作者：郑束蕾
出版社：电子工业出版社
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个性化地图认知及眼动分析方法试读：
内容简介
本书研究地图认知问题，针对其影响因素复杂、表达和评估手段欠缺等问题，将眼动追踪技术引入地理学研究范畴，将人脑中隐性的地图认知过程显性化表示出来，对个性化地图认知过程中多种认知因素的复杂作用机制及认知差异进行实时细粒度监控，有助于突破研究滞后瓶颈，为个性化地图设计提供定性与定量依据。
全书共7章，第1章、第2章分析国内外研究现状，构建理论框架与方法体系；第3章、第4章基于因子分析法简化、抽取个性化地图认知因素，基于方差分析建立个性化地图认知适合度线性加权量化模型；第5章提出个性化地图眼动实验多维域和眼动-认知表征模型，对地图要素与用户、环境等情境因素的交互及叠加作用进行眼动实时监控；第6章给出应用实例；第7章对全书内容进行总结和展望。
本书对于地图学、地理学、认知心理学、统计数学、生物信息、人工智能等研究具有借鉴作用。
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图书在版编目（CIP）数据
个性化地图认知及眼动分析方法/郑束蕾著.—北京：电子工业出版社，2020.5
ISBN 978-7-121-35290-4
Ⅰ.①个… Ⅱ.①郑… Ⅲ.①影象地图-识图-眼动-视觉跟踪 Ⅳ.①P283.49②Q811
中国版本图书馆CIP数据核字（2018）第242571号
责任编辑：徐蔷薇 特约编辑：田学清
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北京市海淀区万寿路173信箱 邮编：100036
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版 次：2020年5月第1版
印 次：2020年5月第1次印刷
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本书咨询联系方式：xuqw@phei.com.cn。前 言
在地球科学发展日新月异的今天，众包数据、位置服务、大众制图、泛在制图等新方法、新理念层出不穷。在地图普适化的同时，地图的用户需求、数据来源、设计方法、生产模式、显示介质、实现技术、服务程度等都在提倡个性化。但是，对个性化地图认知的理论框架、构成因素、评估方法、作用机制的研究，以及个性化地图的设计原则、设计实例等都还比较欠缺，亟须对个性化地图认知机理进行“揭秘”。眼动实验作为地图学理论研究的创新方法，能够为揭示地图认知过程客观、实时地提供定性和定量的依据，从而指导地图的个性化设计，但目前国内对个性化地图认知的眼动研究较少。因此，本书的研究具有理论价值和实际意义。
研究个性化地图的目的是将“最好的地图”转变为“最合适的地图”，来满足某种用户的特定需求，实现“3R”（Right User，Right Time，Right Place）甚至“多R”地图。个性化地图认知机理研究的目的是明确影响个性化地图认知效果的地图要素和影响因素，探寻地图与特定用户及环境的量化匹配规则，揭示地图的个性化认知差异，探索动态认知过程中多种因素的叠加、交互作用机制，并通过客观、实时的表征手段使个性化地图认知机理“可视”，为个性化地图设计提供依据。
本书以计算机屏幕上显示的个性化电子地图为例，采用以问卷调查和眼动实验为主、定性与定量相结合、多种实验手段联合互证的方法，系统地研究了与个性化地图认知相关的问题，以及眼动分析方法在地图认知中的作用。
全书共分为7章。
第1章、第2章是相关理论研究：第1章介绍了本书的研究背景，总结了相关理论、技术、方法的研究现状，并在现状分析的基础上指出了当前研究的不足；第2章建立了个性化地图认知研究的理论框架与方法体系。
第3章、第4章通过假定问题，基于问卷调查结果，探讨了个性化地图认知因素模型和认知适合度评估方法等与个性化地图认知相关的问题。第3章先提出了个性化地图认知因素初始模型；然后设计并发放了地图要素和影响因素的重要性问卷，基于因子分析法得出了个性化地图认知因素的实际分类；最后对初始模型进行了修正和优化，并获取了个性化地图匹配的指标权重，基于因子分析法建立了个性化地图认知因素优化模型。第4章先针对地图对用户个性化需求的满足程度，建立了定性的个性化地图适合度评估模型，设计并发放了选择差异性问卷，基于问卷样本聚类指定待匹配的用户目标聚类中心；然后通过方差分析法，由简到繁逐步解析地图要素的认知差异及地图要素模板对指定目标的个性化匹配关系；最后以匹配度δ和公因子特征值λ为权重，采用线性加权评估的方法，对个性化地图的认知适合度评估模型进行了量化。
第5章以两个眼动实验说明了眼动分析方法在地图认知中的应用，利用眼动追踪技术实时监控地图认知过程中各因素的叠加、交互、动态作用机制。先从理论上描述了个性化地图的认知过程，提出了个性化地图眼动实验多维域和眼动-认知表征模型；然后设计了适合度评估模型验证实验，通过眼动（行为）参数方差分析和热点图可视化分析，验证了个性化地图认知适合度评估方法的正确性；再以个性化地图符号类型为例，设计了地图要素与影响因素的双因素混合实验组，对个性化地图认知影响因素的叠加作用进行了细粒度分析，并且对地图要素与影响因素的交互作用进行了探索性研究；最后以专家和新手为例对地图个性化动态认知过程进行了实时监控和视线轨迹对比分析，基于认知心理学理论，对以上研究中自下而上与自上而下相结合范式的认知差异进行了理论解释，并将眼动实验与问卷调查、主观评价的结论进行对比，说明了眼动实验客观、实时的优点，以及其在同时提供定性和定量依据方面的优越性。
第6章、第7章是地图设计应用实例和总结：第6章提出了个性化地图的设计原则和设计流程，研发试验系统设计个性化地图实例并对其进行验证；第7章对全书内容进行了总结，提炼创新点，并对下一步的研究工作进行了展望。
本书内容涉及地理学、地图学、心理学、数学、医学、信息学等学科，采用以问卷调查和眼动实验为主、定性与定量相结合、理论与统计分析联合互证的实验方法。该方法使多学科、多技术、多方法交叉，具有理论价值。本书的研究揭示了地图设计要素、地图认知心理和个性化影响因素的对应关系，基于眼动实验对地图认知监控和个性化认知的研究，为地图可用性研究提供了定性和定量的依据，有助于突破地图学认知理论研究的瓶颈。本书提供的应用案例弥补了研究空白，对揭示地图思维过程和认知差异、探索人脑对地图的感受机制、指导地图产品的可视化表达与设计、提高地图可用性等方面都具有重要的理论意义和实用价值。多种实验方法的联合运用与交叉互证是本书的一个亮点，不仅丰富了地图学的实验手段，还对其他产品设计、用户体验、可用性评价、智能交互等领域的研究也具有借鉴作用。
