第8章數(shù)字制圖

第8章數(shù)字制圖1第8章數(shù)字制圖 1數(shù)字制圖的理論與技術(shù)基礎(chǔ)

2數(shù)字地圖制圖方法

3GIS中的數(shù)字制圖(1)了解計算機(jī)地圖制圖的概念、技術(shù)基礎(chǔ)與硬軟件配置。(2)了解數(shù)字地圖制圖的基本流程。2§1

數(shù)字制圖的理論與技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字制圖P290：根據(jù)地圖學(xué)原理，利用計算機(jī)和輸入輸出設(shè)備，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和圖形圖像處理方法，實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)獲取、處理、識別、顯示、存儲和輸出。3一、信息科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)

1.計算機(jī)圖形學(xué)2.空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間數(shù)據(jù)管理

3.多媒體技術(shù)41.計算機(jī)圖形學(xué)(ComputerGraphics)研究應(yīng)用計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。計算機(jī)圖形學(xué)主要研究內(nèi)容：

基本圖形元素生成，幾何變換；圖形顯示；交互輸入；幾何模型建立；三維動畫方法等。52.空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的合稱。在地圖中的應(yīng)用表現(xiàn)為對空間和非空間數(shù)據(jù)的管理常用的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)。6地圖數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)：定位信息（量度信息）非空間數(shù)據(jù)：語義信息和時間信息將地理系統(tǒng)中復(fù)雜的地理現(xiàn)象進(jìn)行抽象得到的地理對象稱為地理實體或空間實體，簡稱實體(Entity)。對實體的描述信息輸入計算機(jī)，即構(gòu)成數(shù)字地圖。7（1）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)對應(yīng)于地圖基本要素即實體，稱幾何數(shù)據(jù)，其表現(xiàn)形式有兩種：矢量（圖形）數(shù)據(jù)和柵格（圖像）數(shù)據(jù)。矢量（Vector）：在計算機(jī)圖形中指一個有向線段，每個有向線段由有序的特征點(diǎn)來表示，其集合構(gòu)成了圖形。柵格（Raster）：將圖像或地圖分成若干行和列的柵格，記錄全圖每個柵格點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到每個點(diǎn)的屬性特征值，其空間特征已隱含其中。8表達(dá)真實的世界EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE561000581000HouseRiverPineForestEucalyptsEPEHHRealWorldRasterRepresentationVectorRepresentation9矢量數(shù)據(jù)10柵格數(shù)據(jù)11放大以柵格線為例放大放大每個方格為純色12a.矢量數(shù)據(jù)：圖形數(shù)據(jù)的基本要素為點(diǎn)、線、面和體圖形要素只出現(xiàn)在三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，表達(dá)地圖要素的圖形都可看作是點(diǎn)的集合。特征碼坐標(biāo)位置點(diǎn)10X,Y線12X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6面35X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6,…,X11,Y11,X1,Y113

“topology(拓?fù)?”

一詞來自希臘文，意為“形狀的研究”，是研究圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下變形時，那些不變的性質(zhì)。圖形數(shù)據(jù)的另一重要結(jié)構(gòu)是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即點(diǎn)、線、面、體之間具有鄰接、關(guān)聯(lián)和包含的拓?fù)潢P(guān)系。14b.柵格數(shù)據(jù)：圖像數(shù)據(jù)的最小單元為像元(pixel)圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實質(zhì)是像元陣列，像元由行列號確定其位置，且具有表示實體屬性的編碼值。柵格像元大小決定信息表達(dá)的分辨率和信息量。每個像元只能有一個屬性特征值。不同類型地理實體（屬性）以不同的平面空間表達(dá)，形成“層”。15柵格數(shù)據(jù)像元陣列X(column)Y(row)16（2）非空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非空間數(shù)據(jù)包括：

