第八章 空間數(shù)據(jù)輸出及制圖

1、第八章 空間數(shù)據(jù)輸出(shch)及制圖 8.1 概述8.2 GIS中圖形的輸出(shch)8.3 電子地圖8.4 地圖符號(hào)8.5 專題信息和專題圖共三十三頁(yè)8.1 概述(i sh) 指利用計(jì)算機(jī)圖形圖象技術(shù)，將復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象，自然景觀及一些抽象的概念圖形化的過(guò)程，其目的是便于人們理解現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)規(guī)律和傳播知識(shí)。總之，可視化是對(duì)人腦印象構(gòu)造過(guò)程的一種仿真，以支持用戶的判斷和理解。 可視化的概念首先在1987年有美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)員會(huì)圖形圖象專題組提出了科學(xué)計(jì)算可視化（visualization in scientific computing)，它研究如何將科學(xué)計(jì)算過(guò)程中及計(jì)算結(jié)果所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

2、換成圖形或圖像信息，并可進(jìn)行交互式分析。在計(jì)算機(jī)環(huán)境下，可視化的中心問(wèn)題是科學(xué)家能夠快速生成一系列相同或相關(guān)信息的圖像。計(jì)算機(jī)屏幕上顯示(xinsh)的影像有助于信息處理，從而提高對(duì)二維或三維空間關(guān)系和空間問(wèn)題的理解?？梢暬夹g(shù)成為信息爆炸時(shí)代人類分析和駕馭信息的有力工具。 1、 可視化（visualization)共三十三頁(yè) 在GIS的發(fā)展歷程中，一開始就十分重視利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的圖形顯示和分析。以充分直觀的表示空間數(shù)據(jù)處理分析的結(jié)果。因此，從某種意義上說(shuō)GIS的可視化研究(ynji)早于科學(xué)計(jì)算可視化的研究(ynji)?？梢暬夹g(shù)包含交流和認(rèn)知分析，它通常需要模型的支持。如對(duì)地

3、圖的可視化形成了虛擬地圖、動(dòng)態(tài)地圖、交互式地圖、及超地圖等概念。共三十三頁(yè)2、仿真技術(shù) （simulation ,imitation) 可視化的技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展(fzhn)了仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)?！疤摂M現(xiàn)實(shí)”是仿真技術(shù)的一種特殊形式共三十三頁(yè)3、虛擬現(xiàn)實(shí)(x n xin sh)（virtual reality) 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, VR）是一門涉及眾多學(xué)科的新的實(shí)用技術(shù)，它集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)于一體。在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，它又特別依賴于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步

4、。 VR具有三個(gè)最突出的特征，即交互性(Interactivity)、想象性(Imagination)和沉浸感(Immersion)，稱三“I”特征。以此區(qū)分相鄰技術(shù)，如多媒體技術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)。 交互性指參與者用專門設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬環(huán)境的考察與操作(cozu)程度，例如用戶可用手直接抓取模擬環(huán)境中的物體，且有接觸感，有重量感，視場(chǎng)中被抓起的物體也應(yīng)隨著手的移動(dòng)而移動(dòng)。 想象性是VR與設(shè)計(jì)者并行操作，為發(fā)揮它們的創(chuàng)造性而設(shè)計(jì)的這極大地依賴于人類的想象力，。 沉浸感，即投入感，是力圖使用戶在計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中處于一種全身心投入的感覺(jué)狀態(tài)，有身臨其境的感覺(jué)，即所謂“沉浸感”。共三

5、十三頁(yè)8.2 GIS中圖形(txng)的輸出 GIS中圖形的輸出用來(lái)表示地理實(shí)體的空間特性和屬性特性。1）地圖GIS中圖形的輸出的主要形式，是空間實(shí)體的符號(hào)化模型。2）圖象GIS中圖形的輸出的另一種形式，它也是空間實(shí)體的一種模型，但不用符號(hào)化方式，而是采用人的直觀視覺(jué)變量如色、灰度、模式表示空間實(shí)體的質(zhì)量特性。通常將空間劃分為規(guī)則的單元，并賦予視覺(jué)變量。3）統(tǒng)計(jì)圖表統(tǒng)計(jì)圖表用以表示非空間信息。統(tǒng)計(jì)圖與地圖綜合(zngh)使用，形成以統(tǒng)計(jì)符號(hào)表示的專題圖。4）其它共三十三頁(yè) 二、顏色模型和顏色空間地圖的表示用顏色、符號(hào)、注記等方法。 R1、顏色的表示方法 黃1）RGB表示，三基色定理白色（R G