与当前各类图书相比，本书具有以下独特之处：目前已出版的眼动追踪技术应用类图书广泛涉及网站、体育、广告、文本阅读等领域，但极少涉及地理学应用内容，本书填补了这一空缺；已出版的认知心理学和人机交互类图书注重基础性认知理论或通用性人机交互技术研究的内容，缺少对地理空间认知和地理环境交互的专业理解，而本书面向地理专业问题，更具有针对性；市面上的地理认知类图书偏重于对认知结果的定性分析或量化计算，缺少对认知过程的关注，并且没有关于眼动技术应用的实验案例指导，本书对地图认知过程中的各种影响因素进行了实时监控和细粒度分析，提供了可借鉴的眼动实验案例。第1章 绪 论本章先从大数据时代的“信息迷失”问题和个性化解决方案入手，由地图学与地理信息科学中的可视化、认知、个性化的交错发展引出本书的研究对象，提出一系列亟待解决的问题；接着阐述了个性化地图认知机理研究的需求背景、经验背景、方法背景和技术背景；而后对个性化地图认知理论、实验方法、服务技术等方面的国内外研究现状进行综述，并重点分析了其中的不足，肯定了本书中研究内容的必要性；在此基础上，明确了本书的研究目的和研究意义；最后，列出了本书的研究内容及各章结构安排。1.1 引言
在信息论、系统论、控制论的推动下，人类历史的车轮已滚滚驶过电子时代、网络时代，进入了大数据时代。社会信息化进程的加快激活了人们沉淀已久的想要脱离束缚感的需求，用户需求呈现出多元化、多样化、多层次的特点。然而，我们虽然时刻被海量数据包围，却常在信息烟雾中迷失和彷徨，信息过剩与信息孤岛共处，信息过载与信息饥饿并存。正如知识管理专家斯克姆所说，“在网络环境下，用户正在经历一个新的尴尬——淹没在信息之中，却没有闪光的智［1］慧。”奈斯比特在《大趋势》一书中也指出人们目前所处的困［2］境，即信息是丰富的，而知识是贫乏的。比尔·盖茨早在《未来之路》中预言，未来的信息服务必须满足用户高度个性化的需求。
在人类社会漫长的演变、进化过程中，为了满足信息传输和交流的需要，出现了语言和文字；为了传输地理信息、描述地理空间环境，［3-5］［6，出现了地图。地图是永生的，是地理信息可视化的基本形式7］［8］。它与绘画、音乐并称为世界通用的三大语言，与文字一样都［9］是人类文明的标志，但具有线性文字无法比拟的优越性和价值［10］
。由于地图具有综合信息承载和空间存在显示功能，因此从古至［11］今一直是人们认知生存环境的重要工具。地图的阅读和理解不能脱离使用者的人口特征、文化背景等个性特征和特定的使用环境。地图学中的个性化，经历了从无意识的原发性实践到理论总结再到理论指导下的有意识应用的过程。
古代的图画、地图和文字并没有本质区别，地图被理解为写实图［12］画的一种。例如，原始人类绘制在崖壁上的狩猎地图和古巴比伦陶片地图，都是为了实现某一特定情形（如野猎）下的某种目的（如计数）由特定的人制作的，没有规范和标准，因此都可视为原发性的［13］个性化地图。此后，在纸质地图长期鼎盛的阶段，出现了因主题和用途不同而采用不同设计方法的个性化地图和地图集。例如，我国个性化定制地图——《张汉民远征图》，还有各种夜光地图、绘制在布帛上的防水地图等。这个时期地图的个性化主要体现在制图理念、工艺和技术等方面，重心在制图者。
20世纪60年代出现了电子地图。电子地图的出现使地图的表达方式、交互手段更加丰富，允许用户参与制图过程，满足了用户更多的个性化需求。同时，电子地图由于不同于纸质地图的阅读方式、呈色原理、用户参与度等，这些特点引起了地图学家们的注意，从此制图重心和个性化研究开始向用户迁移。20世纪70年代是计算机辅助制图阶段，地图产品向虚拟、多维、动态方向发展，更广泛地与个性化需求和环境相适应。
20世纪80年代，全数字化地图制图、3S技术、地球信息科学和［7］数字地球、科学可视化的诞生，丰富了地图表现手段，扩大了地［14］图的应用领域。科学可视化具备图解和交互两个特征，把人脑和［15］计算机这两个强有力的信息处理系统紧密地结合起来。用户阅读地图的方式和从地图上获取空间信息的思维过程得到了空前关注［16］
。20世纪90年代初，可视化技术迅速应用于地球信息科学，并［17，18］成为地图学的核心内容与研究热点。多媒体地图、网络地图和移动地图应运而生，并因其传播的便捷性、更强的交互性和超链接特性，极大地丰富了地图的个性化内容和表现形式，降低了地图制作和使用的门槛。随着用户参与程度的提高和各种地图定制工具软件的出现，地图制作者与使用者的界限开始变得模糊，地图产品的个性化特征凸显，表现出普适化、个性化、多样化的发展趋势。在地图学大踏步迈向自动化、智能化、自适应高级阶段的过程中，手机和平板电脑等移动设备的出现使地图无处不在，众包数据、位置服务、大众制［19］图、泛在制图等新方法新理念深入人心，彻底颠覆了传统的地图可视化形式及用户角色，扩大了地图的使用环境，进一步推进了地图的个性化进程。在充斥着移动计算、云计算和志愿者地理信息共享的信息社会中，大数据和众包现象是未来地图学研究的两个新的驱动力，地图生产和更新由“面向覆盖”转向“面向要素”，越来越多的地图［20］服务将从不完整、不确定和动态变化着的数据流中实时派生而来，地图的数据来源、设计方法、生产模式、显示介质、实现技术、实验手段、应用领域，以及服务程度等都发生了时代巨变。
地图制图或制图可视化致力于以用户为中心，将地理对象及其关［6］系展现在普通的二维平面上，包括一系列信息转换认知过程。MacEachren将面向大众的交流传输与面向个人的可视化列于可视化［7，21］立方体对角线的两端，将认知-可用性研究列为地理信息可视化的重要研究方向之一，明确指出了地图可视化、认知与个性化的关［22］系。Dibiase建立的地理学可视化思维框架与Taylor建立的地图可视化模型也将视觉传输与视觉思维平衡看待。王家耀院士曾指出，“空间认知是认知科学的一个重要研究领域，研究人类感知和思维信息处理过程。认知科学的目的就是说明和解释人在完成认识活动时是如何进行信息加工的。”他将地图要素可视化交互设计与地图认知感受列入地图学与GIS可视化方面研究的主要方面，并且认为，“地图学与GIS中的可视化最重要的是一种空间认知行为，这是一种有助于强化心象地图的能力，这种能力有助于理解、发现自然界存在的现象［23］相关关系和启发形象思维的能力。”然而，用户的生理特征、知识结构、社会背景、兴趣爱好等存在个体差异，大脑对地图符号、色彩、功能等要素的信息加工方式截然不同；同一个用户在不同环境下的生理和心理状态不尽相同，影响他对地图的阅读和使用；在不同载体上，地图的显示特点不可同一而论。因此，不了解人对地图的感知、觉察、注意、记忆、模式识别（Pattern Recognition）、决策等一系列认知过程，以及不同环境下的认知差异，就不可能从根本上提高地图的可用性，地图的设计和表达研究也就无的放矢。因此，研究个性化地图的认知机理具有重要意义。
