應(yīng) 申，張雯博，蘇俊如，黃麗娜

1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 自然資源部城市國土資源監(jiān)測與仿真重點實驗室，廣東 深圳 518034

認知是人腦在進行知識應(yīng)用或信息加工的基本心理過程，包括感覺、知覺、記憶、思維、想象和語言等步驟[1]?？臻g認知是指在地理環(huán)境中獲取、表達、使用空間信息，并在此基礎(chǔ)上進行分析和決策的過程[2]，研究對象包含地理空間參照、空間知識表達以及人類與空間相關(guān)的行為，如地圖閱讀、目的地路徑尋找、場景認知與記憶等，可用于指導(dǎo)地圖設(shè)計、完善地圖導(dǎo)航的使用感受，以及幫助地理教學(xué)和相關(guān)職業(yè)訓(xùn)練?？臻g一詞不僅包含室內(nèi)空間或抽象的歐式空間，而是涵蓋一切人類參與活動的空間[3]。心理學(xué)上按照知覺方式不同將空間劃分為身邊、街景、環(huán)境和地理空間四種尺度[4]，對宏觀的地球可進行空間感知和認知，監(jiān)測時空位置，提升用戶現(xiàn)場感知[7-8]。其中，從范圍來看，地理空間范圍最大，不能通過具身感知的方式，必須通過符號化表達的方式(如地圖、三維場景等)，將地理空間縮減成可以體驗或感知的表達進行感知[5-6]。早在1995年美國國家地理信息與分析中心就將地理空間認知模型研究視作地理信息科學(xué)的三大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一。在地理空間中的認知推理過程可表現(xiàn)為定性和定量兩種模式：定性推理是根據(jù)地理實體之間的空間關(guān)系進行相對定位，涉及方向和距離因素[5-6]；定量推理則以幾何坐標的方法進行絕對定位[9]，被試者會在定位過程中建立坐標空間實現(xiàn)參考。

眼動試驗可以作為一種直觀地提取球觀思維和決策過程的方法，最初被用于指導(dǎo)傳統(tǒng)地圖設(shè)計、提高視覺設(shè)計效果。隨著眼動試驗與地圖學(xué)更加緊密的結(jié)合，利用視線移動的軌跡可以提取尋找目的地時的路線和方法(包含著興趣區(qū)、影響元素以及搜索策略信息)。通過記錄被試者在觀看圖形或閱讀文字過程中眼睛觀看的位置和眼球運動的形式，發(fā)現(xiàn)其注意力和興趣所在，并進一步分析讀圖時的思維過程[10]。利用眼動試驗的參數(shù)(包括注視、眼跳和追隨運動等)，可以記錄被試者在閱讀地圖時的視線軌跡、感興趣區(qū)域等，常用于分析視覺認知規(guī)律及大腦思維過程，為地圖認知研究提供了新思路[11-14]，并指導(dǎo)二維地圖的設(shè)計[15-16]。通過眼動試驗測試二維地圖與三維場景可視化的認知差異，發(fā)現(xiàn)被試者在二維地圖下可以更快、更有效地理解和認識地圖[17]。三維環(huán)境下被試者會因為信息過載以及視線阻礙而降低信息獲取能力[18]，但是眼動試驗可分析虛擬地理環(huán)境下的地理認知，有效地支持地理知識工程的構(gòu)建[19]。三維空間認知和尋路緊密相關(guān)，并因性別、空間能力差別不同而不同[20-21]。

谷歌地球(Google Earth)提供了探尋人們球觀分析的基本工具，不僅可以用于瀏覽分析全球地理位置、地形地貌，還可以憑借其本身與真實世界非常相似的三維球體圖像形式的特點，作為三維地理空間認知能力的測試平臺[19]，如利用Google Earth進行在線地圖定位和地點命名的測試，研究地理位置認知能力，彌補了使用傳統(tǒng)二維紙質(zhì)地圖填圖法研究地理位置認知能力的不足[22]。利用Google Earth設(shè)計試驗任務(wù)，通過目的地定位、sketch map繪制、心理旋轉(zhuǎn)與抽象推理能力測試等方式，可以辨析讀者認知能力的個體差異與在Google Earth上進行目的地搜索表現(xiàn)方式的關(guān)系[23]。傳統(tǒng)電子地圖甚至是地球儀具有固定的方位，造成思維定式和認知錯誤，但Google Earth沒有固定軸線，地理意義上的南北極會隨著被試者的使用隨時變化，被試者必須對環(huán)境加以判斷才能確定自己的位置并進行目的地搜索。

