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1、,第八章 空间数据输出及制图,8.1 概述8.2 GIS中图形的输出8.3 电子地图8.4 地图符号8.5 专题信息和专题图,8.1 概述,指利用计算机图形图象技术，将复杂的科学现象，自然景观及一些抽象的概念图形化的过程，其目的是便于人们理解现象，发现规律和传播知识。总之，可视化是对人脑印象构造过程的一种仿真，以支持用户的判断和理解。可视化的概念首先在1987年有美国国家自然科学基金会员会图形图象专题组提出了科学计算可视化（visualization in scientific computing)，它研究如何将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。在计
2、算机环境下，可视化的中心问题是科学家能够快速生成一系列相同或相关信息的图像。计算机屏幕上显示的影像有助于信息处理，从而提高对二维或三维空间关系和空间问题的理解。可视化技术成为信息爆炸时代人类分析和驾驭信息的有力工具。,1、可视化（visualization),在GIS的发展历程中，一开始就十分重视利用计算机技术，实现空间数据的图形显示和分析。以充分直观的表示空间数据处理分析的结果。因此，从某种意义上说GIS的可视化研究早于科学计算可视化的研究。可视化技术包含交流和认知分析，它通常需要模型的支持。如对地图的可视化形成了虚拟地图、动态地图、交互式地图、及超地图等概念。,2、仿真技术（simulat
3、ion,imitation),可视化的技术的基础上，发展了仿真技术和虚拟技术。“虚拟现实”是仿真技术的一种特殊形式,3、虚拟现实（virtual reality),虚拟现实（Virtual Reality,VR）是一门涉及众多学科的新的实用技术，它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体。在计算机技术中，它又特别依赖于计算机图形学、人工智能、网络技术、人机接口技术及计算机仿真技术。这些相关技术的发展带动了虚拟现实技术的进步。VR具有三个最突出的特征，即交互性(Interactivity)、想象性(Imagination)和沉浸感(Immersion)，称三“I”特征。以此
4、区分相邻技术，如多媒体技术、科学计算可视化技术。交互性指参与者用专门设备，能实现对模拟环境的考察与操作程度，例如用户可用手直接抓取模拟环境中的物体，且有接触感，有重量感，视场中被抓起的物体也应随着手的移动而移动。想象性是VR与设计者并行操作，为发挥它们的创造性而设计的这极大地依赖于人类的想象力，。沉浸感，即投入感，是力图使用户在计算机所创建的三维虚拟环境中处于一种全身心投入的感觉状态，有身临其境的感觉，即所谓“沉浸感”。,8.2 GIS中图形的输出,GIS中图形的输出用来表示地理实体的空间特性和属性特性。1）地图GIS中图形的输出的主要形式，是空间实体的符号化模型。2）图象GIS中图形的输出的
5、另一种形式，它也是空间实体的一种模型，但不用符号化方式，而是采用人的直观视觉变量如色、灰度、模式表示空间实体的质量特性。通常将空间划分为规则的单元，并赋予视觉变量。3）统计图表统计图表用以表示非空间信息。统计图与地图综合使用，形成以统计符号表示的专题图。4）其它,二、颜色模型和颜色空间地图的表示用颜色、符号、注记等方法。R1、颜色的表示方法 黄1）RGB表示，三基色定理白色（R G B）=（100，100，100）黑色（R G B）=（0，0，0）R G B组成的立方体是非线性的，B即两种颜色相近的程度不能简单地用欧氏距离来表示2）HLS表示H（Hue)色度，反映颜色的分类，如纯红、品红；L(
