地圖制圖和三維可視化

1、ENVI/IDL7-地圖制圖與三維可視化劉海新河北工程大學資源學院 電話ENVI/IDLENVI 的地圖制圖功能使得用戶能夠方便快捷地、交互式地添加圖例等要素將一幅影像繪制成地圖。制圖過程一般由以下幾步組成。先使用ENVI 快速制圖（QuickMap）功能生成基本模板（或恢復(fù)原保存的模板），然后使用ENVI 的注記功能或其它影像疊合功能按需要進行交互式地制圖?？焖僦茍D允許用戶設(shè)定地圖比例、輸出頁的大小以及方位，能夠選擇影像的空間子集進行制圖，還可以方便地添加基本地圖要素，如地圖公里網(wǎng)、比例尺、地圖標題、標識、地圖投影信息和其它基本地圖注記。此外ENVI 快速制圖輸出中

2、的自定義注記功能允許插入圖例、三北方向圖表（Declination Diagrams）、箭頭、影像或繪制圖、附加的文本等要素。使用ENVI 注記或公里網(wǎng)疊合功能的交互式地圖制圖功能允許用戶修改快速制圖的默認疊合設(shè)置，合理布置所有的地圖要素。7.1 地圖制圖ENVI/IDL一、快速制圖第一步：打開顯示 Landsat TM 影像第二步生成快速制圖模板1）從主影像顯示窗口菜單中，選擇File QuickMap New QuickMap，打開QuickMap Default Layout 對話框。2）設(shè)置頁面大小、方位和地圖比例，頁面長和寬計算公式如下：width=圖像實際寬度/比例尺+系數(shù)leng

3、th=圖像實際長度/比例尺+系數(shù)增加一個系數(shù)表示圖框外的區(qū)域大小，一般默認為100像素本例中分辨率60m，寬度416*60=24960，長度567*60=34020，比例尺1:100000，計算后30.96*40.02cm因此參數(shù)為寬度30.96cm，長度40.02cm，比例尺為100000，定位方位portrait提示：要選擇影像的子集輸出成地圖，使用鼠標左鍵放置并調(diào)整紅色矩形框。7.1 地圖制圖ENVI/IDL3）點擊 OK，隨后QuickMap Parameters 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)在屏幕上4）在對話框中用鼠標左鍵點擊 Main Title 文本框，鍵入文本“國家森林公園影像地圖”。設(shè)置字體

4、大小和字體5） 在對話框中使用鼠標右鍵點擊 Lower Left Text 文本框，在彈出的菜單中選擇Load Projection Info，從ENVI 頭文件中加載影像的投影信息。6）在對話框中使用鼠標右鍵點擊 Lower Right Text 文本框，鍵入文本Map Generated Using，然后回車（按下Enter 鍵），再依次鍵入ENVI QuickMap、Copyright 2001、Research Systems, Inc，每次鍵入時都要按回車鍵。7）根據(jù)本專題的目的，我們建議將Scale Bars、Grid Lines 和North Arrow 前面的復(fù)選框（check

5、 box）選中。單擊Grid lines中的font，設(shè)置字體為roman1，消除經(jīng)緯度中的？亂碼。設(shè)置map grid spcing為2000，公里網(wǎng)間距7.1 地圖制圖ENVI/IDL第三步 輸出制圖結(jié)果1） 如果需要保存模板，點擊save template，模板保存后可以下次用掉，調(diào)用是只需打開所需要快速制圖的影像，然后選中擇File QuickMap from Previous Template2）可以將快速制圖的結(jié)果輸出到打印機或是 Postscript 文件。選擇 File Save Image As Postscript File；或者FilePrint直接打印。3）也可以將結(jié)果

6、輸出為其他影像格式， File Save Image As Image File。7.1 地圖制圖ENVI/IDL二、自定義制圖元素ENVI 提供了多種定制地圖制圖的選項，包括添加虛邊框（virtual borders）、文本注記、公里網(wǎng)、等值線、繪圖插入、矢量疊合以及分類疊合。1、添加虛擬邊框默認的 ENVI 顯示中只包含了影像，周圍沒有空白的空間。地圖制圖一般需要將某些地圖要素放置在影像之外。ENVI 提供了一個“虛擬邊框”的功能來將注記放置在影像的周圍而不用創(chuàng)建新的影像。虛擬邊框可以采用幾種方法添加在影像上，以下部分將依次介紹。7.1 地圖制圖ENVI/IDL1）在ENVI 快速制圖中使