本文通過對被試者在使用Google Earth時的操作過程，用眼動儀記錄被試者在使用Google Earth時的眼動軌跡。通過軌跡及視點數(shù)據(jù)結(jié)合分析球體認知過程，試圖揭示具有一定地理素養(yǎng)的被試者，在數(shù)字模擬地球的環(huán)境下，對地球上國家或區(qū)域進行定向、定位和尋徑的空間推理過程，獲得他們基于地球球體的空間觀(簡稱球觀)，從而推演出被試者的球觀認知特征及構(gòu)建方式，分析和總結(jié)人群的球觀認知和影響球觀的因素。

1 研究對象與方法

1.1 試驗環(huán)境及被試者

試驗環(huán)境選擇Google Earth軟件模擬的地球球體宏觀場景，沒有固定軸和北向限制，去除軟件中的導(dǎo)航、方向羅盤等附件，被試者可完全自由的通過漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作來瀏覽地球。

使用Tobii Pro Glasses 2眼動儀捕捉被試者的視覺行為數(shù)據(jù)，包括在Google Earth地球球體上完成目標尋找任務(wù)時被試者的感興趣區(qū)域、注視軌跡、路徑構(gòu)建和地球球體的旋轉(zhuǎn)方式等。眼動儀采樣頻率為50 Hz，Google Earth軟件在筆記本電腦顯示屏上顯示。同時，設(shè)計調(diào)查問卷收集被試者的姓名、年齡、性別、國籍、專業(yè)、地理素養(yǎng)以及先驗知識等材料，并在每一條目的地尋找任務(wù)結(jié)束時詢問并記錄被試者試驗過程的回溯描述。試驗要求被試者具有一定的地理素養(yǎng)背景，對地球的兩極、七大洲四大洋具有基本的概念。因而選擇來自地理信息或土地管理專業(yè)的本科生，共30名(男14，女16)，年齡在20—24歲之間，都是中國學(xué)生，了解過中國版的橫版世界地圖。被試者具有一致的年齡和知識背景，便于分析此類被試者的共同特征。本次試驗中不考慮如性別因素等個體差異導(dǎo)致的不同影響。被試者的視力正常，佩戴眼動設(shè)備可以正常操作軟件，均為第一次參與此試驗。其中，眼動數(shù)據(jù)采樣率達到使用需求的有24個樣本。本文重在定性分析和描述，在后續(xù)的處理過程中弱化單純的眼動數(shù)據(jù)處理和分析。

1.2 試驗設(shè)計及過程

地球球觀環(huán)境的球面定向與定位、可旋轉(zhuǎn)不同于一般地理場景的局部認知，有著全新的第三者閱讀地球場景的認知環(huán)境。本文針對球觀研究中的兩個核心問題——定位和方向判斷，試驗任務(wù)被設(shè)計為兩個部分：在球體上搜索不同的目標地，用以測試球觀中的位置及相對位置的定位和過程；對南極、北極的搜索，用于測試球觀中的方向認知。因此搜索任務(wù)形式上一共分為兩步，從初始位置到目標地，再由目標地到南極或北極附近。

考慮到地球上球體的定位和陸海分布以及海洋、大陸參考特征，將初始位置設(shè)定為3類：①四面環(huán)海的群島，這一類目的地特點是在地圖上都不與陸地直接相連(如亞速爾群島)，識圖者需要建立自我中心的定位和方向判斷；②一側(cè)臨海、與某個大陸相連的陸地，這一類目的地可以讓被試者借助陸地和海洋的形狀和被試者的已有的心象進行定位(心象中的球觀到Google Earth上是有一個映射和匹配過程的，這個過程不在本文的探討范圍內(nèi))，包括大洲陸地區(qū)及被試者熟悉的國家等，這是為了對比判斷熟悉的位置是否比陌生環(huán)境更易于找到方向。同時，對于被試者熟悉的國家，會在試驗時將其國家地圖進行倒置，如將中國地圖由傳統(tǒng)的“上北下南”進行倒置，即南半球在上北半球在下部。在這種情況下，根據(jù)被試者的在地球上的眼動軌跡，判斷“南”、“北”方向敏感度對被試者地球球觀認知的影響。兼顧到全球的范圍，將目標地的選取分別位于南半球、北半球和不同的大洲，南極以南極洲作為目的地，北極以格陵蘭島作為目的地。這樣安排的目的是為了探究被試者球觀模式下選擇相對定位時如何構(gòu)建瞬時參考系。將初始位置和目標地進行組合搭配，一共設(shè)計5組測試路徑，如圖1所示。同時在目標地設(shè)計時考慮到搜尋路徑體現(xiàn)出的球形特征認知，如由法國出發(fā)搜索美國時，在球體上的最短路徑與傳統(tǒng)二維平面地圖的最短路徑并不相同。