6、Light)亮度，反映颜色黑的程度，如白色的亮度比黑色的亮度高S(Saturation)饱和度，反映颜色的纯度，如纯红的饱和度比粉红的饱和度高。用HLS表示后，最后还是转成RGB显示。,黑,白,三、GIS环境下空间数据的多尺度显示,空间数据的多尺度显示是指将同一地区图，放在远近不同的地区观测，以便观察到该地区不同分辨率、不同对象的图形，即建立不同的数据模型。1）利用系列比例尺数据进行景观生成，以得到该地区从宏观到微观、从整体到局部的显示。2）将同一比例尺数据简化为几个层次数据显示。,四、GIS可视化研究的发展过程1、二维数据的可视化主要研究二维图形的显示算法，如画线、符号库和符号化、颜色设计、
7、图形输出打印等。2、2.5维图形的可视化以地形分析为核心，研究用二维数据表示三维数据，即将三维数据投影到二维屏幕上，显示之。其实质是研究三维到二维数据的坐标变换、隐藏线隐藏面消除、光照模型。无法表示三维物体的体特征。3、真三维数据的可视化90年代以来三维物体的体特征的可视化研究成了热点必须指出，为提高GIS可视化的实用性，在GIS可视化研究中一直十分注意在地形图上显示地物要素，研究点、线、面要素在三维景观上的叠加算法,8.3 电子地图,1、电子地图的概念电子地图的特点1）交互性；2）无级缩放性；3）无缝性；4）共享性；5）具有基本的计算和统计能力；,2、电子地图的发展,1）第一阶段 80年代以
8、前以CAD技术为支撑，强调图的数字化；2）第二阶段 80年代以后以GIS技术为支撑，强调用数据管理存储；,3、电子地图的制作,数据收集,数字化,属性化,图和属性的链接,电子地图,质量控制,资料更新,4、电子地图的应用,1）导航和智能运输系统（车载系统）2）电子地图资料库3）提供网络地图随着信息社会的到来，将大量使用电子地图，电子地图生产已成为一热门行业，因此，在国外已出现著名的电子地图供应商。,5、电子地图的供应商,随着信息社会的带来，在社会生活中将大量实用电子地图，因此其发展及为迅速，引起商家的重视，从而在国际上出现了电子地图生产开发商，如美国的ESRI公司；DELORME公司；欧洲的FEL
9、STRA公司等。国内国家测绘局在这方面作了大量工作。,8.4 地图的表示和地图符号,一、地图的符号,地图的符号是地图的语言，它通过尺寸、形状和颜色来表示事物空间的位置、形状、质量和数量特征，是表达地理现象与发展的基本手段。目前GIS都建立地图符号库。地图符号库是将地图符号以数据库的形式存到计算机中实现数据库管理功能，实现符号信息的存储和查询。地图符号库中的符号其结构统一，便于扩充和修改。,1、地图的符号及分类,地图的符号可分解为点状符号、线状符号、面状符号三种基本图形元素。注记可看作一种特殊的符号。点状符号图形固定（不随位置变化）；有确定的定位点和方向；通常图形较规则。线状符号具有定位线，可进
10、一步分解成具有单一特征的线状符号面状符号具有封闭的轮角线，通常在封闭的轮角线内配置点状符号、阴影线或颜色。,2、地图的注记,1）注记的分类名称注记；说明注记；数字注记；地图注记中对制图说明内容通常不存库，地图内容注记存库。2）注记的方式单点注记；双点注记；布点注记；参考线注记；,二、地图符号的图元,地图的点状符号、线状符号和面状符号各自有自己的特点，又有共性。相同点是都有类似的绘图参数和操作方法；不同点是构成符号的基本图素不同。1）点状符号的图元主要包括点、直线、折线、样条曲线、圆弧、三角形、矩形、多边形、子图、位图等2）线状符号的图元主要包括实线、虚线、点虚线、双虚线、双实线、连续点符号、定