6、 B）= （100， 100 ，100）黑色（R G B）=（0，0，0）R G B組成的立方體是非線性的， B即兩種顏色相近的程度不能簡(jiǎn)單地用歐氏距離來(lái)表示2）HLS表示H（Hue)色度，反映顏色的分類，如純紅、品紅；L (Light)亮度，反映顏色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高S (Saturation)飽和度，反映顏色的純度，如純紅的飽和度比粉紅的飽和度高。用HLS表示后，最后(zuhu)還是轉(zhuǎn)成RGB顯示。黑白共三十三頁(yè)三、GIS環(huán)境(hunjng)下空間數(shù)據(jù)的多尺度顯示 空間數(shù)據(jù)的多尺度顯示是指將同一地區(qū)圖，放在遠(yuǎn)近不同的地區(qū)觀測(cè)，以便觀察(gunch)到該地區(qū)不同分辨率、不同

7、對(duì)象的圖形，即建立不同的數(shù)據(jù)模型。1）利用系列比例尺數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀生成，以得到該地區(qū)從宏觀到微觀、從整體到局部的顯示。2）將同一比例尺數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為幾個(gè)層次數(shù)據(jù)顯示。共三十三頁(yè)四、 GIS可視化研究的發(fā)展過(guò)程1、二維數(shù)據(jù)的可視化主要研究二維圖形的顯示算法，如畫線、符號(hào)庫(kù)和符號(hào)化、顏色設(shè)計(jì)、圖形輸出打印(d yn)等。2、2.5維圖形的可視化以地形分析為核心，研究用二維數(shù)據(jù)表示三維數(shù)據(jù)，即將三維數(shù)據(jù)投影到二維屏幕上，顯示之。其實(shí)質(zhì)是研究三維到二維數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換、隱藏線隱藏面消除、光照模型。無(wú)法表示三維物體的體特征。3、真三維數(shù)據(jù)的可視化90年代以來(lái)三維物體的體特征的可視化研究成了熱點(diǎn)必須指出，為提高G

8、IS可視化的實(shí)用性，在GIS可視化研究中一直十分注意在地形圖上顯示地物要素，研究點(diǎn)、線、面要素在三維景觀上的疊加算法共三十三頁(yè)8.3 電子地圖 1、電子地圖的概念電子地圖的特點(diǎn)(tdin)1）交互性；2）無(wú)級(jí)縮放性；3）無(wú)縫性；4）共享性；5）具有基本的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)能力；共三十三頁(yè)2、電子地圖的發(fā)展(fzhn)1）第一階段 80年代以前以CAD技術(shù)為支撐(zh chng)，強(qiáng)調(diào)圖的數(shù)字化；2）第二階段 80年代以后以GIS技術(shù)為支撐，強(qiáng)調(diào)用數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)；共三十三頁(yè)3、電子地圖的制作(zhzu) 數(shù)據(jù)(shj)收集數(shù)字化屬性化圖和屬性的鏈接電子地圖質(zhì)量控制資料更新共三十三頁(yè)4、電子地圖的應(yīng)用(yn

9、gyng)1）導(dǎo)航和智能運(yùn)輸系統(tǒng)(xtng)（車載系統(tǒng)(xtng)）2）電子地圖資料庫(kù)3）提供網(wǎng)絡(luò)地圖隨著信息社會(huì)的到來(lái)，將大量使用電子地圖，電子地圖生產(chǎn)已成為一熱門行業(yè)，因此，在國(guó)外已出現(xiàn)著名的電子地圖供應(yīng)商。共三十三頁(yè)5、電子地圖的供應(yīng)商 隨著信息社會(huì)的帶來(lái)，在社會(huì)生活中將大量(dling)實(shí)用電子地圖，因此其發(fā)展及為迅速，引起商家的重視，從而在國(guó)際上出現(xiàn)了電子地圖生產(chǎn)開發(fā)商，如美國(guó)的ESRI公司； DELORME公司；歐洲的FELSTRA公司等。國(guó)內(nèi)國(guó)家測(cè)繪局在這方面作了大量工作。共三十三頁(yè)8.4 地圖(dt)的表示和地圖(dt)符號(hào)共三十三頁(yè)一、地圖(dt)的符號(hào)地圖的符號(hào)是地圖的語(yǔ)言