7、用影像公里網(wǎng)來自動添加一個虛擬邊框會被添加到地圖影像中與快速制圖中的公里網(wǎng)相協(xié)調(diào)，并且默認的方里網(wǎng)也將顯示出來。請參見以下的具體說明來了解如何修改公里網(wǎng)的屬性參數(shù)。必要的邊框?qū)詣拥靥砑拥接跋竦膬蛇叀?要改變默認的邊框，可以從快速制圖的主顯示窗口菜單中選擇Overlay Grid Lines。當Grid Line Parameters 對話框出現(xiàn)后，選擇Options Set Display Borders 打開Display Borders 對話框。輸入 100，400，150 和100，如圖所示。點擊OK。新的虛擬邊框的屬性馬上就會應(yīng)用到地圖影像中。如果保存了公里網(wǎng)的參數(shù)文件，邊框?qū)傩孕?/p>

8、息也會同時保存，而且當從公里網(wǎng)參數(shù)文件中恢復(fù)公里網(wǎng)屬性時，邊框?qū)傩孕畔⒁矔换謴?fù)。7.1 地圖制圖ENVI/IDL7.1 地圖制圖2）使用顯示參數(shù)設(shè)置使用 Display Preferences 對話框，也可以改變虛擬邊框的屬性和其它的顯示設(shè)置。從快速制圖的主顯示窗口菜單欄中選擇 File Preferences。接著Display Parameters 對話框就會出現(xiàn)，在對話框的頂部包含了與剛才介紹相類似的文本框。輸入所需的數(shù)值，并為邊框選擇一個所需的顏色。 點擊 OK。新的邊框的屬性馬上就會應(yīng)用到地圖影像中。ENVI/IDL3）使用注記功能使用 ENVI 的注記功能也可以調(diào)整虛擬邊框的屬性

9、。從快速制圖的主顯示窗口菜單欄中選擇 Overlay Annotation。當 Annotation 對話框出現(xiàn)后，選擇Options Set Display Borders 打開Display Borders 對話框。 輸入所需的邊框?qū)傩詤?shù)，點擊 OK。新的邊框的屬性參數(shù)馬上就會應(yīng)用到地圖影像中。如果保存了注記文件，邊框?qū)傩孕畔⒁矔瑫r保存，而且當從注記文件中恢復(fù)注記時，邊框?qū)傩孕畔⒁矔换謴?fù)。7.1 地圖制圖ENVI/IDL2、添加公里網(wǎng)ENVI 支持同時顯示像素公里網(wǎng)、地圖坐標公里網(wǎng)以及地理坐標（緯度/經(jīng)度）網(wǎng)。當公里網(wǎng)被應(yīng)用到地圖影像中時，一個100 像素寬的虛擬邊框會被自動地添加到

10、地圖影像中，來協(xié)調(diào)公里網(wǎng)標簽（labels）。要添加或修改地圖影像公里網(wǎng)，具體步驟如下：從快速制圖的主顯示窗口菜單欄中選擇 Overlay Grid Lines。在出現(xiàn)的Grid Line Parameters 對話框中，Grid Spacing和spacing是格網(wǎng)間距。選擇 Options Edit Map Grid Attributes 或者Edit Geographic Grid Attributes，編輯公里網(wǎng)或者經(jīng)緯網(wǎng)的相關(guān)屬性。要保存公里網(wǎng)屬性參數(shù)以便后續(xù)使用，從Grid Parameters 菜單欄中選擇File Save Setup，再選擇一個輸出文件。從Grid Param

11、eters 對話框的菜單欄中選擇File Restore Setup 加載這個模板，并使用到別的地圖制圖中。7.1 地圖制圖ENVI/IDL3、添加和修改注記注記是用來在 ENVI 顯示或地圖制圖中插入（或放置）地圖要素的一種常規(guī)手段。使用ENVI 的基本注記處理功能可以使用多種地圖要素并放置它們的位置。1） 從快速制圖的主顯示窗口菜單欄中選擇 Overlay Annotation，打開Annotation 對話框。2）從 Annotation 對話框菜單欄的Object 下拉菜單中選擇所需的注記要素。3）選擇 Image, Scroll 或者Zoom 單選按鈕指定注記放置的窗口。4）使用鼠標