那么，个性化地图包括哪些地图要素？这些要素是怎样组合成地图的？涉及的影响因素有哪些、如何分类？用户脑中的心象地图也是由点、线、面等要素组合而成的吗？这与制图者对地图的专业理解会不会有区别？对于某一种特定的影响因素（如性别为女性），某种地图要素（如符号类型）如何设计更合适？如果将地图要素置于复杂的影响因素组合情况（如具有硕士学历的中年女地图专家）中考虑，究竟哪些影响因素对某种地图要素（如符号类型）的选择起作用？对于多种地图要素叠加生成的完整地图，如何评估它们对当前特定的个性化情景的适合程度，又如何验证呢？这个“适合”的选择也就是个性化地图的认知结果。那么地图认知阶段如何划分？因人而异的信息加工机制是怎样的？有没有办法能够监控人脑的地图思维过程，并且让它“可视”呢？对于不同的认知效果，是地图要素在起作用，还是影响因素在起作用，它们有没有彼此增强或是削弱？究竟哪些影响因素对哪个认知阶段的影响较为显著呢？本书将逐一回答这些问题。1.2 研究背景
在Web 2.0大数据环境下，新技术的应用、研究维度的扩展、新型地图的出现不断“刷新”着地图和地图学的概念。千篇一律的地图设计样式已经不能满足用户需求。一方面，众包数据、泛在制图使用户的角色发生迁移，由于用户的个人特征、文化背景、专业知识、心理状态等不尽相同，非专业用户自发设计的地图在内容、符号、色彩、布局、风格等方面千差万别，所以专业知识的匮乏使地图设计具有盲目性，亟须个性化地图理论的指导；所以另一方面，人们渴望得到更加精细化、自动化、个性化的地图设计与服务，期待地图学家能够真正理解他们的个性化需求，并提供满足当下需要的地图。地图可视化［12］是地图传输与认知理论的接口。地图可用性与地图设计研究都以提高地图传输效率为目的，同时这也是地图学研究的热点。地图可用性与地图设计研究是同一个问题的两个方面，交汇于地图认知。地图认知具有个性化的特点，是地图可用性研究的核心，也是地图可视化设计的依据。下面通过对需求背景、经验背景、方法背景、技术背景的分析，说明个性化地图认知机理研究的必然性和可行性。（1）需求背景——地图应用范围的扩展促使了个性化分化的出现。地图学研究已经进入了“新地图学”（NeoCartography）时代。共性发展到一定阶段就会出现个性分化，而自发性的个性化发展到一定阶段就需要标准化的理论指导，从而实现专业理论规范框架内有序的个性化。地图认知的发展也呈现出普适化、个性化与标准化交叉上升的特点。从时空维度上看，地图学的研究对象正在由二维、静态、纸质、单一环境下的地图向三维、动态、多介质、网络化，甚至四维、［24］实时复杂环境下的新型地图扩展；从感官通道上看，地图感受的［25］途径不再仅仅是视觉，还逐渐包括了听觉和触觉，它们丰富了地图设计和认知手段；从显示载体上看，移动地图、网络地图、触摸屏地图的显示介质具有不同的特点和要求。（2）经验背景——其他行业的个性化应用为地图学积累了经验。当今时代，个性化技术广泛应用于电子商务、新闻订制、移动通信、视频网站、在线教育、汽车设计等领域，产品可用性、用户体验、敏捷体验、场景设计、响应式设计、设计认知、设计思维、情感化设计、市场细分等研究为个性化地图的设计与实现积累了宝贵经验。例如，海尔冰箱、尚品宅配衣柜、中国各大网络运营商、日本机床企业、中国知网等分别提供了用户交互与设计修改、用户兴趣聚类与动态更新、用户模板选择等服务。情境获取技术、数据库技术、多媒体技术、协同过滤技术、关联规则技术、内容分析技术、知识推荐技术、迭代寻优算法、标签系统技术、定制技术、模板技术、自适应技术等都可以为地图学所借鉴。（3）方法背景——实验心理学的发展为个性化地图认知研究提供了可能。实验心理学研究的热点从认知感受评价转向认知思维过程监测，为地图认知过程的研究提供了实验方法和监测手段。地图学实验方法和心理学实验方法一样，经历了从简单的心物学实验到出声思维（Think Aloud）法、眼动实验法、脑电等生物信息方法，以及它们的联合实验方法；从初级视觉感受发展到高级认知任务；从面向共性的群体特点研究到面向个性的个体认知差异的研究阶段。（4）技术背景——眼动技术在地图学中的应用已取得了进展。视觉是获取信息的最强感官通道，是地图可视化效果的感受基础，眼动规律能够反映出用户的心理状态和认知过程。眼动实验法作为地图学理论研究的新方法，能够同时提供定性和定量的实验依据，有利于我们根据各种眼动参数和视线轨迹探究用户对地图认知的心理过程。眼动实验法已经成功应用于地图感受效果评价等研究，并在实验设计、数据分析等方面积累了一定经验。目前地图学眼动研究的重点逐渐由“看什么”向“怎么看”迁移，也就是由地图感受效果评价转向对地图认知机制的高级研究。眼动技术在地图学的应用范围逐渐扩大，其准确性和生态性逐渐提高，已经成为地图感受、地图可用性、地图设计等地图学领域的研究热点之一。
为此，国家自然科学基金委员会立项“个性化地图可视化表达机理与设计理论研究”，科学技术部863计划“大规模复杂地理空间数据可视化与自适应制图技术研究”的子课题“个性化空间知识地图服务机制研究”，都鼓励采用眼动实验法对个性化地图进行研究。本书是以上课题的研究成果之一，重点研究二维电子屏幕显示环境下的个性化地图的认知机理。1.3 国内外研究现状及分析
针对本书的研究内容，主要对个性化地图的认知理论、实验方法、服务技术等国内外现状进行研究，重点分析其中个性化地图和地图认知研究现状，总结目前研究中主要存在的问题。1.3.1 个性化地图认知理论研究现状
目前关于个性化地图空间认知的研究主要有两个方向：一种是以地图为工具和手段对地理空间进行直接认知，即鲁学军所说的较大范［6］围的空间格局认知；另一种是通过对地图本身的认知间接获取地［26-28］［12］理空间信息，将地图作为“空间认知和空间思维的工具”，是地图学与认知心理学交叉融合产生的研究领域。
