随着虚拟地理环境研究的深入，利用三维符号表现具有时空定位特征的各类信息已成为研究的热点与难点之一本文通过类比自然语言，对三维符号设计与表达相关的理论与技术问题进行了研究，主要内容包括：
(1)从地图符号学方法和地图语言学方法两个角度对地图符号及其三维拓展的研究现状进行了分析和总结，认为当前三维符号研究主要集中在地图符号学方法范畴内，而对地图语言学方法的三维拓展研究缺乏足够的重视针对这一现状，提出了基于语言学的三维符号设计与表达的研究思路
(2)探讨了基于语言学的三维符号研究的基本理论问题首先，对语言学及地图语言学的基本理论与方法进行了总结，论述了语言学对三维符号研究的借鉴意义其次，基于语言学理论，从形义结合角度对三维符号概念进行了界定，探讨了三维符号的设计原则视觉变量空间信息传输模式等问题第三，正面回答了为什么基于语言学研究三维符号这一论文基石问题，并给出了基于语言学的三维符号设计与表达的研究框架
(3)系统论述了基于语言学方法论的三维符号设计与建模问题首先，类比自然语言，提出了基于语言学方法论的三维符号设计概念模型，从图形物理结构语义形态和构造法则三个方面对概念模型进行了详细分析其次，以概念模型为指导，设计了一种语义驱动的层次化三维符号设计方法，并结合实例对该方法进行了说明第三，面向计算机环境下的三维符号建模问题，提出了一种三维符号动态组织模型，对该模型的逻辑结构编码方案接口设计建模方法等进行了论述，构建了面向对象的三维符号系统
(4)系统地论述了以语义计算为中心的三维符号表达策略首先对该策略进行了总体设计，提出了一种将图形符号计算转变为编码语言计算的降维思想其次，论述了基于语义相似计算的目标聚类方法：提出了一种基于聚合语义树的混合语义相似度计算模型，并基于该模型设计了一种改进的k-mediods聚类算法第三，从计算机建模角度，构建了基于语义计算的三维符号显示模型，并给出了工程应用实例
(5)设计并实施了三个符号设计的认知实验，即不同符号系统的认知对比问卷调查实验不同符号系统的认知效率对比实验以及符号信息传输过程模拟实验，实验结果表明本文符号设计方法具有一定的可行性和科学性在实验基础上，综合全文论述，提出了一种空间信息传输的语言学模型，描述了该模型的内在语言机制
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