空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換課件

1、核心技能實(shí)訓(xùn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換主講人：魏瑤陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017.1.16核心技能實(shí)訓(xùn)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換主講人：魏瑤2017.1.16目錄CONTENTS柵格化矢量化0102目錄CONTENTS柵格化矢量化0102柵格化01柵格化01將數(shù)據(jù)用矢量數(shù)字化的方法輸入計(jì)算機(jī)或以矢量的方式存在計(jì)算機(jī)中。如：行政邊界、交通干線、土地利用類型等表現(xiàn)為點(diǎn)、線、多邊形數(shù)據(jù)矢量柵格化1、柵格化將數(shù)據(jù)用矢量數(shù)字化的方法輸入計(jì)算機(jī)或以矢量的方式存在計(jì)算機(jī)中確定柵格矩陣（行列數(shù)/分辨率）點(diǎn)的變換、線的變換以及多邊形的變換（面的變換）1、柵格化準(zhǔn)備好矢量數(shù)據(jù)或矢量地圖；構(gòu)架一個(gè)與地圖等大小的格網(wǎng)， 選取好適當(dāng)?shù)母?/p>

2、網(wǎng)密度或分辨率，依據(jù)范圍則可以算出格網(wǎng)的行列數(shù)。根據(jù)地圖上的點(diǎn)、線、多邊形相對(duì)這個(gè)格網(wǎng)的配置及其屬性來確定每一個(gè)項(xiàng)元的數(shù)值。確定柵格矩陣（行列數(shù)/分辨率）1、柵格化準(zhǔn)備好矢量數(shù)據(jù)或矢量1、柵格化矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)后，圖形的幾何精度必然要降低，所以選擇柵格尺寸的大小要盡量滿足精度要求，使之不過多地?fù)p失地理信息。為了提高精度，柵格需要細(xì)化，但柵格細(xì)化，數(shù)據(jù)量將以平方指數(shù)遞增，因此，精度和數(shù)據(jù)量是確定柵格大小的最重要的影響因素。在轉(zhuǎn)換之前需要確定柵格單元的大小，柵格單元的大小又稱為柵格圖像的分辨率，直接決定了柵格數(shù)據(jù)的精度 確定柵格矩陣1、柵格化矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)后，圖形的幾何精度必然要降低

3、1、柵格化 確定柵格矩陣YXOJIyx(0,0)XmaxYminXminYmaxI=(Ymax-Ymin)/dyJ=(Xmax-Xmin)/dxI，J為整數(shù)，尾數(shù)入上去dx=(Xmax-Xmin)/Jdy=(Ymax-Ymin)/I1、柵格化 確定柵格矩陣YXOJIyx(0,0)XmaxY1、柵格化 點(diǎn)的柵格化點(diǎn)的變換十分簡(jiǎn)單，只要這個(gè)點(diǎn)落在那個(gè)網(wǎng)格中，就是屬于那個(gè)網(wǎng)格元素，根據(jù)該點(diǎn)狀對(duì)象的特性賦予該像元屬性值。1、柵格化 點(diǎn)的柵格化點(diǎn)的變換十分簡(jiǎn)單，只要這個(gè)點(diǎn)落在那1、柵格化 線的柵格化線是由多個(gè)直線段組成的，因此線的柵格化的核心就是直線段如何由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。YX（X1，Y1）（X

4、2，Y2）假定一線段兩端點(diǎn)之間經(jīng)過若干個(gè)網(wǎng)格元素(至少一個(gè))，兩端點(diǎn)坐標(biāo)為(X1，Y1)，(X2，Y2)1、柵格化 線的柵格化線是由多個(gè)直線段組成的，因此線的柵格1、柵格化 面的柵格化a、 基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法：按行或列做中心掃描線求交點(diǎn)柵格坐標(biāo)的行列值判斷交點(diǎn)左右多邊形數(shù)值交點(diǎn)排序并逐段生成柵格數(shù)據(jù)特點(diǎn)：計(jì)算量較大，算法比較復(fù)雜。1、柵格化 面的柵格化a、 基于弧段數(shù)據(jù)的柵格化方法：1、柵格化面的柵格化邊界線的轉(zhuǎn)化與線的柵格化方法相同，接下來就是屬性的填充填充的方法很多，關(guān)鍵問題是正確判斷哪些柵格單元位于多邊形之內(nèi)，哪些位于多邊形之外。為此，多邊形必須嚴(yán)格封閉，沒有縫隙1、柵格化面的柵格

5、化邊界線的轉(zhuǎn)化與線的柵格化方法相同，接下來1、柵格化面的柵格化1、柵格化面的柵格化1、柵格化 面的柵格化b、多邊形內(nèi)部屬性填充方法（基于多邊形數(shù)據(jù)的柵格化方法）：內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散法射線算法平行線掃描法與鉛垂線跌落法邊界代數(shù)充填算法邊界點(diǎn)跟蹤算法1、柵格化 面的柵格化b、多邊形內(nèi)部屬性填充方法（基于多1、柵格化面的柵格化內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法缺點(diǎn)程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要在柵格陣列中搜索，占用內(nèi)存很大，在內(nèi)存受限時(shí)很難采用在一定的柵格精度上，如果復(fù)雜圖形的同一多邊形的兩條邊界落在同一個(gè)或相鄰的兩個(gè)柵格內(nèi)，會(huì)造成多邊形不連通，不能完成多邊形的填充1、柵格化面的柵格化內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法缺點(diǎn)程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要在1、柵格化面的柵

