 效 果 出 发, 对 现 有 的 地 图 符 号 和 军 标 符 号 系 统 进 行 研 究, 并 筛 选 出 牵 引 坦 克 表 3 符 素 图 形 组 合 实 验 样 式 Tab. 3 Experimental style for the combinations of symbol-morphemes ( 轮 式 装 甲 指 挥 车 ) 符 素 装 甲 车 车 轮 装 甲 车 车 身 指 挥 旗 符 素 图 形 组 合 理 由 机 场 水 塔 预 警 机 灯 塔 两 栖 指 挥 坦 克 和 通 信 车 7 组 典 型 的 案 例, 每 组 都 有 2 个 不 同 的 设 计 方 案, 如 表 4 所 示, 左 侧 电 力 公 交 车 救 护 车 的 符 号 图 形 和 意 象 图 式 是 一 致 的, 右 侧 两 栖 扫 雷 坦 克 维 修 用 两 栖 轮 式 装 甲 车 的 符 号 图 形 和 意 象 图 式 部 分 一 致 或 不 一 致 让 试 验 者 选 出 每 组 符 号 中 具 有 较 好 认 知 效 果 的 一 个, 并 结 合 自 身 对 地 理 实 体 的 认 识 了 解 说 明 选 择 的 理 由 问 卷 调 查 的 样 式 如 表 5 所 示 4.2 实 验 结 果 及 分 析 本 次 实 验 共 发 出 调 查 问 卷 75 份, 有 效 70 份, 其 余 5 份 因 信 息 不 全 空 处 较 多 等 原 因 不 纳 入 研 究 范 围, 因 此 本 次 实 验 结 果 是 在 对 70 份 有 效 问 卷 分 析 的 基 础 上 获 得 的 4.2.1 实 验 1 结 果 实 验 1 的 结 果 很 好 地 验 证 了 实 验 人 员 基 于 头 脑 中 的 意 象 图 式 来 进 行 图 形 结 构 设 计 并 完 成 符 素 的 组 合 通 过 对 填 写 的 理 由 进 行 归 纳 总 结, 实 验 人 员 主 要 从 以 下 5 个 方 面 进 行 思 考 并 形 成 最 终 的 地 图 符 号 结 构 : (1) 形 态 : 空 间 关 系 和 实 物 的 相 似 度 形 态 特 征 ( 基 于 特 定 视 点 对 事 物 的 观 察 ); (2) 功 能 : 突 出 要 素 的 功 能 要 素 所 具 有 的 作 用 ; (3) 特 征 : 突 出 要 素 的 主 要 特 征 要 素 具 有 的 主 要 特 征 ; (4) 美 观 : 美 观 结 构 合 理 简 洁 明 了 辨 识 度 高 ; (5) 其 他 : 符 号 占 用 空 间 呈 现 效 果 实 验 结 果 如 图 6 所 示, 为 了 更 好 地 表 现 意 象 图 表 4 其 他 符 素 图 形 组 合 案 例 Tab. 4 Other examples on the combinations of symbol-morphemes 符 素 符 素 电 力 公 交 车 两 栖 扫 雷 坦 克 电 线 公 交 车 扫 雷 水 波 浪 坦 克 救 护 车 维 修 用 两 栖 轮 式 装 甲 车 救 护 医 疗 机 动 车 维 修 水 波 浪 车 轮 装 甲 车 身
地 球 信 息 科 学 学 报 764 2016 年 通过对每个符号的设计方案的百分比进行比 表 5 符号认知效果实验样式 Tab. 5 Experimental patterns for the cognitive 较研究发现 具有像似性的符号结构设计方案的占 effects of symbols 有率最高 分别为 90% 98.57% 77.14% 38.57%和 符号名称 符号图形 理由 过视觉来解译地图符号所传达的信息 因此建立符 两栖指挥坦克 号结构与空间形态结构的一致性才能确保良好的 式对地图符号结构的影响和作用 分别用红 蓝 黄 绿和灰 5 种颜色来代表形态 功能 特征 美观和 