11、位点符号、齿线符号等3）面状符号的图元主要是指它的不同填充，包括阴影线填充、点符号填充、位图填充。,三、地图符号的绘制,地图符号的绘制实质是将符号坐标系中图形元素特征点坐标（x,y)转换到地图坐标系中的坐标，并按给定顺序连线的过程。目前，地图符号的绘制通常有矢量法和栅格法绘制两种方法：1、矢量法绘制1）编程法由绘图子程序按照符号图形参数绘制矢量图。通常一类地图符号或一个地图符号编成一个绘图子程序。这些子程序组成程序库。由于它不便于用户扩充用得愈来愈少。2）符号库法（也称信息块法）通过程序调用描述符号参数的符号库参数集信息块，完成符号的绘制。如在信息块中存放图形的几何参数，如图形的长、宽、方向、
12、夹角、半径等。,（1）点符号库,点符号的图元通常由点、直线、折线、曲线、圆、椭圆、弓形扇形及文字组成。圆、两条直线 旋转一角度点符号库的数据结构例 符号101 符号代码 符号定位点 符号色彩 符号大小 图元码1 参数1 参数2.101 图元码2 102 图元码3 103 104 符号102 图元码1 参数1 参数2.图元码2 图元码3 1,（2）线符号库,线符号可分解成点符号图元，沿定位线进行配置。,（3）面符号库,面符号库的关键是在面域内用点、线符号进行填充。求交、旋转,2、栅格符号的绘制,栅格符号的绘制比较简单。点符号首先用模板形象地表示各种点符号，调用时按定位、方向作变换；线符号除了点状
13、符号的方法，还要注意线的走向，按图象处理方法作出变换面符号首先将论廓内填“实”，之后将填充的区域图象块同栅格点符号进行逻辑“与”运算，从而在区域内形成面符号。,四、空间实体的符号化过程,将地理空间信息转换成地图输出时，必需对空间实体配置符号。空间实体符号化的过程如下：,GIS系统,地理数据库,符号库,输出地图,符号化,实体信息,符号描述信息,空间实体符号化模块,8.5 专题信息和专题图,一、专题信息,二、专题图的分类,1、按学科分专题图2、按服务对象分科学参考图；实用工程图；教学图；宣传普及图等。3、专题图的比例尺,自然专题图,经济专题图,人口图行政区图工业图交通运输图农业图等,地质图地藐图土
14、壤图气候图植被图海洋图等,三、专题图的表示,1、点符号图 用精确定位的点状地物来表示对象的分布。2、线符号图 用不同颜色和形状的线在地图上反映事物的现象3、等值线图 将相同数量指标点连线组成的一组等值线表示地区特征，如等温图4、质底图 用不同颜色表示联续分布的现象的质量特征。如植被图、土壤图5、范围图 用色、线条、符号、文字等手段表示现象的分布范围 如某种稀有金属的分布。6、点描图 在制图现象的表示范围内，用大小相同的点群稀疏表示分布特征7、分级统计图和图表统计图 分级统计图法用相对值表示现象的分布,四、GIS中专题图的制作,1、专题图功能在GIS中都提供专题图制作功能。专题图制作过程实际上是
15、对空间对象的属性数据进行符号表达。反映定性描述数据的专题图；反映定量描述数据的专题图。,2、专题图的要素,底图要素,专题要素,注记及图例配置,装饰,输出,3、专题图的制作,标识码 植被 土壤 人口 面积101 农 4500102 牧草 1244103 农 8900104 林 456105 牧草 1098106 林 680107 农 10987108 牧草 2000109 林 200,制作定性专题图,制作定量专题图,制作过程中首先根据图层选择属性表和属性项，再确定制作的专题图类型。,五、三维数据的可视化,目前，国内外关于地理信息三维可视化的研究主要集中在数字地面模型(DTM)、数字高程模型(DEM)及城区景观可视化的研究上。这方面的研究现在已取得了很多成果，诸如用数学形态学、分形学、小波变换等新兴理论和方法对三维建模和数据结构的改进和优化；利用先进的计算机可视化技术(AutoCAD、3D MAX、OpenGL等)对实验、实用数据进行可视化实现地球形状及外部重力场一直是大地测量学研究的核心问题，目前，已经有大量的地球重力场数据(如重力异常数据和高程数据等)需要进行三维可视化表达。,