圖1 5組試驗路徑設(shè)計Fig.1 Five tasks of different paths

試驗開始前，被試者首先填寫調(diào)查問卷并穿戴眼動設(shè)備，有30 s的時間自由使用和瀏覽Google Earth軟件，目的是使得被試者熟練Google Earth的操作，避免后期因試驗環(huán)境的不熟悉造成的記錄誤差。測試開始前，由工作人員先將Google Earth視圖設(shè)置到初始地點，然后告知被試者需要尋找的目標地點，被試者開始在地球模型上進行自由的放縮、移動操作，以找到目標國家或地區(qū)。因本文試驗研究宏觀的球體認知，所以不考慮尺度對測試結(jié)果的影響，測試中目標區(qū)域不具備明確的確定性，找到目標地以被試者在球體上視點核實并落到目標區(qū)域(試驗中點擊區(qū)域)即可。這也是球觀模式下對區(qū)域定位的一種模糊性。無須具體到城市或某個國內(nèi)的位置，整個過程會被眼動儀記錄其視覺搜尋過程和球體操作行為。當被試者結(jié)束試驗后，詢問他在搜尋目的地過程中的感受和想法，以便對眼動數(shù)據(jù)進行合理的背景補充，包括被試者的地理知識、對球體的操作習(xí)慣等。

2 結(jié)果分析

2.1 任務(wù)A試驗結(jié)果分析

Google Earth軟件中無方向羅盤和任何導(dǎo)航輔助，被試者開始試驗時只被告知屏幕中心所在區(qū)域，因此需要借助當前視圖中的陸地與海洋來進行自定位，才能開始下一步的目的地尋找。被試者的起始動作是縮小區(qū)域，以便對地球球體全局進行瀏覽作位置判斷。由于亞速爾群島在海洋中，無相對參考的對象，被試者首先縮小地球，然后再以其為中心在周邊搜索大陸形狀進行判斷。視點熱力圖如圖2(a)所示，由圖中注視點關(guān)注度最高的區(qū)域可知，從陌生海域出發(fā)時，被試者選擇以陸地(本例中是非洲大陸和歐洲大陸)作為參考目標來確定方向和位置，同時輔助格陵蘭島和北美洲進行相對位置的判斷(圖2(b))。在確定亞速爾群島和非洲的位置關(guān)系形成對球體的定位后，被試者以澳大利亞作為目標，根據(jù)亞、歐、非大陸確定向東南方向(圖2(b)中右下角方向)尋找，在球體上的操作行為體現(xiàn)為由右向左轉(zhuǎn)動地球。由熱力圖可以觀察出，本階段中被試者視點較為集中，分散較少，較快地形成基本的參考框架。

在從澳大利亞出發(fā)尋找格陵蘭島過程中，被試者從澳大利亞出發(fā)，視線移動軌跡基本上以北方向為路徑，且視點分散較少(圖3)。這說明被試者腦海中具有較強的地理知識，快速產(chǎn)生澳大利亞(位于南半球)與格陵蘭島(北極)的相對方向判定，形成球體上“南”與“北”的認知。由軌跡圖也可以清晰地看出，相比于圖2中亞速爾群島通過與大陸架相對位置和參考來定位而言，方向的判定更加直接。

圖2 亞速爾群島周邊視點熱力圖1Fig.2 View heat map of the Azores

圖3 由澳大利亞尋找格陵蘭島北上的視點圖Fig.3 Heat map and sequence map of the gaze points from Australia to Greenland

隨著球體轉(zhuǎn)動視場到亞洲，由于被試者全部來自于中國，對于中國在球體的熟悉度使得其以中國和周邊地區(qū)空間位置和方向來判斷。由被試者的視線軌跡圖可以看到在中國進行了一定程度的調(diào)整，參照中國的北方向繼續(xù)向上移動，借助于白令海峽(圖4(b)中熱點順序5)判斷北冰洋，進一步搜索對面的目標(圖4(b)中熱點順序8和9)來找到格陵蘭島。

