第七章：地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與輸出

1、2022年5月1日7時10分122022年5月1日7時10分其他電子地圖數(shù)據(jù)圖紙掃描配準(zhǔn)矢量化制圖輸出GIS應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換專題地圖與布局統(tǒng)計(jì)、分析三維建模顯示與分析地圖與屬性編輯32022年5月1日7時10分第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式 地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品輸出是按用戶能理解的形式或能夠傳送到其它計(jì)算機(jī)并能立即使用的形式表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果這樣一種操作過程。 人們能理解的共同形式（有時叫做兼容輸出）是地圖、圖形、表格等；計(jì)算機(jī)兼容的形式是能讀入其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的磁盤、磁帶等記錄形式，還包括某些通訊網(wǎng)、電話線、無線電話連接設(shè)施等電子傳輸形式。一、一、GISGIS產(chǎn)品基本概念產(chǎn)品基本概念 是指由系統(tǒng)處理

2、、分析、可以直接提供研究、規(guī)劃和決策人員使用的產(chǎn)品，其形式有地圖、圖象、統(tǒng)計(jì)圖表以及各種格式的數(shù)字產(chǎn)品等，是系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。42022年5月1日7時10分1 1、地圖、地圖 GIS中圖形的輸出的主要形式，是空間實(shí)體的符號化模型。具有以下特征：（1 1）采用特殊數(shù)學(xué)法則產(chǎn)生的可量測性：）采用特殊數(shù)學(xué)法則產(chǎn)生的可量測性：采用地圖投影、比例尺和定向?qū)⒌厍虮砻娴膶?shí)體投影到二維平面并制成各種分幅的地圖。（2 2）使用符號化模型產(chǎn)生的直觀性：）使用符號化模型產(chǎn)生的直觀性：用顏色、尺寸、大小等表示點(diǎn)狀符號、線狀符號、面狀符號。（3 3）采用制圖綜合產(chǎn)生的一覽性：）采用制圖綜合產(chǎn)生的一覽性：制圖綜合對實(shí)

3、體質(zhì)量特征進(jìn)行分類分級，對次要的實(shí)體或?qū)嶓w特征進(jìn)行選取概括，使得反映的地理現(xiàn)象主次分明確切地表示出各要素間相互關(guān)系，更易于理解事物本質(zhì)和規(guī)律。二、二、 GISGIS產(chǎn)品類型產(chǎn)品類型第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式52022年5月1日7時10分2 2、圖像、圖像 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，其特點(diǎn)為：（1）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。（2）通常將空間劃分為規(guī)則的單元，并賦予視覺變量。3 3、統(tǒng)計(jì)圖表、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 4、其它、其它 數(shù)字地圖等。第

4、一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式62022年5月1日7時10分三、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)備三、地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的輸出設(shè)備硬件硬件 打印機(jī)(字符圖形)、繪圖機(jī)、顯示屏、膠片記錄儀等。根據(jù)圖形設(shè)備輸出形式可以將其劃分為矢量制圖設(shè)備和柵格制圖設(shè)備，即矢量制圖和柵格制圖。軟件軟件 GIS具有一系列產(chǎn)品輸出軟件:包括圖形（圖象、圖表）輸出、外部轉(zhuǎn)換、符號設(shè)計(jì)三部分。輸出軟件應(yīng)有好的用戶界面，如采用菜單、窗口、圖符（icon)等技術(shù)。 第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式72022年5月1日7時10分四、主要產(chǎn)品介紹四、主要產(chǎn)品介紹1 1、常規(guī)地圖、常規(guī)地圖(1)全要素地圖指地形圖，包括水系、地貌、植被、居民點(diǎn)、交通、境

5、界、獨(dú)立地物等內(nèi)容。第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式82022年5月1日7時10分（2 2）各類專題地圖各類專題地圖專題地圖定點(diǎn)符號法專題地圖質(zhì)別底色法第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式92022年5月1日7時10分專題地圖分區(qū)圖表法專題地圖質(zhì)別底色法第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式102022年5月1日7時10分（3 3）遙感影像地圖遙感影像地圖第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式112022年5月1日7時10分（4 4）統(tǒng)計(jì)圖表與數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計(jì)圖表與數(shù)據(jù)報表(1)統(tǒng)計(jì)圖 統(tǒng)計(jì)圖是將這些屬性數(shù)據(jù)傳遞給用戶。統(tǒng)計(jì)圖的主要類型有柱狀圖、扇形圖、直方圖、折線圖和散點(diǎn)圖等。(2)數(shù)據(jù)報表 統(tǒng)計(jì)表格是詳盡表示非空間數(shù)據(jù)的方法，它不直