6、格化射線法概念：射線算法，又稱為檢驗(yàn)交點(diǎn)數(shù)，是逐點(diǎn)判別數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)來決定是否記錄該點(diǎn)基本原理：具體實(shí)現(xiàn)是由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，判斷的基本原理：如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形的外部如相交奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形的內(nèi)部1、柵格化面的柵格化射線法概念：射線算法，又稱為檢驗(yàn)交點(diǎn)數(shù)，1、柵格化面的柵格化N=0N=2N=1N=3N=4射線法基本原理1、柵格化面的柵格化N=0N=2N=1N=3N=4射線法基1、柵格化面的柵格化射線法特殊情況：奇異點(diǎn)1、柵格化面的柵格化射線法特殊情況：奇異點(diǎn)1、柵格化面的柵格化平行線掃描法與鉛垂線跌落法

7、基本原理射線算法的改進(jìn)，將射線改為沿柵格陣列列方向或行方向掃描線，判斷與射線算法相似。省去了計(jì)算射線與多邊形邊界交點(diǎn)的大量運(yùn)算，大大提高了效率。又稱為掃描算法XYRfebagdcMN1、柵格化面的柵格化平行線掃描法與鉛垂線跌落法基本原理射線1、柵格化面的柵格化邊界代數(shù)填充算法基本思想：基于積分思想的矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換算法，它適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)過程：初始化的柵格陣列各柵格值為零以柵格行列為參考坐標(biāo)軸，由多邊形某點(diǎn)開始順時(shí)針?biāo)阉鬟吔缇€邊界上行時(shí)，邊界左側(cè)行坐標(biāo)相同的柵格被減去a，邊界下行時(shí)，邊界左側(cè)行坐標(biāo)相同的柵格被加上a1、柵格化面的柵格化邊界代數(shù)填充算法基

8、本思想：基于積分思想的1、柵格化面的柵格化邊界代數(shù)填充算法1、柵格化面的柵格化邊界代數(shù)填充算法1、柵格化面的柵格化邊界點(diǎn)跟蹤算法以多邊形為單位按順時(shí)針方向跟蹤單元格：上行L；橫向N；下行R（如果為島嶼，則相反）逐行掃描，充填LR間的單元格NNLRNNLRLRLRLRNNN1、柵格化面的柵格化邊界點(diǎn)跟蹤算法以多邊形為單位NNLRNN矢量化02矢量化02矢量化定義與要求定義及要求：從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形的過程稱為矢量化，矢量化過程要保證以下兩點(diǎn)要求：拓?fù)滢D(zhuǎn)換，即保持柵格表示出的連通性與鄰接性轉(zhuǎn)換物體正確的外形矢量化定義與要求定義及要求：從柵格單元轉(zhuǎn)換到幾何圖形的過程稱矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟邊界提取邊

9、緣銳化（遙感影像或分類柵格，面狀地物）線的細(xì)化（掃描矢量圖，線狀地物）二值化邊界追蹤拓?fù)潢P(guān)系生成線的簡(jiǎn)化及曲線矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟邊界提取矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取邊緣提?。〝?shù)字圖像處理）Lenna的Sobel邊界 Lenna的Prewitt邊界原始圖片矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取邊緣提?。〝?shù)字圖像處理）Le矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線的細(xì)化將占有多個(gè)柵格寬的圖形要素縮減為只有1個(gè)像素剝皮法：每次剝掉等于一個(gè)柵格寬的一層，最后只留下彼此連通的由單個(gè)柵格組成的圖形剝皮法保持圖像的連接性不變和關(guān)鍵部分矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線的細(xì)化將占有多個(gè)柵格寬的圖矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線

10、的細(xì)化剝皮法算法原理剝皮法過程矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線的細(xì)化剝皮法算法原理剝皮法矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線的細(xì)化骨架法：確定圖形的骨架，而將非骨架上的多余柵格刪除基本原理：掃描全圖，凡是像元值為1的柵格都用V值取代。V值是該柵格與北、東和北東三個(gè)相鄰柵格像元值之和，即：保留最大V值的柵格，刪去其他柵格，但必須保證連通。因最大V值的柵格只能分布在圖形的中心線、骨架上，因此選取最大值柵格的過程就是細(xì)化的過程矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取線的細(xì)化骨架法：確定圖形的骨矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取二值化一般情況下，柵格數(shù)據(jù)是按0255的不同灰度值表達(dá)的為了簡(jiǎn)化追蹤算法，需把256個(gè)灰階壓

11、縮為2個(gè)灰階，即0和1兩級(jí)。為此，假設(shè)任一格網(wǎng)的灰度值為G(i,j),閥值為T，那么，根據(jù)下式就可以得到二值圖G(i,j)=1 f(i,j)= T0 f(i,j)= T矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟1、邊界提取二值化一般情況下，柵格數(shù)據(jù)是矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟2、邊界追蹤目的：就是將細(xì)化處理后的柵格數(shù)據(jù)，整理為從結(jié)點(diǎn)出發(fā)的線段或閉合的線條，并以矢量形式存儲(chǔ)（坐標(biāo)）基本原理：對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)搜索，通常對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需除了進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟2、邊界追蹤目的：就是將細(xì)化處理后的柵格數(shù)矢量化一般轉(zhuǎn)化步驟目的：由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，所以弧段或多邊形的數(shù)據(jù)列十分密集。為了減少存儲(chǔ)量，在保證線段精度的情況下可以刪除部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)曲線光滑：假象曲線為一組離散點(diǎn)，尋找形式較簡(jiǎn)單、性能良好的曲線解析式插值方式逼近方式3