圖4 以中國參考的格陵蘭群島搜索過程的視點圖Fig.4 Direction and location adjustment of the gaze points to judge Greenland

2.2 任務(wù)B試驗結(jié)果分析

任務(wù)B是從南非出發(fā)尋找加拿大。由于初始南非的兩側(cè)都是海洋，縮小后被試者試圖定位初始點在地球上的位置(如圖5(a))，由視點熱力圖分布可以得知，被試者對海洋的敏感程度與關(guān)注度遠遠小于對陸地的關(guān)注度。當可視界面上以海洋為主時，被試者視點較為集中的聚集在附近陸地上，并且會轉(zhuǎn)動球體尋找更大面積的陸地，與心象已有的球體定位來進行匹配。在確定南非的球體位置后，被試者由南非出發(fā)依據(jù)非洲與北美的相對位置，借助南美洲的相對位置定位(圖5(b)中視點序列3、4、5)，向圖中左上方方向轉(zhuǎn)動球體。其視線軌跡圖如圖5(b)所示，由視線次序可以體現(xiàn)出被試者先進行相對定位，后根據(jù)大洲形狀判斷出南美洲方位，并明確向左上方繼續(xù)尋找加拿大的狀態(tài)。這也說明被試者心象認知中有個球體上南北美洲與南非分布在大西洋兩側(cè)的認識，并且能快速地實施向左旋轉(zhuǎn)地球，不受一般的向右旋轉(zhuǎn)操作習(xí)慣的影響。

圖5 由南非尋找加拿大過程中到南美洲過渡的視點圖Fig.5 Heat map and sequence map of the gaze points from South Africa to South America

由加拿大向南極洲的尋找過程，在球體上實際是一個由“北”向“南”的路徑。受任務(wù)A測試和學(xué)習(xí)過程的影響，被試者定位南、北相對位置時，先觀察格陵蘭島(即“北”的定位)(圖6(a))，再逐漸向“南”的方向遞進，視點序列圖如圖6(b)所示。

圖6 由加拿大尋找南極洲過程的視點序列圖Fig.6 Sequence map of the gaze points from Canada to Antarctic

2.3 任務(wù)C試驗結(jié)果分析

任務(wù)C初始地點位于夏威夷群島，第1個目標地點是愛爾蘭。初始視圖的海拔高度為1163 km。由于夏威夷群島幾乎位于太平洋中心且完全被海洋包圍，被試者無法獲得其在球體上定位的任何信息，被試者的首要操作行為是縮小視圖。由圖7中熱力圖可知，被試者主要觀察區(qū)域為圖7中左側(cè)的亞洲與北美洲陸地，對海洋的觀察度和參照度則較小，而且此時姿態(tài)處于北極不在正上方或右上方的“非常態(tài)”。

圖7 夏威夷群島周邊視點熱力圖Fig.7 Heat map of the gaze points around Hawaiian Islands

被試者在識別出了亞洲陸地的位置，在球體上的操作行為體現(xiàn)為向右轉(zhuǎn)動，通過亞洲、非洲與歐洲的相對位置判斷，以亞洲為過渡(圖8)，判定亞歐非大陸的交界處，確定歐洲以及目的地愛爾蘭的位置。

圖8 由亞洲尋找愛爾蘭過程的視點圖Fig.8 Heat map and sequence map of the gaze points from Asia to Ireland

接下來的任務(wù)是由愛爾蘭出發(fā)尋找美國，這一路徑選擇能夠體現(xiàn)出不同被試者地球球觀的認知方式。受到傳統(tǒng)橫向的二維世界地圖影響，被試者多會選擇由歐洲經(jīng)過亞洲，跨過太平洋到達北美洲。

其中兩位被試者由愛爾蘭出發(fā)，借助非洲、北冰洋、格陵蘭島，匹配自我心象中球體上的位置，對球體進行旋轉(zhuǎn)，直接跨過格陵蘭島和北冰洋，找到北美洲，并確定了美國所在位置(圖9)。這是一條球體上的最短路線，反映了被試者有極強的球體上國家區(qū)域定位和球體大圓航線的認識。