自从20世纪50年代认知理论被引入地图学以来，地图学陆续被美国地理科学研究协会、中国自然科学基金委员会列为优先资助研究领域之一。美国地理科学研究协会还明确指出将连续3年重点资助对地理信息个性化认知差异的影响研究。Elzakker在1998年加拿大渥太华举办的ICA第19届学术讨论会上指出，为了向用户提供地图可视化工具，地图学者需要了解用户大脑中发生的认知过程。在广泛的用户中，除了少数从事与地图相关工作的人，更多的用户是非专业的［29-31］，地图设计在具有创新的个性因素的同时，又必须符合大众化［32］［31，33］的情感心理。在Morita T.提出普适制图的概念之后，［34］Montello D.R.对20世纪认知地图设计的理论与实验方法进行了专门论述，总结了包括认知理论和传输模型框架之内的理论研究工作的进展，并将Robinson在1952年出版的The Look of Maps中的认知地图实验研究分为地图设计、地图心理、地图训练3部分进行了总结，并且提到内在因素和经验因素形成的个体差异在很大程度上影响了用户的地图感受和认知。
与一般地图相比，个性化地图更加突出用户的中心地位和个性化需求差异。地图符号、用户满意度、环境维度、感官通道、显示载体等个性化因素的影响是当前个性化地图认知研究的热点。
1.地图符号研究
在符号认知方面，Vasilev S.提出了地图符号应该能够表达物理语义、思维结果、感知适应、类别体系，研究了从原始图形、图形符［35］号、地理符号到衍指符号（Supersign）的设计；Schlichtmann H.认为，符号设计包含变量组合、图形表达及关联特征3个主要方面［36］；Griffin和Robinson发现地图中建筑物示意符号的不同会影响到［37］建筑物名称的记忆；江南按照文化背景、文化程度、用图意图、年龄特征分析了电子地图用户群的认知特点，并提出了电子地图多模［38］式显示的理论与方法；陈棉从语义的角度对地图符号系统进行了［39］［40］研究，探讨了空间信息多媒体可视化的设计方法；李伟等解析了符素情境语义和符号陈述语法，提出了个性化地图符号的设计策略。
2.用户满意度研究
用户满意度方面的研究主要集中于用户地图情感方面。孟丽秋教授一直关注个体、环境差异对地图认知的影响，强调情感制图［25］（Affective Mapping）在地图设计中的重要作用。她总结了地图表达形式、价值能力、评价标准、设计者和使用者间的关系，以及符号认知规律的历史演变，采用ISO的可用性定义作为地图的评价标准，认为用户对地图信息的获取程度不只依赖于一般生理能力，还与视觉文化、专业知识、对地图设计的理解能力有关，地图使用效率与随时［41］改变的用户任务、信息需求、地图先验知识和情感状态关系密切（见图1.1）。她针对如何提升以用户为中心的个性化地理服务，提出了Egocentric Geovisualisation的概念，并将这个概念与Geocentric Geovisualisation相对照，指出比地图效力和效率更重要的是用户的满意度，它不仅与用图目的有关，还和个性化的、复合的、主观的情感［42］需求有关。Fiori等也从地图符号的视觉感受和旅游者情感因素方面提出了一些促进交互的途径。图1.1 地图与用户之间的技术瓶颈
3.载体分异研究
地图载体分异方面的研究主要集中于网络地图与移动地图交互方［13，43-45］面。例如，Sarjakoski L.T.和Nivala A.M.等讨论了不同载体［46］设备上地图显示的个性化差异，对移动地图的可用性和地图网站［47］的可用性进行了评价，提出了基于适应手段的可用性改进方法［44］，对新用户、新环境和新设备条件下的交互式地图设计进行了系［48］统研究。他们指出移动地图具有能够通过情境提醒屏蔽不必要信息的优势，认为地图阅读不仅与制图者有关，还与用户技能和感受途径、用图目的、使用时间、物理环境、显示设备等要素有关（见图［49］1.2）；并在地图符号视觉变量和信息传输模型的基础上，给出［50］了考虑季节和年龄个性化差异的地图符号设计实例。Elzakker等对移动地图的可用性进行了测试。图1.2 移动用户相关的情境要素
4.维度与感官通道研究
地图个性化设计手段的丰富，不仅表现在视觉变量的扩充方面，还表现在听觉符号、三维符号、视频录像或动画片段等多媒体和多感［51］［25，52］官通道的运用方面，可听化、可触化认知使地图认知手段更加多样化，提高了地图表现力，增强了地图认知效果。虚拟地理环境和增强现实等新的地图形式，更加以用户为中心探讨视点和认知的关系，也是个性化的一种特殊表现。赛博空间、网络空间、本体空［53］间、室内空间认知对地图的依赖性与二维空间有所不同，需要寻［54］求新的理论方法和技术手段。在多维度、多感官通道方面，地图认知具有更多不确定性。孟丽秋教授认为三维仿真虚拟地理环境的普及不仅给地图学提供了新的生长点，还使可视化技术（Visualization）［25］走向可视化学（Visualistics）；艾廷华教授认为赛博地图是对虚拟空间的认知表达，在内容表达、地图综合方法、数学法则等方面与［55］常规地图并无差别；但是刘芳等认为虚拟地理环境具有多感官性（Multi-nensury）和自主性（Autonomy），缩短了没有地图使用经验［56］的用户的认知距离，但是过多的感官负荷也有可能造成主体迷失等问题；田江鹏等基于语言学理论提出了三维符号语义模型和三维符［57］号的设计改进方法；2013年，诺基亚将旗下的HERE地图服务与体感控制产品Leap Motion结合，使用户仅通过手势操作就可以查阅地图。总之，地图研究范围的扩展将个性化地图认知引入更加广阔的天地，要求重新定义地图的个性化认知差异。
但是地图形式的创新和技术应用太过盲目，新型地图的可用性还有待检验。动态地图、三维地图、赛博地图、全息地图、云地图等新型地图的出现促使地图学家不断重新定义地图和地图学（300多种定［25］义），其中某些符号设计还未来得及经过可用性检验就投入了技术应用。与传输型地图和解析型地图等相比，探索型地图由于知识挖［58］掘任务和目的事先并不明确，所以可用性很难测定，三维环境下［59，60］［61］浏览功能的可用性也有待实践检验。Christophe等也认为，尽管在泛在制图环境下个性化的需求和提高地图设计水平的需求在持续增加，但是对地图个性化的研究仍然很少。