10、，它通過(guò)尺寸、形狀和顏色來(lái)表示事物空間(kngjin)的位置、形狀、質(zhì)量和數(shù)量特征，是表達(dá)地理現(xiàn)象與發(fā)展的基本手段。目前GIS都建立地圖符號(hào)庫(kù)。地圖符號(hào)庫(kù)是將地圖符號(hào)以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存到計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，實(shí)現(xiàn)符號(hào)信息的存儲(chǔ)和查詢。地圖符號(hào)庫(kù)中的符號(hào)其結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，便于擴(kuò)充和修改。共三十三頁(yè)1、地圖的符號(hào)(fho)及分類地圖的符號(hào)可分解為點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)、面狀符號(hào)三種基本圖形元素。注記可看作一種(y zhn)特殊的符號(hào)。點(diǎn)狀符號(hào)圖形固定（不隨位置變化）；有確定的定位點(diǎn)和方向；通常圖形較規(guī)則。線狀符號(hào)具有定位線，可進(jìn)一步分解成具有單一特征的線狀符號(hào)面狀符號(hào)具有封閉的輪角線，通常在封閉的輪角線

11、內(nèi)配置點(diǎn)狀符號(hào)、陰影線或顏色。共三十三頁(yè)2、地圖(dt)的注記1）注記的分類名稱注記；說(shuō)明注記；數(shù)字(shz)注記；地圖注記中對(duì)制圖說(shuō)明內(nèi)容通常不存庫(kù)，地圖內(nèi)容注記存庫(kù)。2）注記的方式單點(diǎn)注記 ；雙點(diǎn)注記 ；布點(diǎn)注記 ； 參考線注記；共三十三頁(yè)二、地圖符號(hào)的圖元地圖的點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)各自有自己的特點(diǎn)(tdin)，又有共性。相同點(diǎn)是都有類似的繪圖參數(shù)和操作方法；不同點(diǎn)是構(gòu)成符號(hào)的基本圖素不同。1）點(diǎn)狀符號(hào)的圖元主要包括點(diǎn)、直線、折線、樣條曲線、圓弧、三角形、矩形、多邊形、子圖、位圖等2）線狀符號(hào)的圖元主要包括實(shí)線、虛線、點(diǎn)虛線、雙虛線、雙實(shí)線、連續(xù)點(diǎn)符號(hào)、定位點(diǎn)符號(hào)、齒線符號(hào)等3）面

12、狀符號(hào)的圖元主要是指它的不同填充，包括陰影線填充、點(diǎn)符號(hào)填充、位圖填充。共三十三頁(yè)三、地圖符號(hào)的繪制(huzh)地圖符號(hào)的繪制實(shí)質(zhì)是將符號(hào)坐標(biāo)系中圖形元素特征點(diǎn)坐標(biāo)（x,y)轉(zhuǎn)換到地圖坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并按給定順序連線的過(guò)程。目前(mqin)，地圖符號(hào)的繪制通常有矢量法和柵格法繪制兩種方法：1、矢量法繪制1）編程法由繪圖子程序按照符號(hào)圖形參數(shù)繪制矢量圖。通常一類地圖符號(hào)或一個(gè)地圖符號(hào)編成一個(gè)繪圖子程序。這些子程序組成程序庫(kù)。由于它不便于用戶擴(kuò)充用得愈來(lái)愈少。2）符號(hào)庫(kù)法（也稱信息塊法）通過(guò)程序調(diào)用描述符號(hào)參數(shù)的符號(hào)庫(kù)參數(shù)集信息塊，完成符號(hào)的繪制。如在信息塊中存放圖形的幾何參數(shù)，如圖形的長(zhǎng)、寬、方

13、向、夾角、半徑等。共三十三頁(yè)（1）點(diǎn)符號(hào)庫(kù)點(diǎn)符號(hào)的圖元通常由點(diǎn)、直線(zhxin)、折線、曲線、圓、橢圓、弓形扇形及文字組成。 圓、兩條直線 旋轉(zhuǎn)一角度點(diǎn)符號(hào)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例 符號(hào)101 符號(hào)代碼 符號(hào)定位點(diǎn) 符號(hào)色彩 符號(hào)大小 圖元碼1 參數(shù)1 參數(shù)2. 101 圖元碼2 102 圖元碼3 103 104 符號(hào)102 圖元碼1 參數(shù)1 參數(shù)2. 圖元碼2 圖元碼3 1共三十三頁(yè)（2）線符號(hào)庫(kù)線符號(hào)(fho)可分解成點(diǎn)符號(hào)(fho)圖元，沿定位線進(jìn)行配置。共三十三頁(yè)（3）面符號(hào)庫(kù)面符號(hào)庫(kù)的關(guān)鍵是在面域內(nèi)用點(diǎn)、線符號(hào)進(jìn)行(jnxng)填充。 求交、旋轉(zhuǎn)共三十三頁(yè)2、柵格符號(hào)(fho)的繪制柵格符號(hào)