緊接著的任務(wù)是繼續(xù)由美國找到法國。這一設(shè)計的目的是檢驗被試者能否在類似路徑的認知和學(xué)習(xí)過程中找到一條更優(yōu)路線。10位被試者使用類似從愛爾蘭到美國的路線，從美國橫過太平洋經(jīng)亞洲到歐洲的近乎同緯度搜尋路線；14位被試者均在這一尋找模式中產(chǎn)生自我學(xué)習(xí)過程，從而在由北美洲回到歐洲的過程里選擇一條最短路徑。這些被試者由美國出發(fā)時，借助北冰洋完成相對定位，跨過北冰洋與格陵蘭島，再由格陵蘭島與歐洲跨海關(guān)系搜尋歐洲，找到目的地法國(圖10)。對比圖10與圖9往返兩組的視點軌跡和被試者數(shù)量發(fā)現(xiàn)，當對被試者球體認知較為完善時，會選擇球體上的最短路徑。

圖9 由愛爾蘭尋找美國過程的視點序列軌跡圖Fig.9 Heat map and sequence map of the gaze points from Ireland to the US

圖10 由美國尋找法國的搜尋過程的視點序列軌跡圖Fig.10 Heat map and sequence map of the gaze points from the US to France

2.4 任務(wù)D試驗結(jié)果分析

任務(wù)D的起始點仍然在夏威夷群島，第1個目的地為埃及，位于非洲大陸。被試者仍然通過亞洲大陸確定相對位置，目標較為明確，視點集中不分散，體現(xiàn)在球體上的操作行為是向右旋轉(zhuǎn)地球，通過亞洲大陸沿海形狀判定和過渡(圖11)，直至找到非洲，并在亞洲、非洲交界處利用多個區(qū)域位置(如亞丁灣處、阿曼灣處、沙特阿拉伯、埃及等)的交叉判定，確定埃及的位置(圖12)。

圖11 由亞洲向埃及尋找過程中的視點圖Fig.11 Heat map and sequence map of the gaze points from Asia to Egypt

圖12 亞非交界處多點交叉判定埃及位置Fig.12 Sequence map of the gaze points between Asia and Africa to judge the location of Egypt

任務(wù)接著需從埃及找到格陵蘭島，這是測試從北半球到北極的路徑尋找。埃及全境都位于赤道線以上，因此尋找北是一個“單向”路徑，被試者明確“北為上”這個概念，只需要通過相對位置來矯正北的具體位置。被試者根據(jù)葡萄牙、西班牙、突尼斯等歐洲與非洲國家(圖13)，矯正格陵蘭島的方向應(yīng)該在當前視圖的右上方，從而完成對目的地的尋找。

圖13 由埃及尋找格陵蘭島視點序列圖Fig.13 Sequence map of the gaze points from Egypt to Greenland

2.5 任務(wù)E試驗結(jié)果分析

任務(wù)E的起始地為被試者國籍國家(本試驗中參與的被試者一律為中國國籍，所以起始地為中國)，目的地為巴西，即南半球國家。為了測試熟悉地區(qū)的南北方向轉(zhuǎn)換是否會對被試者造成影響，起始狀態(tài)的地球為“上南下北”。在試驗中，16位被試者將中國地圖先轉(zhuǎn)為“上北下南”的狀態(tài)，其余6位被試者沒有受到地圖倒置的影響，而是根據(jù)中國臺灣、菲律賓群島、南亞等地區(qū)和國家的相對位置確定了南的方向(圖14)。由亞洲向南找到澳大利亞，澳大利亞作為由北半球向南北求過渡的中間位置，由澳大利亞、新西蘭進一步作為相對位置參考，向右旋轉(zhuǎn)地球，借助南極洲的參考定位，在南美洲找到巴西。

圖14 由中國尋找巴西過程的視點圖Fig.14 Sequence map of the gaze points from China to Brazil

任務(wù)接著由巴西找到格陵蘭島，是由南半球向北極的方向確定及尋找。被試者受任務(wù)A的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，以及本任務(wù)過程中借助了澳大利亞的位置參考，快速地向上轉(zhuǎn)動地球確定北美洲的位置，并在北美洲正上方確定了最終目的地格陵蘭島的位置。

3 討 論

3.1 人對球觀中的相對位置的認識

相對位置判定需要借助地球球面上標志性的參考目標，大體上分為兩類：宏觀的大陸架、大洲、海洋以及微觀的具體國家、島嶼等。此處的宏觀與微觀是相對地球球體為整體而言的尺度。試驗中出發(fā)地設(shè)置為局部的放大視圖，相對于地球整體面積而言屬于局部的觀察點，所以被試者的第一個行為動作是縮小視角。被試者會選擇根據(jù)附近大陸架形狀、海洋進行相對位置以及自我心象位置的判定。在試驗中，對大陸的敏感性遠高于海洋?？赡茉蚴鞘艿綄Ω鞔箨懠芑虼笾揸懙亍靶螤睢钡氖煜ざ龋Ｑ蟮恼J知過程由于尺度較大，難以分辨形狀。

