ICT大潮中智慧空间计算系统-高校版课件

ICT大潮中的智慧空间计算系统

地理信息系统教育部重点实验室11/27/2023概要ICT技术及计算隐喻泛在地图新媒体地图智慧空间计算

11/27/2023ICT技术及计算隐喻引言计算系统的隐喻演变11/27/202331.引言ICT的兴起:信息技术与通信技术相融合成的一个新的概念和技术领域移动和云相关硬件、软件及大数据的发展ICT领域智慧空间计算（智慧地球、智慧城市等）的提出与地图学、GIS的关系（互联网、新媒体、智慧计算）11/27/20232.计算系统的隐喻演变计算隐喻的演变：分布式、移动化普适计算&泛在计算分布式计算：计算资源的共享，向计算中心的数据流移动计算：终端成为传感器11/27/20232.计算系统的隐喻演变从办公室到移动隐喻WIMP（窗口、图标、菜单、箭头）位置成为要件LBS与环境敏感服务穿戴式计算人的认知主体从虚拟表达到真实嵌入隐喻虚拟现实嵌入与静默技术从认知信息模型到认知计算模式计算机信息模型作为的人的认知模型感知计算和认知计算11/27/2023泛在地图泛在技术背景泛在地图系统设计11/27/20231泛在技术背景泛在计算普适计算增强现实11/27/2023泛在计算泛在计算(Weiser)非可见计算机(Norman)取代“办公室隐喻”的下一代计算模式Implosion:计算机越来越小Explosion:交互空间,增强现实静默技术，技术隐藏在背后与虚拟现实反向发展11/27/20239普适计算利用通信或网络技术获取信息移动计算、嵌入式计算、分布式计算、云计算感知计算/传感器网络/环境感知隐式HCI/人工智能/智能体技术/静默技术11/27/202310增强现实对真实世界进行增强透明显示器加图形叠加层将数字影像投射到平面上三维模型或实况影像与自然物理世界混合显示媒介包括移动电话、计算机摄像头、头盔、游戏终端、电视、眼镜等11/27/202311从真实到虚拟混合真实(MR)