14、的繪制比較簡(jiǎn)單。點(diǎn)符號(hào)首先用模板形象地表示各種點(diǎn)符號(hào)，調(diào)用時(shí)按定位、方向作變換；線符號(hào)除了點(diǎn)狀符號(hào)的方法，還要注意線的走向，按圖象處理方法作出變換面符號(hào)首先將論廓內(nèi)填“實(shí)”，之后將填充的區(qū)域圖象塊同柵格點(diǎn)符號(hào)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算，從而(cng r)在區(qū)域內(nèi)形成面符號(hào)。共三十三頁(yè)四、空間(kngjin)實(shí)體的符號(hào)化過(guò)程將地理空間信息轉(zhuǎn)換成地圖輸出時(shí)，必需對(duì)空間實(shí)體配置符號(hào)(fho)?？臻g實(shí)體符號(hào)化的過(guò)程如下：GIS系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)庫(kù)符號(hào)庫(kù)輸出地圖符號(hào)化 實(shí)體信息符號(hào)描述信息空間實(shí)體符號(hào)化模塊共三十三頁(yè)8.5 專題(zhunt)信息和專題(zhunt)圖一、專題(zhunt)信息共三十三頁(yè)二、專題(zh

15、unt)圖的分類1、按學(xué)科分專題圖2、按服務(wù)對(duì)象分科學(xué)參考圖；實(shí)用工程圖；教學(xué)(jio xu)圖；宣傳普及圖等。3、專題圖的比例尺自然專題圖經(jīng)濟(jì)專題圖人口圖行政區(qū)圖工業(yè)圖交通運(yùn)輸圖農(nóng)業(yè)圖等地質(zhì)圖地藐圖土壤圖氣候圖植被圖海洋圖等共三十三頁(yè)三、專題(zhunt)圖的表示1、點(diǎn)符號(hào)圖 用精確定位的點(diǎn)狀地物來(lái)表示對(duì)象的分布。2、線符號(hào)圖 用不同顏色和形狀的線在地圖上反映事物的現(xiàn)象3、等值線圖 將相同數(shù)量指標(biāo)點(diǎn)連線組成的一組等值線表示地區(qū)特征，如等溫圖4、質(zhì)底圖 用不同顏色表示聯(lián)續(xù)分布的現(xiàn)象的質(zhì)量特征。如植被圖、土壤圖5、范圍圖 用色、線條、符號(hào)、文字等手段表示現(xiàn)象的分布范圍 如某種稀有金屬的分布。6、

16、點(diǎn)描圖 在制圖現(xiàn)象的表示范圍內(nèi)，用大小相同的點(diǎn)群稀疏(xsh)表示分布特征7、分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖和圖表統(tǒng)計(jì)圖 分級(jí)統(tǒng)計(jì)圖法用相對(duì)值表示現(xiàn)象的分布共三十三頁(yè) 四、GIS中專題(zhunt)圖的制作1、專題圖功能在GIS中都提供專題圖制作功能。專題圖制作過(guò)程實(shí)際上是對(duì)空間對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行(jnxng)符號(hào)表達(dá)。反映定性描述數(shù)據(jù)的專題圖；反映定量描述數(shù)據(jù)的專題圖。共三十三頁(yè) 2、專題(zhunt)圖的要素 底圖(d t)要素專題要素注記及圖例配置裝飾輸出共三十三頁(yè)3、專題(zhunt)圖的制作 標(biāo)識(shí)碼 植被 土壤 人口(rnku) 面積101 農(nóng) 4500102 牧草 1244103 農(nóng) 8900104

17、林 456105 牧草 1098106 林 680107 農(nóng) 10987108 牧草 2000109 林 200制作定性專題圖制作定量專題圖 制作過(guò)程中首先根據(jù)圖層選擇屬性表和屬性項(xiàng)，再確定制作的專題圖類型。共三十三頁(yè) 五、三維數(shù)據(jù)(shj)的可視化目前(mqin)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于地理信息三維可視化的研究主要集中在數(shù)字地面模型(DTM)、數(shù)字高程模型(DEM)及城區(qū)景觀可視化的研究上。這方面的研究現(xiàn)在已取得了很多成果，諸如用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、分形學(xué)、小波變換等新興理論和方法對(duì)三維建模和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化；利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)(AutoCAD、3D MAX、 OpenGL等)對(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)用數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化實(shí)現(xiàn)地球形狀及外部重力場(chǎng)一直是大地測(cè)量學(xué)研究的核心問(wèn)題，目前，已經(jīng)有大量的地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)(如重力異常數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)等)需要進(jìn)行三維可視化表達(dá)。共三十三頁(yè)內(nèi)容摘要第八章 空間數(shù)據(jù)輸出及制圖。在計(jì)算機(jī)環(huán)境下，可視化的中心問(wèn)題是科學(xué)家能夠快速生成一系列相同或相關(guān)信