球體上相對位置關(guān)系的模式非常多樣，如受到常規(guī)平面世界地圖及國籍的影響，中國居民會對亞洲和東南亞較為熟悉，對澳大利亞的判定則是在亞洲的“右下方”，隔著印度尼西亞。被試者熟悉的國家、洲等也會造成影響，一個在國外有過一定生活經(jīng)歷的人會在腦海中形成以該國家、大洲或臨近海域為中心的相對位置參考。先驗知識或地理背景也是影響因素之一。有較為完善的地理知識的人，對于大洲大洋之間的分布有基本的了解，而另一部分地理素養(yǎng)相對較差的人，則只能基于已有的認識或熟悉的國家進行位置判斷。

在這個過程中，不同的人會體現(xiàn)出不同的空間定位方法，這些行為背后體現(xiàn)出他們在腦海里將對地球的認知碎片拼成一個球體的思維過程，也就是球觀的一部分。

3.2 球觀中的自我定向

被試者在可自由操作Google Earth上進行方向判定時，是一種以心象地圖“自我為中心”的方向確定。在判斷相對被試者主觀視角的“南”與“北”時，通常會先尋找傳統(tǒng)意義上的“南極”和“北極”。在地球球體上最為直觀的參照目標分別是格陵蘭島、白領(lǐng)海峽、俄羅斯北部、澳大利亞南部、南極洲等，當這些區(qū)域在被試者視線范圍內(nèi)時，幫助其相對參考的位置定位。

而當被試者處于其他環(huán)境下無法直接判斷，則以當前視圖為基礎(chǔ)，通常有兩種判斷模式。①傳統(tǒng)的“上北下南”定位模式，被試者以主觀視角為中心，結(jié)合當前所處國家(或陸地)，根據(jù)先驗知識，判斷出大致的“北”所在方位。試驗中，尋找南北極時，被試者的初始行為都是尋找“北”方向。②丟失方向感或當前所處區(qū)域非被試者先驗知識中熟悉的地點，無法根據(jù)已有經(jīng)驗判斷大致南北方向，被試者會通過找到熟悉的國家、島嶼等進行重新定位后，再搜索目的地方向。此行為的表現(xiàn)為被試者會突然偏離對目標的搜索方向，轉(zhuǎn)而尋找一個與目的地無關(guān)的參照物，并轉(zhuǎn)動球體，直到滿足以被試者為中心的“上北下南”的視覺狀態(tài)為止。

球觀模式下方位意味著一種可以糾偏的存在，即在空間中迷失時可以依靠相對參考定位重新找回自己的位置。地理上定義的南極和北極是確定方向的依據(jù)，所以當?shù)厍虮旧砜梢詿o軸向轉(zhuǎn)動時，方向就不再是固定的參考系，需要隨著球體轉(zhuǎn)動實時重新定位。

4 總 結(jié)

以地球球體為對象的空間感知，是一種大尺度下的地理空間認知情景，對空中飛行、太空觀測等具有重要意義。本文探索地球球觀模式下球體上的定位參考和定向過程，通過設(shè)置地球上不同起始點位置的視覺搜尋和瀏覽過程試驗，獲取了其眼動數(shù)據(jù)和操作行為數(shù)據(jù)，測試人們在球觀模式下對國家或區(qū)域的定位、搜索和對數(shù)字地球的操作。通過視點數(shù)據(jù)和視線軌跡制作成熱力圖和軌跡圖，并結(jié)合對被試者的背景調(diào)查和事后訪談，揭示了Google Earth球體環(huán)境下，不同于平面地圖中的定向(如上下左右與東南西北的關(guān)系)和地球儀的左右旋轉(zhuǎn)，被試者三維球體的方向參考框架是即時改變的，被試者需要根據(jù)自身的心象空間參考來構(gòu)建外部參考框架，并及時的判斷當前地球的姿態(tài)和地球上區(qū)域的定位，尤其是大陸架形狀中特殊區(qū)域和形狀(如白令海峽、馬六甲海峽、非洲的凹陷特征)，在定位、搜索過程中起著關(guān)鍵作用，并通過訪談的文字記錄復(fù)核校驗眼動試驗時的認知過程。