高俊院士最早在国内提出了“心象地图”和“认知地图”的概念［12］，指出心象地图不仅与个人的知识和经验有关，还与环境有关；王家耀院士把地图空间认知分为感知、表象、记忆和思维4个基本过程，并在1983—2003年总结地图学与地理信息进展的系列论文中强［23］调“地理空间认知”，指出“心象是个别的和具体的”；陈毓芬对地图空间认知理论及数字制图条件下的人-图关系进行了系统研究，指出了电子地图空间认知的独特作用和主要内容，并进行了系列［11］视觉认知实验；杜清运基于语言学解析了空间信息的理解机制［62］；江南对具有不同文化背景、文化程度、用图意图、年龄特征的电子地图用户群认知特点，以及电子地图显示效果的主客观影响因素［38］进行了研究。
当前地图学已走过PC和Web时代，正在由社会网络向语义网［63］络、智能网络时代迈进（见图1.3）。更便捷的网络入口和无线［64］计算设备，以及个性化网络发布平台，使基于Web 2.0大数据环境下的众包数据、泛在制图等新理念对地图可视化产生了巨大冲击，公开信息与隐私信息界限的模糊使我们重新审视地图数据的提供、存［63］取，以及制图者角色的迁移（见图1.4），不得不重视个性化地图理论与表达方法的研究。2014年1月，Cartwright W.教授详细阐述了“新地图学”的概念，全面概括了时代特征对传统地图制图技术的颠覆，指出Web 2.0下的地理空间信息的特征是：新的数据收集、存储和发布方式，移动设备、定位技术带来的方法变革，众包数据促使制图角色的转变，以及经典理论指导下的技术方法创新；同时［63］Cartwright W.教授还注意到了数据质量、匹配关系等问题。图1.3 “新地图学”时代环境的变化资料来源：Cartwright W.2014年1月中国郑州座谈会报告。图1.4 Web 2.0环境下制图者角色的迁移资料来源：Cartwright W.2014年1月中国郑州座谈会报告。1.3.2 个性化地图实验方法研究现状1.3.2.1 实验心理学中的个性化研究手段
心理学中对个性化的研究方法层出不穷。奥尔波特最早将个性研究方法分为量表类、标准化测验类、统计分析类、实验室实验类。其中，量表类包括等级量表、记分量表、心理图示等方法；标准化测验类包括标准化问卷、心理测验、行为量表等方法；统计分析类包括差异心理学、因素分析、内部因素分析等方法；实验室实验类包括单一［65］的机能记录、多元的机能记录等方法。常用的心理学研究方法有直接观察法、问卷调查法、焦点组访谈法、德尔菲法（专家打分法）、主观评价法、眼动实验法、脑电监测法、出声思维法、功能性磁共振脑成像技术（fMRI），以及多种方法的联合实验方法等。19世纪，英国学者高尔顿、美国心理学家卡特尔、英国学者斯皮尔曼和皮尔逊、法国心理学家比纳和精神科医生西蒙分别对感知觉、反应时、记忆、运动机能等进行了广泛的心理测验和量表统计分析，使心理测验走上［65］了个性测验和量化研究之路。图1.5描述了常用的心理实验方法在定性研究和定量研究中的作用。问卷调查法适合主观的、定量的研究；眼动实验法能够同时提供客观的、定性与定量的研究证据。图1.5 常用的心理实验方法在定性研究与定量研究中的作用
眼动实验先后经历了观察法、后像法、机械记录法、光学记录法、影像记录法等多种方法的演变。自20世纪60年代以来，眼动仪经历了固定式、头盔式、红外式的阶段，向高精度、智能化、系列化、便［66，67］携式方向发展。当前主流的眼动仪主要有美国应用科学实验室（ASL）生产的系列眼动仪、德国SMI生产的IViewX头盔式眼动仪、加拿大SR公司生产的Eyelink眼动仪和瑞典Tobii公司生产的系列眼动仪。以眼动研究为主题的会议主要有欧洲眼动大会（ECEM）和中国国际眼动大会（CICEM）。如今，美国国家航空航天局、哈佛大学、麻省理工学院等著名科研机构或大学都设有专门研究视觉眼动系［68］统的部门。近年来，天津师范大学、中国科学院神经科学所、北京大学、北京师范大学、浙江大学、中山大学、华东师范大学、大连海事大学等国内高校和中国聋儿康复中心、天津市眼科医院、中国欧盟可用性研究中心等科研机构也纷纷购置眼动仪，“眼动实验室”如雨后春笋般涌现出来，主要集中在心理学、教育学，以及医学中的神经病学、眼科学等领域。1.3.2.2 个性化研究中的眼动技术应用
心理学中的眼动技术最早应用在阅读研究和图片研究中，目前已经由单一环境下的低级感受效果研究转向多维、动态、复杂环境下的高级认知过程及认知差异研究，为个性化地图眼动研究提供了基础视［69］觉理论和值得借鉴的实验思路。以下是其他行业中涉及认知机理的研究，部分研究关注了被试（用户）、任务、环境等个性化差异。（1）阅读心理眼动研究。
通过观察眼球运动了解心理过程的做法始于西方的阅读眼动研究。早期提出的中心视觉和边缘视觉理论、眼跳抑制、眼跳的潜伏期［70］［71］和知觉广度、7～9个字母的眼跳组块规律等都有重要的意义。20世纪初，认知心理学家开始重视利用各种眼动参数及轨迹特征反映阅读的信息加工过程，提出了视觉优先选择（Prioritizing Selection）、视觉标记（Visual Marking）理论、优先选择效益（Preview）、竞争-整合模型（Competitive Integration Model）、区域［68］激活模型（Area Activation Model）等理论，其中涉及任务难度，刺激物属性，被试的个体经验、状态、能力、记忆等特征，指导语和语境对视觉选择的影响，眼跳将刺激向中央凹（Fovea）转移的作用，运动和静止目标搜索策略的差异等具体结论。Rayner K.对20世纪80年代到21世纪初的阅读和信息处理的眼动研究进行了总结［72］，并对阅读、场景感知和视觉搜索中的眼动和注意进行了研究［73］。［74-76］
国内的眼动实验始于20世纪80年代初。沈德立及学生白学军、闫国利等的汉语阅读研究将眼动研究引入中国，对视觉与眼动基本模式、眼动记录方法进行了介绍，以文字、图片为素材进行眼动研［77，78］究，并且关注了阅读认知中的文化差异，对听障大学生的阅［79］［80］［81］［82］读理解进行了眼动监控；李旺先、陶云和程利等研究了阅读中的眼动机制，中、小学生和大学生因学历和年龄的不同而产生的阅读方式差异。
人眼在观察其他视觉刺激时的眼动过程与阅读过程中的眼动有很［66，78，多共同之处，因此，这些眼动模型和其中个性化差异的研究79］对地图眼动信息加工规律的探索也具有重要意义。（2）图片眼动研究。
