空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)及制圖.ppt

1、,第八章 空間數(shù)據(jù)表現(xiàn)及制圖,8.1 概述 8.2 GIS中圖形的輸出 8.3 電子地圖 8.4 地圖符號 8.5 專題信息和專題圖,8.1 概述,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?？傊?，可視化是對人腦印象構(gòu)造過程的一種仿真，以支持用戶的判斷和理解。 可視化的概念首先在1987年有美國國家自然科學(xué)基金會員會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)算過程中及計(jì)算結(jié)果所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像信息，并可進(jìn)行交互式

2、分析。 在計(jì)算機(jī)環(huán)境下，可視化的中心問題是科學(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)屏幕上顯示的影像有助于信息處理，從而提高對二維或三維空間關(guān)系和空間問題的理解。 可視化技術(shù)成為信息爆炸時代人類分析和駕馭信息的有力工具。,1、 可視化（visualization),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GIS的可視化研究早于科學(xué)計(jì)算可視化的研究。 可視化技術(shù)包含交流和認(rèn)知分析，它通常需要模型的支持。如對地圖的可視化形成了虛擬地圖、動態(tài)地圖、交互式地圖、及超地圖等概念。,2、仿真技

3、術(shù) （simulation ,imitation),可視化的技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)。 “虛擬現(xiàn)實(shí)”是仿真技術(shù)的一種特殊形式,3、虛擬現(xiàn)實(shí)（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)展帶動了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步。 VR具有三個最突出的特征，即交互性(Interactivity)、想象性(Imagination)和沉浸感(Immersi

4、on)，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)對模擬環(huán)境的考察與操作程度，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，視場中被抓起的物體也應(yīng)隨著手的移動而移動。 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狀態(tài)，有身臨其境的感覺，即所謂“沉浸感”。,8.2 GIS中圖形的輸出,GIS中圖形的輸出用來表示地理實(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

5、號化模型。 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，但不用符號化方式，而是采用人的直觀視覺變量如色、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)圖與地圖綜合使用，形成以統(tǒng)計(jì)符號表示的專題圖。 4）其它,二、顏色模型和顏色空間 地圖的表示用顏色、符號、注記等方法。 R 1、顏色的表示方法 黃 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單地用歐氏距

6、離來表示 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，最后還是轉(zhuǎn)成RGB顯示。,黑,白,三、GIS環(huán)境下空間數(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，以便觀察到該地區(qū)不同分辨率、不同對象的圖形，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)簡化為幾個層次數(shù)據(jù)顯示。,四、 GIS可視化研

7、究的發(fā)展過程 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、符號庫和符號化、顏色設(shè)計(jì)、圖形輸出打印等。 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GIS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,8.3 電子地圖,1、電子地圖的概念 電子地圖的特點(diǎn) 1）交互性； 2

8、）無級縮放性； 3）無縫性； 4）共享性； 5）具有基本的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)能力；,2、電子地圖的發(fā)展,1）第一階段 80年代以前 以CAD技術(shù)為支撐，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；,3、電子地圖的制作,數(shù)據(jù)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,4、電子地圖的應(yīng)用,1）導(dǎo)航和智能運(yùn)輸系統(tǒng)（車載系統(tǒng)） 2）電子地圖資料庫 3）提供網(wǎng)絡(luò)地圖 隨著信息社會的到來，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，在國外已出現(xiàn)著名的電子地圖供應(yīng)商。,5、電子地圖的供應(yīng)商,隨著信息社會的帶來，在社會生活中將大量實(shí)用電子地

9、圖，因此其發(fā)展及為迅速，引起商家的重視，從而在國際上出現(xiàn)了電子地圖 生產(chǎn)開發(fā)商，如 美國的ESRI公司； DELORME公司； 歐洲的FELSTRA公司等。 國內(nèi)國家測繪局在這方面作了大量工作。,8.4 地圖的表示和地圖符號,一、地圖的符號,地圖的符號是地圖的語言，它通過尺寸、形狀和顏色來表示事物空間的位置、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都建立地圖符號庫。 地圖符號庫是將地圖符號以數(shù)據(jù)庫的形式存到計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理功能，實(shí)現(xiàn)符號信息的存儲和查詢。 地圖符號庫中的符號其結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，便于擴(kuò)充和修改。,1、地圖的符號及分類,地圖的符號可分解為點(diǎn)狀符號、線狀符號、面