12、左鍵放置注記要素，點擊鼠標右鍵進行確定，鎖定注記的位置。5）所有的注記要素都能被選擇，然后進行修改。首先要在菜單中選擇 Object Selection/Edit，然后用鼠標左鍵拖畫出一個矩形框包含要選擇的對象。接著被選擇的對象要素就可以進行移動，通過點擊相應(yīng)的小圓柄并拖放到一個新的位置。通過在selected 菜單中選擇相應(yīng)的選項，也可以將對象要素刪除或是復(fù)制。7.1 地圖制圖ENVI/IDL（1）文字和符號注記ENVI 提供了大量的文字字體和多種不同的標準符號集。除此之外，ENVI 還能使用安裝在系統(tǒng)中的TrueType 字體。這樣就提供了對大量不同字體和符號訪問的能力。所有的這些字體和符

13、號都能夠交互式地縮放大小和進行旋轉(zhuǎn)，并能設(shè)置不同的顏色和字體的線條寬度。ENVI 除了提供了定制的TrueType 字體外，也提供了一些有用的符號（包括專用的指北針）。在進行文字或符號注記時，可以從Annotation 對話框Font 按鈕的下拉菜單中選擇ENVI Symbols。Annotation 對話框菜單欄中選擇Object Text 或者Object Symbol。對于文字注記，可以在對話框中部偏左的Font 按鈕菜單中選擇字體，并在對話框中部相應(yīng)按鈕和文本框中選擇字體大小，顏色以及方位參數(shù)。對于符號注記，當選定對象要素后，就可以從 Annotation 對話框的符號表中選擇所需的符

14、號。7.1 地圖制圖ENVI/IDL（2）形狀注記ENVI 允許繪制長方形、正方形、橢圓以及各種樣式的多邊形注記。這些形狀注記可以僅僅是輪廓線，也可以是顏色或某種花紋填充而成的圖形。同時還可以交互式地放置形狀注記，并進行簡單的旋轉(zhuǎn)或縮放。在 Annotation 對話框中，選擇Object Rectangle、Object Ellipse 或者Object Polygon。（3）線段和箭頭注記ENVI 的注記功能允許在地圖影像中放置折線（線段）和箭頭。用戶可以完全控制線段的顏色，線寬以及線形，修改箭頭的形狀和填充特性。 在 Annotation 對話框中，選擇Object Polyline 或

15、者Object Arrow。7.1 地圖制圖ENVI/IDL（4）地圖比例尺注記ENVI 能夠根據(jù)地圖制圖中影像的像元大小自動地生成地圖比例尺。比例尺的單位選項可以為英尺、英里、米以及公里。比例尺可以單一放置，或是以組的方式放置?？梢栽O(shè)定比例尺中分隔的數(shù)目以及最小分隔大小，修改比例尺中文字的字體和大小。在 Annotation 對話框中，選擇Object Scale Bar。（5）方向圖表（Declination Diagrams）ENVI 能夠根據(jù)用戶提供的屬性特征自動地生成三北方向圖表（Declination Diagrams）。圖表的大小以及真北、格北(方格北)、磁北的方位角都要以十進制

16、的數(shù)據(jù)形式輸入。使用ENVI 注記程序放置三北方向圖表。 在 Annotation 對話框中，選擇Object Declination。7.1 地圖制圖ENVI/IDL（6）圖例注記使用 ENVI 的圖例編輯功能創(chuàng)建的圖例。圖例周圍的矩形方框以及方框上方圖例的描述文字都是作為一個獨立的注記放置的。在 Annotation 對話框中選擇Object Map Key。選擇 Edit Map Key Items 來添加、刪除或者修改單個的圖例項。（7）顏色色標（Color Ramp）注記可以分別為灰階或者以色彩編碼的影像創(chuàng)建灰度色標（Grayscale Ramp）或者彩色色標（Color Ramp）

