地图学空间认知眼动实验原理与方法

《地图学空间认知眼动实验原理与方法》围绕地图学空间认知理论-实验-方法-应用的知识体系，系统、完整地介绍了地图学空间认知眼动实验原理与方法。《地图学空间认知眼动实验原理与方法》共6章，第1章重点阐述开展地图学空间认知研究所需要的理论知识，包括地图认知理论、空间认知理论和视觉认知理论与眼动实验。第2章系统性概述地图学空间认知眼动实验方法，包括眼动仪原理与眼动实验范式、眼动实验任务、眼动实验环境、眼动实验刺激材料等。第3、4章从多角度阐述实验数据的分析过程，包括预处理过程、定量化统计过程、轨迹分析过程与行为模式挖掘过程。第5章为应用专题，从认知主体、认知表达、认知客体和数据应用四方面提供地图学空间认知眼动实验案例。第6章从脑神经科学和人工智能等方面展望未来地图学空间认知研究。

序
前言
第1章 地图学空间认知原理概述 1
1.1 地图认知理论 2
1.1.1 地图视觉变量 2
1.1.2 地图符号 9
1.1.3 地图空间认知过程 13
1.2 空间认知理论 16
1.2.1 认知地图 17
1.2.2 空间知识、空间记忆与空间能力 21
1.2.3 空间导航行为 27
1.3 视觉认知理论与眼动实验 31
1.3.1 人类视知觉过程 31
1.3.2 视觉注意与眼动行为 37
1.3.3 使用眼动实验研究地图学问题的必要性 41
1.4 小结 46
第2章 地图学空间认知眼动实验方法 47
2.1 眼动仪原理与眼动实验范式 47
2.1.1 眼动仪原理 47
2.1.2 心理学驱动的眼动实验范式 50
2.1.3 可用性工程驱动的眼动实验范式 51
2.1.4 眼动实验研究框架 51
2.2 眼动实验任务 53
2.2.1 地图学空间认知任务 53
2.2.2 地理空间认知任务 54
2.2.3 眼动实验任务应用方向 55
2.3 眼动实验环境 60
2.3.1 眼动实验环境概述 60
2.3.2 虚拟环境 61
2.3.3 真实环境 63
2.3.4 混合现实环境 65
2.4 眼动实验刺激材料 66
2.4.1 桌面虚拟环境刺激材料 66
2.4.2 头戴式虚拟现实环境刺激材料 67
2.4.3 真实环境刺激材料 68
2.5 眼动实验准备与实施 68
2.5.1 被试招募筛选 68
2.5.2 被试组织 68
2.5.3 仪器准备 69
2.5.4 实验流程 70
2.6 辅助实验手段 71
2.6.1 实验问卷与量表 71
2.6.2 出声思维 72
2.6.3 绘制草图 73
2.6.4 多源传感器数据同步 74
2.7 小结 74
第3章 地图学空间认知眼动实验数据分析方法 76
3.1 眼动实验数据预处理方法 76
3.1.1 眼动数据质量评估 77
3.1.2 兴趣区划分 78
3.1.3 眼动指标提取 80
3.1.4 辅助数据处理 81
3.2 注视点空间校正与语义标注 83
3.2.1 总体技术路线 83
3.2.2 地图检测与注视点空间校正 84
3.2.3 图像语义分割与注视点标注 87
3.3 眼动数据可视化分析 91
3.3.1 时间序列可视化 91
3.3.2 空间序列可视化 93
3.3.3 时空序列可视化 94
3.4 眼动实验指标 95
3.4.1 眼动实验指标 95
3.4.2 行为指标 97
3.4.3 问卷得分 97
3.5 眼动实验定量化统计分析 98
3.5.1 分析前准备工作 98
3.5.2 描述性统计分析 99
3.5.3 推断性统计分析 100
3.5.4 指标稳定性分析 109
3.6 眼动轨迹分析 109
3.6.1 地图认知的眼动轨迹编码方式 110
3.6.2 眼动轨迹比较 112
3.6.3 眼动轨迹聚类方法 113
3.7 眼动数据分析的挑战 114
3.7.1 眼动数据处理 114
3.7.2 眼动数据可视化 114
3.7.3 眼动轨迹分析 114
3.8 小结 115
第4章 地图空间认知行为模式挖掘方法 116
4.1 从理论驱动到数据驱动 117
4.1.1 自上而下与自下而上的方法 117
4.1.2 两种方法框架的内在一致性 118
4.1.3 数据驱动的方法框架 119
4.2 数据预处理 120
4.2.1 缺失值与异常值处理 120
4.2.2 数据样本分割 121
4.2.3 样本数量平衡 122
4.3 特征提取 124
4.3.1 眼动特征 125
4.3.2 环境特征 127
4.4 特征选择 133
4.5 传统机器学习方法 134
4.5.1 常用机器学习算法 134
4.5.2 分类方法选择 139
4.5.3 超参数优化 140
4.5.4 训练与交叉验证方法 141
4.6 模型评价 142
4.6.1 模型评价指标 142
4.6.2 特征重要性分析 145
4.7 深度学习方法 146
4.7.1 深度学习方法简介 146
4.7.2 神经网络基本原理 147
4.8 小结 148
第5章 地图学空间认知眼动实验应用案例 149
5.1 针对认知主体的地图空间认知研究 149
5.1.1 不同性别室内寻路的地图认知差异研究 149
5.1.2 不同教育背景学生的地图空间能力差异研究 152
5.1.3 不同性别空间定向视觉行为的差异研究 154
5.2 针对认知表达的地图空间认知研究 156
5.2.1 流型地图要素可用性评价研究 156
5.2.2 二维与三维行人导航电子地图可用性评价研究 158
5.2.3 三维视觉变量稳定性与恒常性研究 160
5.2.4 路网结构对空间认知影响的研究 162
5.3 针对认知客体的地图空间认知研究 165
5.3.1 虚拟现实环境与桌面环境地图读图认知差异 165
5.3.2 真实环境与虚拟现实环境的室内寻路与空间知识获取差异 167
5.3.3 AR导航和平面电子地图在行人导航中的对比研究 169
5.4 地图眼动数据应用研究 173
5.4.1 使用眼动和贝叶斯结构方程模型评估地图阅读技能 174
5.4.2 眼动控制的交互式地图设计 176
5.4.3 真实环境下的行人地图导航用户任务识别 180
5.4.4 用于智能驾驶的动态场景视觉显著性多特征建模方法 182
5.5 小结 187
第6章 未来展望 188
6.1 地图空间认知与脑神经科学 188
6.1.1 引言 188
6.1.2 未来研究问题 189
6.2 人工智能与眼动技术 191
6.2.1 引言 191
6.2.2 未来研究及应用 191
6.3 小结 193
参考文献 194
索引 209