与阅读心理眼动研究类似，图片和图形符号（包括数字符号）的眼动研究也分为两个方面：一是对“看哪里”的图片感受研究；二是深入“怎样看”，即对大脑认知思维进行眼动研究。地图本身具有符号化和艺术性的特点，与图片和图形符号类似，因此图片认知的眼动研究对于探索地图实验方法具有十分重要的借鉴意义。
早期对图片视觉感受的研究发现了视知觉的重要特性，为地图符号、色彩等要素的设计、地图眼动实验中兴趣区（Area of Interested，［83］AOI）的选取范围等提供了直接依据。例如，Stratton研究得出，当眼睛观看圆形时，轨迹是沿直线跳动的；Buswell提出快速浏览模式（General Survey）和注视搜索两种眼动方式，指出注视时间的延长与感受处理更复杂有关，还发现图像内注视点个数与图像区域内显［68］著信息的数量有强联系；Gould、Williams等进一步发现，数字信息不能引起明显注视，但颜色信息比大小、形状更能吸引被试的选择［37，68］性注视；Locher和Nodine发现了对称图形与不对称图形中注［68］视点的集中与散布位置；Lelson和Loftus发现，通常物体距离注视点2.6°以内能被识别，但差异信息的识别阈值在1.5°之内；还有研究发现，视觉有人脸倾向，且扫视取样集中在眼睛、鼻子、嘴巴等局［68，83］部特征。
针对图片认知机理的眼动研究不但为地图学研究提供了有用的经验和结论，反映了眼动对大脑思维的客观、实时的表征作用，而且证明了眼动实验能够为图片认知同时提供有价值的定性和定量信息，能够作为地图认知和个性化分析的有效研究手段。这类研究中比较重要的有：Yarbus对图画观看进行了广泛、系统的眼动研究，发现被试对静态目标的感受过程既有注视又有眼跳，注意力主动分布于感兴趣的［37，84］和具有重要信息的区域；Mackworth、Morand和Wolf认为，刺激复杂、信息丰富和成分新异的区域受到的注视比率最高，且不随时［37，68，83］间变化；Noton D.和Stark L.提出了非常有影响力的扫描路［85］径理论，他们认为视觉凹在获取图像后，注意力选择内在认知模型控制了视觉信息的处理过程，包括人眼自下而上的被动感受、注意和定位目标的视觉察阶段（预注意阶段），重复眼跳、扫视、凝视的［86，87］自上而下的眼脑协调主动认知阶段，得到了众多专家学者的认可；随后，Privitera C.M.、Goldberg J.H.、Kotval X.P.和Jacob R.、Karn K.在形状、图像、动态场景、界面操作眼动实验中准确诠释了［37，这一理论，提出了定量比较和测量眼球注视序列的相似矩阵87］；Verschueren和Schoen L.、Antes，Hendersan和McClure发现［37］，被试对缺少期望信息的区域注视时间较长，还会产生一些不均［37］衡的注视点；Just和Carpenter提出了眼脑一致性假说，他们认为阅读者信息加工的区域就是他正在注视的那个区域，在某个被注视的点（如一个单词）的所有信息被处理完成之前注视相对稳定和持续，所以对某个区域信息加工的时间就是对该区域的总注视时间，还指出［67］认知任务的注视时间是70～1200ms；Rayner、Wedel、［37］Duchowski等进一步指出，人们注视广告的顺序通常是图像、正文、背景，对信息量大、重要的或有兴趣的区域注视优先且时间较长［68，83］；Lohse、Kelly、Bogart、Wedel和Pieters等研究了颜色、大［37，68，83］小、位置对广告图片注视时间的影响；Stone和Glock、［37］Brnadt等发现图像先于文字被注视；但是Ardaya、Poynter Institute等发现当文字和图片尺寸相近时，出现了“图像盲区”，文［68］［73，字率先被关注。其他研究还包括对人类视线搜索和注意机制84，87-91］［92-94］、显式和隐式交互方式、图形空缺认知等方面的探索［95］。
我国心理学家韩玉昌发现形状和颜色一样具有诱目性序列特征［83］；闫国利认为观看者对图片中感兴趣的内容注视时间长、注视次［70］数多，瞳孔直径会增加；也有人提出，注视次数比注视时间更能［83］反映信息提取的难易程度；丁锦红教授在平面广告研究中发现左右视野、垂直与水平搜索的平均注视时间存在差异，文字有助于广告
［68］记忆；戴斌荣、阴国恩在图片分类研究中发现，在图片一次性全部呈现时大学生倾向于一维特征分类，在图片逐一呈现时倾向于整体［83］相似性分类；付炜珍等在对手机外观设计的眼动评价中发现眼动［83］指标与主观评定之间具有一致性；曹晓华、曹立人等发现，被试在不良显示条件下的取样点相对减少、单位扫视路径相对增加，作业［68］难度对被试首视点分布是否均匀有影响；陶云等在对明式家具和现代家具的审美偏好实验设计中考虑了年龄差异，并且发现被试在进行图画注视时中心区域优先，下部优于上部，水平方向优于垂直方向［83］。地图具有图形艺术特性，但在遵循以上眼动规律的同时还有其自身的特点。（3）个性化相关的眼动研究应用。［74］［68，
目前，眼动技术广泛应用于医学、心理学、广告设计70，96］［97］［98，99］［100］、体育、驾驶、军事等各行各业，实验结论越来越丰富、精确。其中与个体差异有关的眼动研究主要有：在美国空军F16B的15个训练科目中，有10个应用眼动测量系统纠正了初训人［101，102］员的错误扫视习惯，明显提高了训练效果；在体育心理学方面，眼动研究主要用于提高新手的训练模式和策略，如王恒等总结了在播放排球扣球视频时不同运动水平学生的眼动模式、视线轨迹、心［66，103］理负荷等差异；在人机交互与工效学研究中，研究热点集中于视觉信息捕获方式与人体、心理状态的适应性；百度公司的用户体验部门利用眼动仪了解用户的操作反馈；腾讯公司利用眼动测试结果进行对话框按钮位置的设计改进；飞利浦光学电器的设计、飞机驾驶测试、交通动作噪声等研究也参考了眼动追踪结果；甚至还有学者对古装电视剧的收视率、二次元人物的思维过程差异进行了眼动分析；三星、苹果等移动设备研发部门也积极投身于用户体验的眼动研究热潮中，纷纷以眼控界面或眼控游戏作为新的卖点，通过对眼睛注视或眨眼等动作指向或激活屏幕内容；眼控研究对残障人士还有特殊意义。以上实验研究虽然未涉及地图研究，但是个性化认知差异的眼动实验设计及实验结果的量化分析方法可以为地图学个性化研究所借鉴，也为个性化地图可视化研究提供了多样的方法手段和技术支持。1.3.2.3 地图学中的眼动研究现状