17、。注意：該選項只適用于灰度影像，對RGB 彩色合成影像不可用。從 Annotation 對話框中選擇Object Color Ramp。輸入色標范圍的最小和最大值，以及所需的分階間隔，設(shè)置垂直或水平的放置方位。7.1 地圖制圖ENVI/IDL（8）嵌入式影像注記使用 ENVI 的影像拼接鑲嵌（mosaicking）功能可以將影像插入到另一幅影像中，而ENVI 的注記功能同樣提供了這種能力，可以在地圖制圖或注記處理過程中將影像插入到其它的影像中。確保要被插入的影像已經(jīng)在可用波段列表中列出。在 Annotation 對話框中選擇Object Image。點擊 Select New Image 選擇

18、要被插入的影像。從可用波段列表中選取要被插入的影像(9)繪制圖（Plot）嵌入式注記在地圖制圖過程中，ENVI 的注記功能也提供了將ENVI 的繪制圖插入到其它影像中的能力。在輸出到打印機或者“Postscript”時，這些矢量的繪制圖將保留其矢量特性（不會轉(zhuǎn)換為柵格形式）。（注意：在輸出到影像時它們不會被顯示）從 Annotation 對話框菜單中，選Object Plot。點擊 Select New Plot 來選擇要插入的繪制圖7.1 地圖制圖ENVI/IDL4、疊加分類圖像在地圖制圖過程中，ENVI 的分類影像能夠作為覆蓋圖疊合。第一步要使用ENVI 標準的分類程序?qū)τ跋襁M行分類或者是

19、打開一幅已存在的ENVI 分類影像。一旦分類影像列在可用波段列表中，就可以被用來進行疊合操作。從進行地圖制圖的影像的顯示窗口菜單中，選擇Overlay Classification5、疊合等值線ENVI 提供了勾畫影像“Z”值的等值線的能力，并能將等值線作為矢量疊合到影像背景中。數(shù)字高程模型（DEMs)最適合于進行這樣的操作。等值線能夠很容易地按照下列步驟添加到地圖制圖中：從進行快速制圖的影像的主顯示窗口菜單欄中，選擇 Overlay Contour Lines。7.1 地圖制圖ENVI/IDL6、合并疊合感興趣區(qū)（ROI）使用各種方法生成的感興趣區(qū)都能夠合并疊合到 ENVI 的地圖制圖中。感

20、興趣區(qū)可以通過手動繪制，特定影像波段的閾值范圍選取，利用二維（2-D）或n 維（n-D）的散點圖，或者矢量到柵格的轉(zhuǎn)換來生成。要在地圖制圖中顯示感興趣區(qū)：從進行快速制圖的影像的主顯示窗口菜單欄中，選擇 Overlay Region of Interest。所有同顯示的影像有相同尺寸（dimensions）的感興趣區(qū)會被列出在ROI Tool 對話框中，并同時顯示在影像中。7、疊合矢量層ENVI 能導(dǎo)入ArcShape、Arc/Info 交換文件、DXF、MapInfo、Microstation DGN、USGS DLG 以及USGSSDTS 形式的矢量格式。從這些文件中獲取的矢量以及ENVI

21、內(nèi)部的矢量文件（.evf）都能夠在ENVI 地圖制圖中使用。從 ENVI 主菜單中選擇File Open Vector File，并選擇相應(yīng)的文件類型打開矢量文件。7.1 地圖制圖ENVI/IDL三、保存制圖結(jié)果1、保存顯示組以便后續(xù)修改 從主影像窗口中選擇 File Save as Display Group。 輸入要輸出的文件名 ysratio.grp，點擊OK。 這個地圖制圖稍后就能夠恢復(fù)。在ENVI 主菜單中選擇File Restore Display Group，點擊文件名ysratio.grp，再點擊Open 即可。2、保存為“印刷品”格式選擇 File Save Image As