其他 5 种影响因子 通过图表可清晰地看出 每种 符号结构方案所占总数的百分比以及其影响因子 的类别和强弱对比 以救护车符号为例 70 份调查 问卷中有 98.57% 69 人 的人设计的结果为 理 由有形态 和实物较像 功能 放在中间更能突出 其医疗 救护的功能 特征 车厢里有医疗设备和 救护人员 和美观 结构协调 简洁明了 其中功能 占主要原因 只有１人 1.43% 的设计结果为 4.2.2 实验 1 结果分析与结论 实验 1 的结果充分验证了意象图式在地图符号 结构的形成过程中所发挥的决定性作用 通过对实 验数据的分析以及对理由的总结 可以得出如下几 点结论 1 视觉形态是基于意象图式进行符号结构设 计所要考虑的首要因素 71.43% 通过视觉获取地理实体的空间形态 也通 认知效果 2 意象图式的选择直接决定了地图符号的结构 以两栖扫雷坦克为例 可以认为水波浪与坦克 构成上下图式 排雷装置与坦克车身构成连接图 式 也可以认为坦克具有两栖和扫雷的功能从而构 成容器图式 于是可以生成上下 左右和包含 3 种图 形结构 从实验中可以看出 第 1 种方案的占有率 最高 这说明大部分人员还是从视觉形态的角度来 考虑符号结构的生成 这与结论一是一致的 第 2 3 种方案既有视觉形态的因素 也有功能的因素 也 都占有较大比重 第 4 5 种方案是从俯视的角度来 研究符号结构的 这不符合一般人的认知规律 因 此占有率较低 4.2.3 实验 2 结果 实验 2 主要是通过比较同一地理实体的 2 种不 同地图符号来验证基于意象图式来生成地图符号 结构的科学性和良好的认知效果 通过对实验数 图 6 实验 1 统计结果 Fig. 6 Statistical results of Experiment 1
6 期 卢 瑞 等 : 意 象 图 式 在 地 图 符 号 结 构 生 成 中 的 应 用 研 究 765 据 进 行 分 析 可 得 到 如 图 7 所 示 的 统 计 图, 其 中 符 号 Ⅰ 代 表 左 侧 符 号, 符 号 Ⅱ 代 表 右 侧 符 号 从 7 图 中 可 看 出, 符 号 Ⅰ 组 的 选 择 率 要 普 遍 高 图 7 实 验 2 统 计 结 果 Fig. 7 Statistical results of Experiment 2 于 符 号 Ⅱ 组 的 选 择 率, 其 中 对 比 较 为 强 烈 的 符 号 组 有 牵 引 坦 克 (70%~30%) 机 场 (94.29%~5.71%) 水 塔 (92.86%~7.14%) 灯 塔 (91.43%~8.57%) 和 通 信 车 (84.29%~15.71%) 预 警 机 和 两 栖 指 挥 坦 克 两 组 符 号 的 选 择 率 相 对 接 近, 分 别 为 56.06%~43.94% 和 58.57%~41.43% 通 过 对 实 验 人 员 给 出 的 理 由 进 行 总 结 可 知, 实 验 人 员 在 评 价 符 号 的 认 知 效 果 时, 主 要 从 符 号 像 似 性 功 能 突 出 特 征 或 标 志 辨 识 度 和 美 观 等 方 面 进 行 考 虑 4.2.4 实 验 2 结 果 分 析 与 结 论 通 过 对 实 验 2 的 结 果 进 行 分 析 可 以 发 现, 符 号 图 形 结 构 的 合 理 与 否 主 要 取 决 于 其 能 否 与 人 脑 中 的 意 象 图 式 快 速 建 立 起 一 致 性, 这 也 从 侧 面 印 证 了 基 于 意 象 图 式 生 成 地 图 符 号 结 构 的 科 学 性 通 过 对 实 验 数 据 实 验 人 员 给 出 的 理 由 以 及 具 体 符 号 的 选 择 率 进 行 分 析 还 可 以 得 出 以 下 2 点 结 论 : (1) 相 似 性 符 号 的 图 形 结 构 具 有 更 佳 的 认 知 效 果 从 水 塔 和 灯 塔 