20世纪50年代至21世纪初，地图学与认知心理学、实验心理学交叉发展，产生了实验地图学这门新的学科。虽然心理学中也出现过以地图为素材的眼动研究，但是关注的焦点是人脑认知模式，地图仅仅被作为工具使用，缺乏对地图本身的专业思考。20世纪70年代，［104］眼动研究走进地图学。初期的眼动研究集中于对屏幕地图、交［105，106］互性用户界面的分析，即用户在地图上“看什么”。但设备［107，108］价格昂贵极大限制了眼动实验在地图学中的推广。随着科学技术的进步，一方面，眼动仪和计算机的价格下降了；另一方面，网络地图、移动地图、触摸屏地图、多媒体地图等爆炸式出现，它们的设计效果和可用性亟须得到科学验证和客观评价。20世纪80年代，国外学者开始致力于设计复杂实验任务完成高级认知过程的研究，研究的焦点转向了用户在地图上“怎样看”。眼追踪技术在地图学中应［95，106，109-113］用的复苏，将实验地图学推向了一个前所未有的新高度，应用范围也越来越广泛。平面地图逐渐扩展到了虚拟环境、屏幕地图、交互性用户界面、地理可视化的可用性、移动地图等领域。（1）国外地图学眼动研究。
在国外，先后成立了一些拥有眼动设备的地图学眼动研究机构或专业小组。例如，Andersen H.H.K.所在的意大利国家实验室、Ooms K.所在的比利时根特大学实验心理学系的眼动追踪实验室、美国加州大学圣巴巴拉分校地理系的Montello D.R.课题组、Coltekin A.与Fabrikant S.I.所在的瑞士苏黎世大学眼动研究小组、Koua E.L.与Kraak M.J.所在的荷兰眼动机构、希腊雅典的国家科技大学地图实验室（the Laboratory of Cartography of National Technical University of Athens，NTUA）、挪威科技大学可用性实验室、美国空军研究实验室认知模型和因素分部（Cognitive Models and Agents Branch，Air Force Research Laboratory，CMAB）等。欧洲、美洲相继涌现出一大批眼动研究专家，美国的Rayner，雅典的Krassanakis V.、Filippakopoulou V.、Nakos B.，比利时的Ooms K.、Maeyer P.D.、Montello，瑞士的Coltekin A.、Heil B.、Garlandini S.、Fabrikant S.I.，丹麦国土局的Brodersen L.等，就地图学领域的眼动研究问题展开了广泛的合作与交流。
在地图阅读与交互研究方面，丹麦国家地籍测量部的Brodersen ［106］L.与意大利国家实验室的Andersen H.H.K.和Weber S.合作，对以用户为中心的地图阅读行为、纸质地图的可用性、地图感受与地图设计、地理信息传输等进行了眼动研究，以眼动和语音相结合的方法，将地形图设计分为10个与空间认知相关的主题；Noyes通过眼动数据研究在类似地图的显示物上注记邻近要素对注记识别时间的影响［37］；Pelz利用头盔式眼动仪对如何提高地图和地图集的美学设计水［37］［114］平给出了建议； Phillips R.J.等在专题地图颜色、纹理编码［37］等方面进行了眼动测试；Jenk G.F.对点状专题图的区域归属进行［37］了眼动实验研究；Dobso探讨了在有无明确区域界线时被试读图［37］的视觉过程差异；Noyes和Audley进行了一系列实验，研究了图名设计对地图阅读速度的影响；Castn和Eastman研究了地图阅读与［37］地图复杂性的关系；Lawrence和Olson & Lobben等应用眼动实验［37］［115，116］研究了地图阅读的认知过程；Fabrikant S.I.、Garlandini S.等细致分析了色调、色相、方向等静态视觉变量和闪烁等动态视觉［37］变量影响下的地图认知效率和眼动差异；德国慕尼黑工业大学的［117］Swienty O.研究了地图动态交互及知识形成因素，依据认知心理学理论对认知效率和可用性进行了解释；瑞士苏黎世大学地理系的Coltekin A.、Heil B.、Garlandini S.和Fabrikant S.I.等组成的研究小组［109，116，118］在地图设计与认知、动态地图、时空地图方面做出了突出贡献，探讨了地图学中眼动研究的时代变化，总结了地图学中眼动应用的发展历史，研究了眼动热点图和显著模型用于地图可视化变量、视觉搜索策略分析和地图设计效果评估的有效性，指出了动态刺激和边缘视觉研究匮乏的问题。
在地图认知机制及地图可用性研究方面，荷兰特温特大学的［22，119］Koua E.L.、Kraak M.J.等的研究重点是地图可用性评估、时空数据可视化分析、虚拟环境可视化等，关注了地理可视化的可用性［120］问题，归纳了地理可视化研究中的诸多挑战。Kraak M.J.还长期关注地图的时态问题，提出了时空立方体模型；波兰华沙大学的［121］［122］Opach T.对动态地图的语义信息传输、地图学与图形设计等方面有浓厚的兴趣；挪威科技大学的Nossum A.S.的研究方向为语［123］［124］义模拟、室内地图、动态地图、地理现象的可视化方法、［125-127］时空立方体模拟地图等，介绍了动态、交互、组件式地图界面眼动数据的新分析方法；芬兰赫尔辛基行为科学研究院的［128］Irvankoski K.M.在硕士论文中对地图认知进行了系统论述；德国［117］慕尼黑工业大学的Swienty O.在基于认知心理学和认知神经学等理论撰写的博士论文中，分析了注意导向地理可视化的认知效率和可用性。（2）国内地图学眼动研究。
在国内，眼动技术从20世纪80年代初才走入国门，高俊院士敏锐地注意到了这一创新实验方法的优越性，1984年就曾在《地图感受与地图设计的实验方法》中提出，把眼动研究作为地图设计的3种实验方法之一，并作为观察视觉生理机能的主要手段，间接探求用户［69］对地图注意力的集中和兴趣。高俊院士还十分重视用户的文化水平、使用地图的经历、使用地图的场合等个体差异对于地图认知的影［12］响。地图学家们已经看到了眼动追踪方法在地图学研究中的优势，并在过去的几十年里，借鉴其他行业和国外地图学界的眼动研究经验，［37］进行了大胆尝试。例如，游万来等利用眼动实验探究了电子地图［37］的缩放和平移功能的设计对网络地图可用性的影响；董卫华等以眼动实验作为视觉分析方式，通过收集被试在完成特定任务过程中的眼动数据、准确度及响应时间，评估了动态地图的可用性；牟书、刘［37］儒德等发现地图上有无地理标志和背景的复杂程度会显著影响空［129］间定向的反应时；长安大学的李霞提出了时空立方体眼动数据的可视化模型，对地理空间数据随时间轴、时间钟和时间波的可视变化进行了延续研究。