6、觀，但可提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，可對數(shù)據(jù)再處理。第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式122022年5月1日7時10分統(tǒng)計(jì)圖表統(tǒng)計(jì)圖表舉例舉例第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式132022年5月1日7時10分2 2、數(shù)字地圖數(shù)字地圖種類：種類：屏幕地圖，電子地圖，動態(tài)地圖特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）信息存儲量大、體積小、便于攜帶。（2）利用高分辨率的顯示器實(shí)現(xiàn)地圖的顯示，提高地圖的現(xiàn)實(shí)精度。（3）便于與遙感和GIS相結(jié)合，以及便于多層次信息的復(fù)合分析。第一節(jié) GIS產(chǎn)品輸出形式142022年5月1日7時10分152022年5月1日7時10分空間信息輸出系統(tǒng) 設(shè)備設(shè)備圖形輸出圖形輸出方式方式精度精度特點(diǎn)特點(diǎn)矢量繪圖機(jī)矢量線劃高適合繪制一

7、般的線劃地圖，還可以進(jìn)行刻圖等特殊方式的繪圖噴墨打印機(jī)柵格點(diǎn)陣高可制作彩色地圖與影像地圖等各類精致地圖制品。高分辨彩顯屏幕像元點(diǎn)陣一般實(shí)時顯示GIS的各類圖形、圖像產(chǎn)品。行式打印機(jī)字符點(diǎn)陣差以不同復(fù)雜度的打印字符輸出各類地圖，精度差，變形大。膠片拷貝機(jī)光柵較高可將屏幕圖形復(fù)制至膠片上，用于制作幻燈片或正膠片。162022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、基本理論一、基本理論(1)(1)世界坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系世界坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系 世界坐標(biāo)系(world Coordinates，簡稱WC)，也稱為用戶坐標(biāo)系。一般由用戶自己選定，與機(jī)器設(shè)備無關(guān)。 大地坐標(biāo)系(geodetic

8、 Coordinates)是地理坐標(biāo)系的一種。大地原點(diǎn)是大地坐標(biāo)的起算點(diǎn)，一般由國家或地區(qū)選定。大地坐標(biāo)采用由大地測量方法決定的大地緯度(B)和大地經(jīng)度(L)。 54北京坐標(biāo)系：選定北京為坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)推得的坐標(biāo)。 80陜西坐標(biāo)系：選定陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)設(shè)立新的大地原點(diǎn)。1 1 圖形坐標(biāo)系統(tǒng)圖形坐標(biāo)系統(tǒng)172022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2 2）輸出設(shè)備的物理坐標(biāo)與邏輯坐標(biāo)系）輸出設(shè)備的物理坐標(biāo)與邏輯坐標(biāo)系 在設(shè)計(jì)、描述圖形對象時，用戶使用的是對象所在的世界坐標(biāo)系(用戶坐標(biāo)系)。在輸出時，往往要使用與設(shè)備物理參數(shù)有關(guān)的設(shè)備坐標(biāo)系(devlcecoordinate

9、s，簡稱DC)。設(shè)備坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)系：是物理設(shè)備的輸入輸出(IO)空間。每一種圖形設(shè)備都有其獨(dú)有的坐標(biāo)系，如圖形顯示器使用熒屏坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)大都在左上角；繪圖機(jī)使用繪圖坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)在板面的左下角等。邏輯坐標(biāo)系邏輯坐標(biāo)系：為了方便圖形的輸出，在世界坐標(biāo)系(WC)和設(shè)備坐標(biāo)系(DC)之間定義了一個與設(shè)備無關(guān)的規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系(normalized device coordinates，簡稱NDC)，這種坐標(biāo)系的每一維坐標(biāo)的取值范圍可以為0，1，也可以是0到65535之間的整數(shù)。 182022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）RGB表示，三基色定理表示，三基色定理紅（

10、R）綠（G）藍(lán)（B）三色通過疊加形成一種混合色例如： 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，即兩種顏色相近的程度不能簡單地用歐氏距離來表示。應(yīng)用：用于彩色監(jiān)視器。2 顏色模型和顏色空間顏色模型和顏色空間地圖的表示用顏色、符號、注記等方法。192022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)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

11、，最后還是轉(zhuǎn)成RGB顯示。應(yīng)用：用于彩色監(jiān)視器(遙感影像顯示等) 。（2）HLS表示表示202022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)青色(C)、品紅(M)、黃色(Y)分別是紅色、綠色和藍(lán)色的補(bǔ)色。這三種顏色是通過白光中消除或減去某種顏色來規(guī)定的。其它顏色可以通過這三種顏色的混合來得到。應(yīng)用應(yīng)用：在硬拷貝機(jī)中使用。（3 3）CMYCMY表示表示212022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、輸出的幾何變換二、輸出的幾何變換v二維圖形變換v三維圖形變換v地圖投影變換 幾何變換就是如何實(shí)現(xiàn)從用戶坐標(biāo)系到熒屏坐標(biāo)系的變換。變換類型包括：222022年5月1日7時10