真实环境

虚拟环境增强现实(AR)增强虚拟(AV)11/27/202312增强实现的原理将图形、声音和其他感知增强实时叠加到真实世界环境上图形会随着用户的眼睛或头部运动而改变11/27/202313所需装备头盔或CCD显示器跟踪系统移动计算能力11/27/2023142泛在地图三元空间(物理,认知和数字)回到真实新型的GIS与地图:向感觉和知觉系统迁移移动地图地图的使用：HCI地图新内容地图新型叠置：虚拟与真实的匹配11/27/202315三元空间三个空间:物理、认知、数字物理空间就是周围所有的一切认知空间是用户的交互数字空间就是叠加到物理空间上的信息地理增强现实（Geo-AR）就是三者在移动和环境敏感条件下的结合11/27/202316回到真实传统就GIS基本是面向虚拟的，最求真实世界状态和过程在计算机中的完美表达Geo-AR重新关注真实世界，一切都是叠加在真实世界上的11/27/202317新型的GIS与地图不同的GIS范式辅助人的认知的全过程Geo-AR主要辅助认知的前两个过程：感觉和知觉真实影像与视频为基础三维信息、动态信息室内空间或可观察空间移动及免打扰环境实时自然交互、处理与渲染11/27/202318移动地图新型地图——一切都叠加在视觉影像上而非纸面上视觉叠加与信息集成三维、动态、泛在、认知与生物物理物理空间数据的实时采集与渲染通过无线网络远程调取数据基于传感器和用户的多模式交互能力传感器代表理性和科学的输入用户代表认知、生物物理甚至是感性的输入11/27/202319地图的使用:HCIGeo-AR提供的空前交互方式移动终端就是传感器：位置、姿态、视觉、听觉、动觉、重力感应、光感应等越来愈多的穿戴式移动设备可以感知人体：眼镜、眼动追踪、虹膜技术、手表、电子腕带等移动设备可以产生理性、科学或感性、情感相关的大数据自然交互：以人和自然为中心、非可见的、静默的计算11/27/202320地图新内容地图的几何与日常空间紧密相关影像和视频成为基础图和空间参考系统传统三维模型及相关数据库数据实时实地获取的数据群集智能，经网络共享的数据与知识历史与预测数据多媒体和新媒体数据11/27/202321地图新型叠置GIS的发展来源于地图叠置Geo-AR是一种新的叠置：一切需要的都可以叠加在真实世界影像上不同的几何、投影、符号、渲染和分析潜力不仅视觉能叠加，任何可以可视化的信息均能叠加显示使不可见变得可见是不可感知的变得可见11/27/2023223系统设计硬件环境架构设计关键技术原型系统11/27/202323硬件环境不同平台的手机和平板（安卓、苹果和微软）嵌入式传感器Locationsensor:preciselocationcoordinatesfromGPSUserorientationsensor:directionalheadingfromadigitalcompassTouchsensors:Multi-touchinputfromoneormoresimultaneousgesturesLight/darksensor:AmbientlightdetectionDeviceorientation&motionsensor:frombuilt-inaccelerometer,gyroscopeProximitysensor:deviceclosenesstootherobjectsorpeopleAudiosensor:inputfromamicrophoneImage&videosensors:capture/inputfromacamera(allkindsofsignalscanbefoundinreal-timevisualinformation)Devicesensor:throughBluetooth无线网络（3G、4G）11/27/202324架构设计位置与定向视频处理三维模型处理虚实融合显示数据管理网络数据传输场景控制11/27/202325关键技术相机校准与传感器融合数据流管理与实时分发室内与室外影像注册虚实融合与可视化策略组合渲染交互机制26原型系统新媒体地图新媒体及其特点新媒体与地图学11/27/20231.新媒体及其特点新媒体的定义暗含某些未成型、未知和未确认的媒体外观形式和技术实验的转换集新技术与已建立媒体之间的复杂互动集新媒体通常指基于信息技术发展起来的一组相对新兴的大众媒体11/27/20231.新媒体及其特点新媒体举例网络订阅源博客网络语音播客手机网络摄像头数字录像机社交网络（脸书、人人网等）11/27/20231.新媒体及其特点新媒体带来的改变从现代到后现代，加速全球化进程，后工业信息化取代工业化，改变现有地理政治格局，社会-技术-文化综合改变，社会与移动技术的改变11/27/2023新媒体vs老媒体11/27/20231.新媒体及其特点“新”的含义代表刚出现不久、前沿、技术驱动社会、文化革新等内涵，主要种类：新文字的体验世界表达方式的革新主体和媒体技术的新关系化身、身份及群体关系的新体验生物身体和技术媒体的关系新概念组织和产品的新模式11/27/2023参与可用性汇聚设计可重混性标准化数据驱动大众分类法维基百科博客体验感推送音频与视频移动性开放应用程序接口经济社交软件简单化11/27/20231.新媒体及其特点新媒体的特点数字化交互性超文本特征分散特征虚拟性11/27/20232.新媒体与地图作为媒体的地图地图的数字化地图的网络化地图的移动化地图的泛在化数字空间、智慧空间、赛博空间、虚拟地理环境11/27/20232.新媒体与地图作为媒体的地图印刷版地图与出版业电子地图与CD-ROM网络地图与互联网移动地图与移动终端地图与多媒体地图的传播与探索功能地图的大众与个人功能11/27/20232.新媒体与地图地图的数字化DRGDEMDLG兴趣点数据专业数据社会经济统计数据地图数据存储和处理的自动化和智能化地图制作的全数字化大型地图数据库、知识库和产品库11/27/20232.新媒体与地图地图的网络化网络DRG网络DEM网络DLG网络地图服务（googlemap，openstreet等）网络地图数据挖掘在线浏览与自主制图公众参与的地图活动基于网格及云计算的地图11/27/20232.新媒体与地图地图的移动化移动终端所引发的国际一线IT公司地图大战地图入口之争（线上/线下——O2O）iOSAndroidWP8移动制图基于位置的服务移动增强现实感知世界的“眼睛”，最普及的物联网传感终端可穿戴式计算机和智能眼镜等多点触控、基于姿势的交互、语音等新兴人机交互界面及模式11/27/20232.新媒体与地图地图的泛在化无处不在的地图服务室内外一体的导航服务增强现实服务物联网+地图服务上下文敏感的地图信息服务网络+位置+群组应用社交网络中的地图及位置服务赛博空间制图11/27/2023智慧空间计算认知论范式下的计算系统智慧空间计算的认知过程隐喻11/27/20231.认识论范式下的计算系统认知与计算认知vs计算->人vs计算机人机互动是信息时代人和计算机协同工作的模式计算机提供信息服务人通过程序与数据提供计算机新功能目前仅局限在信息存贮与处理上11/27/20231.认识论范式下的计算系统面向认知全过程的计算系统认知全过程：感觉、知觉、记忆、思维和注意学习、语言、推理、联想、概念、模式识别、问题求解等计算系统须面向认知全过程特别是感知和思维智慧计算系统的新起点11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻从智慧地球到智慧城市具备人的认知能力的地球或城市数据基础——数字地球或数字城市数据收集和传输的新选项——物联网与大数据更高速的计算能力——云计算11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻ICT发展导致计算系统开始与认知空间发生联系自动数据搜集：视觉、听觉、触觉、动觉、平衡觉等移动或穿戴设备与人的身体的结合分布式传感器对人的感知系统的延伸数据处理能力的强大：图形-图像、大尺度-小尺度、静态-动态、2D-3D、户外-室内、时空采样-数据流技术使得从抽象思维辅助到感知系统辅助成为可能11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻感知与数据搜集网络化的传感网自动收集时空大数据并分享时空大数据包括人可以认知的多媒体数据，也包括物理化学仪器感知的数据，如大气、无线电等计算机具备感知能力意味着自我学习能力的形成为更高级的概念形成和思维加工提供原始素材11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻记忆与多重存贮计算机存贮类比于人的记忆系统——短期记忆和长期记忆大数据的存贮和处理是挑战，因为它通常是异质异构的非结构化数据，价值不一需要数据清洗、聚合与抽象化需要按时序、地点、主体和价值判断进行多重存贮11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻思维与挖掘思维是最重要的认知过程，传统的数据处理类似于思维过程数据挖掘、深度学习和认知计算可以通过挖掘和深度学习发现模式、聚集、关联、分类及回归等与学习、语言、概念、联想、识别、问题求解等密切相关最终形成本体库、规则等知识表达11/27/20232.智慧空间计算的认知隐喻注意与计算策略摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍以后“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头量子计算机计算机在相当长的时间内还是从属于人注意机制为有限的计算能力下计算资源的合理调配提供支持大数据的主动与被动搜集机制11/27/2023历史数据感知/计量和数据聚合实时的数据处理数据采集与分发预测模型业务洞察力(inthiscontext,resourceefficiency,environmentalawareness)LOB

ProcessesBusiness

ProcessesBusinessProcesses业务、政务流程的自动化(执行层面)

“实时的、在线的、可操作的”-“不