專題屬性數(shù)據(jù)，質(zhì)量屬性數(shù)據(jù)，時間屬性數(shù)據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫的非空間數(shù)據(jù)組織模式：簡單表格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)17非空間數(shù)據(jù)作為空間數(shù)據(jù)的懸掛體183.多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)是以計算機(jī)為核心對文本、圖形、圖像、動畫、音頻、視頻等多種媒體實施綜合、交互處理的一門綜合信息處理技術(shù)。19（一）、數(shù)字地圖制圖的硬件計算機(jī)硬件地圖輸入設(shè)備地圖輸出設(shè)備二、數(shù)字制圖的硬件、軟件環(huán)境201.計算機(jī)硬件控制器運(yùn)算器存儲器核心部件CPU主機(jī)212.數(shù)字地圖輸入設(shè)備鍵盤——數(shù)字、文字鼠標(biāo)——圖形數(shù)據(jù)的輸入存儲設(shè)備——接收從其他設(shè)備或儀器接受數(shù)據(jù)數(shù)字化儀：跟蹤式和掃描式22跟蹤式數(shù)字化儀跟蹤式是以跟蹤線劃要素，記錄特征點(diǎn)坐標(biāo)形式將圖形數(shù)字化233.地圖輸出設(shè)備數(shù)字地圖輸出分為顯示器顯示輸出和硬拷貝輸出兩類。241.數(shù)字地圖制圖技術(shù)的發(fā)展初期階段：20世紀(jì)60年代牛津自動制圖系統(tǒng)哈佛SYMAP制圖系統(tǒng)發(fā)展階段：20世紀(jì)60年代后期——80年代中期計算機(jī)及外部設(shè)備大發(fā)展主要側(cè)重數(shù)字地圖應(yīng)用飛躍階段：20世紀(jì)80年代中期至今硬、軟件進(jìn)一步完善，軟件形成兩分支向大型網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉庫、空間和屬性統(tǒng)一發(fā)展地理信息系統(tǒng)地圖出版系統(tǒng)（二）數(shù)字制圖常用的軟件252.數(shù)字地圖制圖軟件系統(tǒng)數(shù)字地圖制圖系統(tǒng)，應(yīng)具有完整的地理信息輸入、處理、分析、制圖等功能，軟件是其核心。263.編制數(shù)字地圖主要軟件產(chǎn)品介紹MapGIS6.6

（武漢中地信息工程有限公司）SuperMapGIS

（北京超圖地理信息技術(shù)有限公司）

GeoStar

（武漢吉奧信息工程技術(shù)有限公司）方正智繪（北大方正技術(shù)研究所）國產(chǎn)軟件27IntergraphArc/InfoMapInfoAutoCADMap國外軟件28國外軟件29可能用到的軟件R2V

是一款高級光柵圖矢量化軟件系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)將強(qiáng)有力的智能自動數(shù)字化技術(shù)與方便易用的菜單驅(qū)動圖形用戶界面有機(jī)地結(jié)合到Windows環(huán)境中，為用戶提供了全面的自動化光柵圖像到矢量圖形的轉(zhuǎn)換，具有良好的適應(yīng)性和高精確度，其非常適合于GIS、地形圖、CAD及科學(xué)計算等應(yīng)用。30Photoshop是一個非常強(qiáng)大的作圖修圖軟件。在計算機(jī)制圖過程中，由于很多源數(shù)據(jù)可能不是完整的一張圖而是由多張圖組合而成的，我們可以利用Photoshop強(qiáng)大而且簡單的作圖修圖功能對源數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的拼接修改。31CorelDraw套裝含兩個繪圖應(yīng)用程序：一個用于矢量圖及頁面設(shè)計，一個用于圖像編輯。CorelDraw是一套屢獲殊榮的圖形圖像編輯軟件,能精確捕捉你的創(chuàng)作神髓。32Envi或Erdas都是遙感專業(yè)處理工具。在計算機(jī)制圖過程中主要用于柵格圖像的校準(zhǔn)工作。也可以用他們對柵格圖像進(jìn)行精確拼接。33Arcview是世界上最大的GIS軟件廠商美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)的桌面GIS軟件。利用ArcView可以方便地制圖各種專題地圖，利用ArcView的GIS功能可以使用桌面制圖更加靈活。34ArcGIS軟件支持各種數(shù)據(jù)的輸入、輸出、編輯，專題圖制作，地圖分層疊加顯示、多種方式查詢統(tǒng)計等GIS軟件均可以完成的基本功能，同時還提供了大量專業(yè)GIS分析功能。35數(shù)字地圖P296，也稱為電子地圖，是一種以數(shù)字形式儲存在磁帶、磁盤、光盤等電子介質(zhì)上的地圖，是一種數(shù)字化了的地圖。三、數(shù)字制圖產(chǎn)品——數(shù)字地圖36電子地圖37a、圖像的類型及其特性

矢量圖在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)。矢量圖形是用數(shù)學(xué)公式或幾何形狀定義的，并不特別保存每個像素的信息。矢量文件中的圖形元素稱為對象，每個對象都是一個自成一體的實體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。38

矢量圖來源：矢量繪圖軟件制作，利用數(shù)字化軟件數(shù)字化。autoCADMAPCADMAPGISMaplnfoAdobeIllustratorCorelDRAW39