虽然国内的地图学眼动研究正处于上升期，但是成功的实验案例还比较少。一方面，地图厂商看到了新的商机，主动与具有眼动研究资质的院校或科研院所寻求合作，以提高自家产品的可用性，占领更多的市场份额，如合众思壮公司、高德公司、携程旅游网等；另一方面，地图学家也积极呼吁加强地图学理论研究，尝试利用眼动技术突破地图学发展道路上的瓶颈。1.3.2.4 个性化地图的眼动研究
在国外，大概从2008年起，地图学家们才开始关注眼动研究中的个性化差异问题。在国内，与个性化地图相关的眼动研究较少。
国外的个性化地图眼动研究成果主要集中在被试群体之间的眼动模式差异研究、新手与专家之间的注视行为差异研究、个性化视觉搜索策略分析研究、地域文化差异的影响研究、地图设计情感响应的眼动研究、多种地图形式的可用性差异研究、地图目标引起的认知差异研究、小尺寸屏幕显示特性研究、室内导航与室外导航不同的特点研究、高低语义水平的眼动差异研究等方面。（1）个性化地图设计与交互研究。
Gould从用户的角度对地图的复杂性、制图综合、符号设计等进行了眼动实验研究；Hermans O.等研究了缩放与漫游搜索方式中的不同眼动模式，并且注意到了不同用户群体之间的差异性；比利时根特大学的Ooms K.和Maeyer P.D.、Fack V.等持续关注地图设计视觉［130］变量、眼动实验方法、用户的个体差异、动态标签（Label）方法和效果、动态与交互地图中的眼动模式、眼动空间维度的Visual Analytics Toolkit工具分析、新手和专家地图学习注视行为的差异，以［131-134］及数字时代地图与用户之间的解译、认知与记忆等研究。（2）个性化地图的可用性研究。［135］
Fabrikant S.I.与Montello D.R.等对地图动态显示过程中的推理负荷、个性化视觉搜索策略分析和地图设计效果评估的有效性进行了研究，指出了动态刺激和边缘视觉研究匮乏的问题；英国伦敦大学［37］的Andrienko G.L.与德国的Andrienko N.V.多次合作，对动态地图、时空地图、网络地图、移动地图的可用性和数据挖掘问题进行了眼动可视化分析，总结了地理可视化分析中存在的挑战，注意到地图应用中的美国、欧洲地域个性化差异，还与MacEachren A.M.、Kraak ［135］M.J.、Fabrikant S.I.、Resch B.等就动态、移动地理可视化分析方法等问题进行了合作和交流。（3）个性化地图认知研究。
Eric N.Wiebe等研究了被试在不同任务目标和地图维度条件下的眼动方式，从而得出了地形图认知的差异；希腊雅典国家技术大学农业测量工程学院地图学实验室（NTUA）的Krassanakis V.、Filippakopoulou V.、Nakos B.团队，应用Viewpoint眼动仪对地图学眼［136］动应用进行了系统研究，关注了被试对地图符号中图形空缺［112］［137］（Hole）特征的认知、动态变量的眼动分析、地形图中的地标搜索等内容，对眼动设备和机构进行了总结，指出了未来的研究方向是眼动指标矩阵分析，以及对不同用户、不同地图的个性化研究［138］；Raubal M.、Kiefer P.、Giannopoulos I.等对小尺寸屏幕上的导航注视历史和地理注视标志进行了研究，通过对地图认知活动的眼动研究，指出了眼动可以为视觉场景感受过程提供定性和定量的证据，对高低语义水平下的寻路认知进行了眼动解释；美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校地理系的Montello D.R.教授及他所在的团队从1999年就［139，140］开始关注地理科学中的认知问题、地理可视化中的可用性问［141］［142］题、空间寻路问题中的性别差异、不同尺度下的个体空间［143］能力差异等个性化地图可视化的相关问题；Fabrikant S.I.报告了［144］关于地图设计情感响应的研究，在COSIT2011会议上对地理可视化决策中的时空问题表示关注；Ooms K.等近期开始关注室内导航［145］地图的研究；苏黎世瑞士联邦理工学院（ETH）地图学与地理信息研究院的Raubal M.、Kiefer P.、Giannopoulos I.等在地理可视化、［146］［147］地图认知与交互、地理信息科学认知工程、地理信息语义［148］［94，149，150］规则、移动地图导航交互、地理矢量特征的眼动匹［110］配等方面的研究取得了丰硕成果，对地图认知活动的眼动研究［151，152］进行了总结，说明了眼动分析为地图学研究提供了定性和定量的证据，并指出了高低语义水平的眼动差异，即低语义水平的眼动与几何图形进行注视匹配，高语义水平的眼动是自我定位过程中的地［111，153］图匹配和空间寻路认知活动。（4）眼动实验法与其他实验方法的联合应用。
在眼动技术出现之前，地图学领域就有一些关于地图个性化差异［11］的研究方法。例如，陈毓芬教授及她带领团队中的吴增红［154］［155］［156］［157］、谢超、徐琳、邓毅博等描述的直接观察法、问［158］卷调查法、主观评价法、认知感受实验法等。眼动技术在成功应用于个性化地图研究之后，它们作为预实验方法和补充手段为个性化地图研究提供交叉证据，仍然得以延续使用。
出声思维法能够探索思维过程，用于辅助验证采用其他实验方法［37］获得的结论：McGuinnes S.于20世纪90年代将出声思维法引入地图学与GIS研究领域；Simonungar运用出声思维法探索了地图阅读者的自发策略；Elzakke采用以出声思维法为核心的组合式研究方法对制图中以需求为驱动的认知过程进行了研究；Blok运用出声思维法对地图动画进行了研究。
因为fMRI需要一定的专用设备和操作空间，所以它主要用于对虚拟现实环境的研究。近年来，地理学家Maguireetal、Hartleyetal、［37］Rosenbaumetal等已经运用fMRI对虚拟现实中的导航问题进行了初步探讨。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]