22、 Postscript File。選擇 Standard Printing 來輸出一個postscript 文件，并指定頁面大小和縮放參數(shù)。這個選項將提供附加的控制功能，但是可能會生成與原始的所選地圖制圖比例不相符合的地圖。7.1 地圖制圖ENVI/IDL3、保存為影像文件ENVI 允許將地圖制圖的結(jié)果保存為一個影像文件。輸出的格式可以是ENVI（二進制）影像，BMP，HDF，JPEG，PICT，PNG，SRF，TIFF/GeoTIFF 以及XWD，也可以輸出為其它的影像處理軟件格式，比如ERDAS(.lan)，ERMAPPER，PCI 和ArcView 的柵格圖。選擇 File Save I

23、mage As Image File。4、打印結(jié)果可以選擇直接打印 ENVI 的地圖制圖，在這種情況下，地圖制圖將借助系統(tǒng)驅(qū)動程序，直接使用打印機進行打印。選擇 File Print，然后選擇先前Postscript 選項中所介紹的Standard Printing 或者Output QuickMap to Printer 選項。選擇打印機即可。7.1 地圖制圖ENVI/IDLENVI 的三維可視化覽功能允許將DEM 數(shù)據(jù)以網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（wire frame）、規(guī)則格網(wǎng)（ruled grid）或點的形式顯示出來，或者將一幅灰階或彩色合成影像疊合到DEM 數(shù)據(jù)上。我們可以使用鼠標，實時地對三維曲面進

24、行旋轉(zhuǎn)、平移或者放大縮小等相關(guān)操作。通過ENVI 交互式的注記功能預(yù)先繪制飛行路徑，形成飛行瀏覽的三維數(shù)據(jù)集。通過用戶選擇參數(shù)，我們可以控制垂直夸張系數(shù)，垂直和水平視角以及高度。鼠標光標也能夠連接到疊合的三維影像上，利用三維投影圖，可以在X、Y 或者波譜方向（Z）上提取剖面廓線，或者查看光標位置和對應(yīng)的像素值。7.2 三維可視化ENVI/IDL一、生成三維場景打開所需要的數(shù)據(jù)，包括tm數(shù)據(jù)和dem數(shù)據(jù)，并RGB顯示tm數(shù)據(jù)選擇 Topographic 3D SurfaceView，或者在tm數(shù)據(jù)顯示窗口點擊tools 3D Surface View,啟動三維可視化界面。關(guān)聯(lián)DEM數(shù)據(jù)在3D S

25、urfaceView Input Parameters 對話框選擇三維曲面繪制中所需的 DEM 分辨率（像素數(shù)）復(fù)選框。DEM 數(shù)據(jù)將會重采樣到所選的分辨率。注意：使用較高DEM 分辨率將會明顯地減慢可視化的速度，只有在具備足夠快的運算速度時，才可以使用該分辨率選項。我們可以選擇多個不同的DEM 分辨率。通常，當確定最佳飛行路徑時，需要選擇較低的DEM 分辨率（64）。然后，在顯示最終三維曲面飛行時，再選擇較高的DEM 分辨率。7.2 三維可視化ENVI/IDL重采樣的方法有最鄰近和集合法如果需要，輸入 DEM 最小和最大繪制值，從顯示的DEM 數(shù)據(jù)中選取滿足特定需要的數(shù)據(jù)值（這可以被用來去除

26、背景像素值，或者限制DEM 高程范圍）。DEM 值低于最小值或者高于最大值的那些像素就不會繪制在三維曲面中。在 Vertical Exaggeration 中輸入所需的數(shù)值，增大其數(shù)值可以增加垂直夸張的程度。圖像紋理分辨率選擇 Full （原始大?。┗蛘逴ther （設(shè)定值）分辨率選項。7.2 三維可視化ENVI/IDL二、交互式三維場景瀏覽1、鼠標控制鼠標光標和按鈕可以被用來交互式地旋轉(zhuǎn)、平移（漫游）以及縮放三維曲面。按照下面的操作，對三維數(shù)據(jù)進行瀏覽。點擊鼠標左鍵，并沿著水平方向拖動鼠標，這將使得三維曲面繞著Z 軸旋轉(zhuǎn)。點擊鼠標左鍵，并沿著垂直方向拖動鼠標，這將使得三維曲面繞著X 軸旋轉(zhuǎn)。