的 认 知 实 验 可 以 看 出, 和 地 理 实 体 的 空 间 形 态 结 构 较 一 致 的 符 号 结 构 具 有 更 好 的 认 知 效 果 从 牵 引 坦 克 两 栖 指 挥 坦 克 和 通 信 车 符 号 的 认 知 实 验 可 以 看 出, 当 某 种 符 素 既 可 以 从 空 间 形 态 的 角 度, 也 可 以 从 功 能 或 突 出 特 征 的 角 度 来 组 合 生 成 符 号 时, 从 空 间 形 态 的 角 度 生 成 的 像 似 性 符 号 结 构 具 有 更 好 的 认 知 效 果 (2) 符 号 图 形 结 构 对 读 者 能 否 正 确 理 解 符 号 内 涵 具 有 重 要 影 响 以 预 警 机 符 号 ( 表 6) 为 例, 如 为 美 军 军 标 符 号, 为 我 军 军 标 符 号 认 知 实 验 结 果 可 知,2 种 符 号 方 案 的 支 持 率 较 接 近 (56.06%~43.94%) 但 通 过 对 实 验 人 员 给 出 的 理 由 进 行 研 究 发 现,2 类 人 员 对 该 符 号 各 组 成 部 分 的 理 解 大 相 径 庭 选 择 的 人 员 主 要 通 过 俯 视 的 角 度 来 考 虑 预 警 机 符 号 的 图 形 结 构, 认 为 〇 代 表 预 警 盘 ( 或 称 机 载 雷 达 ), 选 择 它 的 主 要 原 因 是 认 为 预 警 盘 应 该 在 飞 机 的 中 部 正 上 方 而 不 是 在 尾 部 ( 与 事 实 相 符 ) 选 择 的 有 些 人 员 则 认 为 预 警 盘 应 该 在 尾 部 而 不 是 在 中 央, 还 有 些 人 员 甚 至 认 为 〇 代 表 预 警 机 尾 部 的 预 警 灯, 这 完 全 没 有 理 解 符 号 设 计 者 的 初 衷 表 6 其 他 符 号 认 知 效 果 比 较 案 例 Tab. 6 Other examples on the comparison of cognitive effects 符 号 图 形 符 号 图 形 符 号 图 形 牵 引 坦 克 灯 塔 预 警 机 机 场 水 塔 通 信 车 5 结 语 为 了 解 决 生 成 地 图 符 号 的 各 符 素 间 组 合 关 系 的 理 论 依 据 问 题, 本 文 引 入 了 意 象 图 式 的 概 念, 研 究 了 基 于 意 象 图 式 的 地 图 符 号 结 构 的 生 成 原 理, 结 合 图 形 拓 扑 结 构 研 究 了 每 种 意 象 图 式 的 图 形 结 构 表 达, 最 后 通 过 实 验 验 证 了 本 文 所 提 出 理 论 的 正 确 性 与 科 学 性 本 文 只 研 究 了 地 图 符 号 结 构 的 理 论 问 题, 而 地 图 符 号 结 构 语 义 的 提 取 以 及 如 何 与 符 素 语 义 进 行 关 联 基 于 符 素 和 符 号 结 构 如 何 实 现 地 图 符 号 的 自 动 生 成 等 关 键 问 题 有 待 在 下 一 步 工 作 中 进 行 重 点 研 究 参 考 文 献 (References): [ 1 ] 杨 艳 梅, 王 泽 根. 移 动 地 图 理 论 基 础 研 究 [J]. 四 川 测 绘, 2007,30(4):159-163. [ Yang Y M, Wang Z G. Research on the basic theory of mobile map[j]. Surveying and Mapping of Sichuan, 2007,30(4):159-163. ] [ 2 ] 王 富 强, 薛 志 伟, 齐 晓 飞, 等. 室 内 地 图 研 究 综 述 [J]. 地 矿 测
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