12、分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二維圖形的變換類型主要包括比例、旋轉(zhuǎn)、平移、鏡像、觀察變換等。(1)比例變換：比例變換就是將平面上任意一點(diǎn)(x，y)的橫坐標(biāo)放大或縮小S11倍，縱坐標(biāo)放大或縮小S22倍。(2)旋轉(zhuǎn)變換：旋轉(zhuǎn)變換就是將平面上任意一點(diǎn)繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)某一角度，一般規(guī)定逆時針方向?yàn)檎?，順時針方向?yàn)樨?fù)。(3)平移變換：平移變換是將平面上任意一點(diǎn)沿x方向移動tx，沿y方向移動ty 。1 1 二維圖形變換二維圖形變換232022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)鏡像變換 鏡像變換就是將平面上的二維圖形繞一直線ax+by+c=0對稱變換。(5)漫游和縮放 就是把用戶坐標(biāo)系中

13、指定窗口內(nèi)的圖形映射到熒屏上的視圖區(qū)的過程。實(shí)現(xiàn)對畫面的漫游和縮放。242022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 三維圖形變換 三維空間的點(diǎn)可以用齊次坐標(biāo)系表示:Hx Hy Hz H，其中H不等于0。若H=1，則為規(guī)范齊次坐標(biāo)。三維圖形變換過程 使用齊次坐標(biāo)后，首先對圖形進(jìn)行平移變換和比例變換，再進(jìn)行平行投影，可實(shí)現(xiàn)三維圖形變換。3 地圖投影變換 地圖投影變換就是從一種地圖投影變換為另一種地圖投影。其實(shí)質(zhì)是建立兩平面之間及鄰域雙向連續(xù)點(diǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系。252022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、地形圖與專題圖的輸出組織形式三、地形圖與專題圖的輸出組織形

14、式 計(jì)算機(jī)中的地圖通常以圖層進(jìn)行組織，每一圖層包含地圖的一個不同部分。地圖中的各種要素，如境界線、交通線、居民地等等，常放在不同圖層中。圖層是透明的，各圖層疊加在一起構(gòu)成完整的一幅地圖。 1透明圖層與影像圖層 在統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系下，遙感影像也可以作為圖層進(jìn)行組織，可以與矢量圖層進(jìn)行疊合。262022年5月1日7時10分第二節(jié) GIS圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 2 專題圖的符號系統(tǒng)專題圖的符號系統(tǒng)專題圖的符號取決于實(shí)體的位置，形狀取決于實(shí)體的質(zhì)量或者數(shù)量特征。專題圖的符號可分為：v 點(diǎn)符號v 線狀符號v 面狀符號常見的面狀符號 常見的線狀符號 常見的點(diǎn)狀符號 272022年5月1日7時10分第二節(jié) GI

15、S圖形輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題圖的符號系統(tǒng)專題圖的符號系統(tǒng)舉例舉例282022年5月1日7時10分第三節(jié) GIS可視化與虛擬現(xiàn)實(shí) 可視化的概念首先在1987年由美國國家自然科學(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)行交互式分析。 但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，一種動態(tài)的、交互式的地理信息系統(tǒng)可視化產(chǎn)品正在引起越來越多的關(guān)注，成為地理信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。 紙質(zhì)地圖是地理信息系統(tǒng)的一種重要輸出形式。毫無疑

16、問，它是可視化的產(chǎn)品。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)可視化的關(guān)鍵所在。292022年5月1日7時10分第三節(jié) GIS可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)一、三維空間圖形模型模型是用來表示實(shí)際的或抽象的物體和現(xiàn)象?，F(xiàn)實(shí)世界中的地理實(shí)體可以用形象的、直觀的三維空間圖形的模型加以表達(dá)。地理實(shí)體的模型就其復(fù)雜程度而言，可以分為三類：v 線框模型v 面模型v 實(shí)體模型。302022年5月1日7時10分第三節(jié) GIS可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)1 線框模型使用直線、折線、曲線等物體的棱邊來表示其形體特征。優(yōu)點(diǎn)：簡單，易于生成各種投影視圖。缺點(diǎn)：無法給出物體的表面信息。2 面模型面模型是在線框模型的基礎(chǔ)上增加了有關(guān)面與邊的拓?fù)潢P(guān)系信息而得，主要使用多邊形、曲面等物體的各個表面單位來表示形體特征。優(yōu)點(diǎn)：具有豐富的形體信息。缺點(diǎn)：無法表示物體的實(shí)心還是空心，內(nèi)外部信息等。312022年5月1日7時10分第三節(jié) GIS可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)3 實(shí)體模型實(shí)體模型常用多面體、球體等等基本體素，以及并、交、差等運(yùn)算來描述物體。優(yōu)點(diǎn)：信息完整。缺點(diǎn)：模型復(fù)雜。模型表示方法：v 體素法v 邊界表示法v 四叉樹和八叉樹322022年5月1日7時10分第三節(jié) GIS可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)二、二、數(shù)字地形模型的構(gòu)造數(shù)字地形模型的構(gòu)造1 網(wǎng)格表面構(gòu)造2 隱藏線與隱藏面的消除 以上這些方法在輸出形式上僅局