柵格圖又稱位圖。柵格圖像將一幅圖像分成多個細(xì)小網(wǎng)格，通過采樣、量化，將模擬圖像用數(shù)字列陣來表示。

灰度圖：每一采樣點(diǎn)用一個量化值來描述。彩色圖：每一個采樣點(diǎn)則以多個顏色分量來描述，最后疊加而合成顏色。柵格圖像的來源：掃描儀，數(shù)碼相機(jī)，計算機(jī)繪制后轉(zhuǎn)化，獲取等。40矢量圖與柵格圖主要優(yōu)缺點(diǎn)比較41

b、圖像的色彩模式

二值圖像灰度圖像彩色圖像可以用photoshop轉(zhuǎn)化①RGB色彩模式②CMYK色彩模式③HSB色彩模式④Lab色彩模式⑤IndexedColor（索引）色彩模式42

分辨率是決定柵格圖像數(shù)據(jù)量的主要因素之一，既要保證圖像清晰，又要減少數(shù)據(jù)量，合理設(shè)置分辨率很重要。一般地圖，掃描或保存分辨率采用300dpi左右比較適中

這是一般普通印刷品所采用的分辨率，能夠滿足設(shè)計、印刷的需要，視覺效果也較好。對于尺寸較小的地圖或要求較高的地圖，采用600dpi足夠。4344

c、圖像色彩的位深度

（1）色彩的位深度的概念

“位”(bit)是計算機(jī)存儲器里的最小單元，它用來記錄每一個像素顏色的值。圖像的色彩越豐富，“位”的值就會越大。每一個像素在計算機(jī)中所使用的這種位數(shù)稱為位深度，又叫色彩位數(shù)或色彩深度。451bit(位)

21=2色單色4bit(位)24=16色

簡單色8bit(位)28=256色

基本色16bit(位)216=65536色增強(qiáng)色24bit(位)224=16777216色真彩色48bit(位)248=2856色專業(yè)掃描儀

當(dāng)圖像的彩色深度≧24bit時，圖像的色彩和表現(xiàn)力非常強(qiáng)，基本上還原了自然影像，習(xí)慣上把這個圖像叫做“真彩色圖像”

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（2）文件格式與位深度

柵格圖像文件的格式多種多樣，分別用在不同的場合。國際互聯(lián)網(wǎng)——GIF格式數(shù)碼相機(jī)——JPG壓縮格式Windows——BMP格式印刷——TIF格式47d、文件格式與數(shù)據(jù)量

圖像文件的數(shù)據(jù)量與圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容無關(guān)，與以下因素有關(guān)：

畫面尺寸分辨率色彩數(shù)量文件格式圖像文件格式保存→→數(shù)據(jù)量、色彩數(shù)量和表現(xiàn)力

48文件格式與圖像數(shù)據(jù)量比較bmp格式圖2.46MB，jpg格式圖172KB，約15倍。49（一）.數(shù)字地圖的特點(diǎn)P2971.動態(tài)特性2.無縫特性3.多媒體特性4.共享特性5.多維特性50（二）數(shù)字地圖的應(yīng)用1.輸出模擬地圖2.代替模擬地圖3.融入數(shù)字地球51（三）數(shù)字地圖產(chǎn)品現(xiàn)狀1.數(shù)字地圖光盤2.網(wǎng)絡(luò)地圖3.GIS行業(yè)用的專業(yè)地圖國家基礎(chǔ)地理信息中心52§2數(shù)字地圖制圖方法一、數(shù)字地圖制圖的一般過程二、計算機(jī)輔助制圖53一、數(shù)字地圖制圖的一般過程541.地圖設(shè)計1）收集、分析評價、確定編圖資料；2）選定底圖、地圖投影、比例尺、地圖內(nèi)容、表示方法；確定數(shù)字化方法、確定制圖軟件等。關(guān)鍵內(nèi)容：選定底圖更新資料軟件選擇5556572.地圖數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化方法分為兩類：跟蹤式和掃描式。相應(yīng)的數(shù)字記錄結(jié)構(gòu)：矢量格式和柵格格式。58跟蹤數(shù)字化儀59平臺式掃描儀掃描式是將原圖分解為柵格像元，記錄每個像元點(diǎn)灰階值，將圖形數(shù)字化滾筒式掃描儀60掃描設(shè)置的主要內(nèi)容色彩模式：黑白灰度彩色掃描精度：300dpi左右比較適中，600dpi較高保存文件的格式：tiffbmpjpggif…616263掃描圖形的自動跟蹤矢量化643.地圖編輯數(shù)字化信息規(guī)范化處理：檢查、糾正、重新生成，轉(zhuǎn)換特征碼，統(tǒng)一坐標(biāo)原點(diǎn)，比例尺變換，數(shù)據(jù)合并歸類等。實施地圖編制的數(shù)據(jù)處理：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)建立，投影變換，數(shù)據(jù)選取概括，符號、圖形、注記的繪制。65地圖投影選擇地圖投影的選取決定于地圖的用途及其比例尺，在數(shù)字制圖軟件中，都可以通過相應(yīng)參數(shù)的設(shè)定作出選擇。如MapInfo等GIS軟件以菜單形式