27、點擊鼠標中鍵，并拖動鼠標，可以在相應(yīng)的方向平移（漫游）影像。點擊鼠標右鍵，并向右拖動鼠標，可以增加縮放比例系數(shù)。點擊鼠標右鍵，并向左拖動鼠標，可以減小縮放比例系數(shù)。7.2 三維可視化ENVI/IDL2、瀏覽控制對話框通過在 3D SurfaceView 窗口中，選擇Options Surface Controls ，Rotate/Scale/Trans Controls 實現(xiàn)的功能與三個鼠標鍵基本類似，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、放大縮小和左右上下平移，inc參數(shù)設(shè)置幅度。三維場景屬性設(shè)置vertical exageration：夸大比例系數(shù)Depth Offset：深度偏移Surface Style：選擇場景

28、顯示類型，包括圖像紋理、格網(wǎng)結(jié)構(gòu)、直紋、縱紋或者單獨點DEM Resolution：DEM的分辨率觀察控制單擊start，可以繞著三維場景的z軸旋轉(zhuǎn)，單擊那個 按鈕可以再三維場景中重新制定一個宣州中心，速度和方向在rotation delay和direction控制。7.2 三維可視化ENVI/IDL3、瀏覽定位對話框通過設(shè)置特定的視點、視線方位或視角，我們也可以控制三維曲面瀏覽。在 3D SurfaceView 窗口中，選擇Options Position Controls，接著SurfaceView Position 控制對話框會出現(xiàn)在屏幕上。在主影像顯示窗口中，選擇Tools Curso

29、r Location/Value，打開Cursor Location/Value 對話框，讀取所需位置的像素或者地圖坐標，選擇合適的視點。將這些坐標輸入到SurfaceView Positioning 對話框中。一個好的起始點為列（Sample）3600，行（Line）3000。后者在三維顯示窗口雙擊也可以獲取視點的行和列嘗試改變 Azimuth、Elevation 和Height Above Ground 的參數(shù)值，分析它們對三維曲面瀏覽的影響。開始處理時，設(shè)置Azimuth（視線方位）為90，Elevation（視角）為-90（豎直向下的方向），Height Above Ground 為2

30、000m。然后把該高度由2000 分別改為1000、500，觀察三維曲面圖的變化。7.2 三維可視化ENVI/IDL三、飛行瀏覽1、利用Motion Controls創(chuàng)建一個動畫或者三維的飛行瀏覽選擇 Options Motion Controls，打開SurfaceView Motion Controls 對話框在 SurfaceView Motion Controls 對話框中，使用鼠標或者箭頭按鈕，選擇三維曲面瀏覽的起始點。點擊Add 按鈕，將所選投影視圖作為飛行路徑的起始點加入。使用鼠標或者箭頭按鈕，選擇其它的三維視圖，并點擊 Add 按鈕，將該視圖添加到飛行路徑序列中。重復(fù)上面的步驟

31、，直到已經(jīng)選取了滿足需要（至少2 分鐘）足夠多的視圖為止。當播放視圖序列時，飛行路徑會在這些視圖之間進行平滑內(nèi)插處理。點擊飛行路徑序列號，然后點擊Replace，可以在飛行路徑列表中替換掉該投影視圖。點擊飛行路徑序列號，然后點擊Delete，可以在飛行路徑列表中刪除掉該投影視圖。點擊Clear，可以清除飛行路徑列表。7.2 三維可視化ENVI/IDL輸入飛行瀏覽動畫顯示中所使用的幀數(shù)，飛行路徑會進行相應(yīng)的平滑內(nèi)插處理。較大的幀數(shù)會產(chǎn)生更加平滑的效果，但是它會減慢動畫播放的速度。 點擊 Play Sequence 按鈕，開始播放飛行路徑動畫。Options loop play sequence進行循環(huán)播放。在SurfaceView Motion Controls 對話框中，選擇Options Animate Sequence，創(chuàng)建完整的動畫顯示。7.2 三維可視化ENVI/IDL2、使用 ENVI 注記功能創(chuàng)建動畫序列在 SurfaceView Motion Controls 對話框中，選擇Options Motion:Annotation Flight Path，使用ENVI 注記功能繪制的飛行路徑，對數(shù)據(jù)進行飛行瀏覽。我們可以使用折線、多邊形、矩形或者橢圓注記對象，對飛行路徑進行定義