10、狀符號三種基本圖形元素。注記可看作一種特殊的符號。 點(diǎn)狀符號圖形固定（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。 線狀符號具有定位線，可進(jìn)一步分解成具有單一特征的線狀符號 面狀符號具有封閉的輪角線，通常在封閉的輪角線內(nèi)配置點(diǎn)狀符號、陰影線或顏色。,2、地圖的注記,1）注記的分類 名稱注記； 說明注記； 數(shù)字注記； 地圖注記中對制圖說明內(nèi)容通常不存庫，地圖內(nèi)容注記存庫。 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；,二、地圖符號的圖元,地圖的點(diǎn)狀符號、線狀符號和面狀符號各自有自己的特點(diǎn)，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)成符號的基

11、本圖素不同。 1）點(diǎn)狀符號的圖元主要包括點(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、定位點(diǎn)符號、齒線符號等 3）面狀符號的圖元主要是指它的不同填充，包括陰影線填充、點(diǎn)符號填充、位圖填充。,三、地圖符號的繪制,地圖符號的繪制實(shí)質(zhì)是將符號坐標(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程。 目前，地圖符號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圖形參數(shù)繪制矢量圖。通常一類地圖符號或一個地圖符號編成一個繪圖子程序。這些子

12、程序組成程序庫。由于它不便于用戶擴(kuò)充用得愈來愈少。 2）符號庫法（也稱信息塊法） 通過程序調(diào)用描述符號參數(shù)的符號庫參數(shù)集信息塊，完成符號的繪制。 如在信息塊中存放圖形的幾何參數(shù)，如圖形的長、寬、方向、夾角、半徑等。,（1）點(diǎn)符號庫,點(diǎn)符號的圖元通常由點(diǎn)、直線、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)符號庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例 符號101 符號代碼 符號定位點(diǎn) 符號色彩 符號大小 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102 圖元碼1 參數(shù)1 參數(shù)2. 圖元碼2 圖元碼3 1,（2）線符號庫,線符號可分解成點(diǎn)符號圖元，沿定位線

13、 進(jìn)行配置。,（3）面符號庫,面符號庫的關(guān)鍵是在面域內(nèi)用點(diǎn)、線符號進(jìn)行填充。 求交、旋轉(zhuǎn),2、柵格符號的繪制,柵格符號的繪制比較簡單。 點(diǎn)符號首先用模板形象地表示各種點(diǎn)符號，調(diào)用時按定位、方向作變換； 線符號除了點(diǎn)狀符號的方法，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)符號進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算，從而在區(qū)域內(nèi)形成面符號。,四、空間實(shí)體的符號化過程,將地理空間信息轉(zhuǎn)換成地圖輸出時，必需對空間實(shí)體配置符號。 空間實(shí)體符號化的過程如下：,GIS系統(tǒng),地理 數(shù)據(jù)庫,符號庫,輸出地圖,符號化,實(shí)體信息,符號描述信息,空間實(shí)體 符號化模塊,8.5 專題

14、信息和專題圖,一、專題信息,二、專題圖的分類,1、按學(xué)科分 專題圖 2、按服務(wù)對象分 科學(xué)參考圖； 實(shí)用工程圖； 教學(xué)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,三、專題圖的表示,1、點(diǎn)符號圖 用精確定位的點(diǎn)狀地物來表示對象的分布。 2、線符號圖 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、文字等手段表示

15、現(xiàn)象的分布范圍 如某種稀有金屬的分布。 6、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)群稀疏表示分布特征 7、分級統(tǒng)計(jì)圖和圖表統(tǒng)計(jì)圖 分級統(tǒng)計(jì)圖法用相對值表示現(xiàn)象的分布,四、GIS中專題圖的制作,1、專題圖功能 在GIS中都提供專題圖制作功能。 專題圖制作過程實(shí)際上是對空間對象的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行符號表達(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。,2、專題圖的要素,底圖要素,專題要素,注記及圖例配置,裝飾,輸出,3、專題圖的制作,標(biāo)識碼 植被 土壤 人口 面積 101 農(nóng) 4500 102 牧草 1244 103 農(nóng) 8900 104 林 456 105 牧草 1098 106 林 680 107 農(nóng) 10987 108 牧草 2000 109 林 200,制作定性專題圖,制作定量專題圖,制作過程中首先根據(jù)圖層選擇屬性表和屬性項(xiàng)，再確定制作的專題圖類型。,五、三維數(shù)據(jù)的可視化,目