專題地貌立體表示方法的發(fā)展

專題地貌立體表示方法的發(fā)展第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地貌表示法及其發(fā)展地貌立體表示法地圖上利用透視原理、光影造型和顏色的立體效應(yīng)，在平面上塑造地貌立體圖形，并顯示其質(zhì)量和數(shù)量變化的方法，謂之地貌立體表示法，亦稱地貌平面造型。研究地貌立體表示法的必要性地貌是形成地理景觀的最重要的因素。對水系，氣候的形成，土壤的發(fā)育，植被的生長，動物的活動及其分布，人類的社會活動等，起著巨大的作用和影響，有效而直觀地表達(dá)地貌并保持其形態(tài)量測的可能性，能促進(jìn)地圖的應(yīng)用準(zhǔn)確而科學(xué)地顯示地貌形態(tài)，對為軍事、規(guī)劃，工程設(shè)計、經(jīng)濟(jì)建設(shè)等部門提供可靠的地圖起著重大作用。第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地形是人類社會賴以生存并從事一切實踐活動的根基。地形圖的發(fā)展史構(gòu)成了人類文明史中不可缺少的篇章。中國是世界上最早繪制并使用地形圖的國家之一。我國地圖史上第一個具有實際用途的地圖，大約是公元前1100年西周初年，周、召二公修建洛邑時繪制的洛邑城址附近的地形圖。而我國現(xiàn)存最早的實用軍事地圖，是1973年12月發(fā)掘長沙馬王堆漢墓時發(fā)現(xiàn)的三幅“帛地圖”，即《地形圖》、《駐軍圖》、《城邑圖》，它們制成于公元前168年。第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二1973年12月發(fā)掘湖南省長沙市東郊馬王堆三號漢墓（軑侯之子墓）時出土。絹底彩繪成圖與公元前168年以前。比例尺約為1：180000，地圖幅面為縱96厘米、橫96厘米。第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二駐軍圖是世界上最早的彩色地圖，也是迄今發(fā)現(xiàn)的最早用于軍事行動的軍事要圖。1973年12月與“地形圖”一起從湖南省長沙市馬王堆三號漢墓中出土。絹底彩繪。成圖于公元前168年以前。比例尺為1：80000—1：100000。地圖幅面為縱98厘米、橫78厘米。第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二左-馬王堆三號漢墓出土的《地形圖》的一部分右-馬王堆三號漢墓出土的《駐軍圖》的一部分圖中山脈及其走向圖形示意性地反映了山脈的概略位置及走向，形式雖然簡單，但能與河流、居民地等圖形相配合。一、圖案式的表示法第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二二、形象式的表示法

如我國的《華夷圖))(1136年)，《廣輿圖》(1541年左右)等，其上的地貌圖形比前一時期的進(jìn)了一步，以概括的手法將山體外形示為“”形象，由于它象個“筆架”，故又叫“筆架山”或“山”字形符號第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二清乾隆內(nèi)府圖第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二a國外早期表示地貌的圖形b形象畫法在圖上的用例第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二三、素描式的表示法（寫景法）在早期地圖上(15—18世紀(jì))，地貌形態(tài)的表示主要采用原始的寫景方法，表現(xiàn)的是從側(cè)面看到的山地、丘陵的仿真圖形。其描繪手法比較粗略，大多采用“弧行線”、“魚鱗狀圖形”和類似“筆架山”的技法。這種方法對作者的繪畫技巧有很大的依賴性，作品的藝術(shù)性多于其科學(xué)性，且大規(guī)模繪制比較因難。盡管后來有了一定的數(shù)學(xué)法則，也還是在小范圍內(nèi)使用。寫景法一般有透視寫景法、軸測寫景法和斜截面法等。第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二杭州古地圖（1579年）第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二三、素描式的表示法（寫景法）此法描寫的地貌，在很大程度上建立在繪畫者想象的基礎(chǔ)上。素描構(gòu)成的圖形具有不可克服的弱點，即只能表現(xiàn)正對繪畫者(一面)的形狀，被近景或高山擋住的地貌形態(tài)則無法表現(xiàn)，而且用素描法描寫的地貌圖形，容易引起(用垂直投影描繪的)物體(如河流)的形狀，位置發(fā)生變化。用素描得到的地貌圖形比較生動活潑，一般讀者容易理解。正因它有這樣的優(yōu)點，所以沿用的時間較長。至今仍有用此法繪制地圖的。第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二四、“毛蟲”式的表示法第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二四、“毛蟲”式的表示法它以一種粗略的楔形暈線表示山脈的概略位置和走向，逐漸取代了素描的形式。由于所繪圖形似毛蟲，所以曾經(jīng)被稱為“毛蟲山脈”。此種形式最早(1674年)出現(xiàn)在維維爾的巴黎近郊圖上。“毛蟲”式的畫法出現(xiàn)，可能與當(dāng)時開始實測地形圖的需要有關(guān)，它預(yù)示著暈滃法的萌芽。因為十七世紀(jì)開始實測地形圖之際，．許多地物已經(jīng)采用垂直投影繪制物體的平面輪廓，唯獨地貌尚缺適合的表示法。用“毛蟲”式的表示法，形式雖不及素描式圖形真實、形象，但能與其他要素配合，協(xié)調(diào)。第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二五、暈滃法

暈滃法為德國人萊曼首創(chuàng)于1783年，其意圖在于顯示地貌立體，斜坡變化，為圖上量測地貌有關(guān)數(shù)據(jù)提供可能性，為此提出用暈滃線表示地貌的方法。

暈滃線的基本原理系以光線與地面傾斜關(guān)系為基礎(chǔ)，擬定其線條粗細(xì)和繪制方法。第十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二暈滃法在十八世紀(jì)至十九世紀(jì)地圖上得到廣泛應(yīng)用。暈滃線的繪制成本昂貴，密集的暈滃線對其他要素的表示影響較大，對現(xiàn)代地圖的實用意義不大(現(xiàn)在國外少數(shù)地圖仍有使用的)。

第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二六、暈點法

它的原理同暈滃法。但二者的形式完全不同。暈點法以大小稀密不同的圓點表示地面傾斜程度。點的大小、稀密與地面傾斜度成正比。第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二暈點法對表示大面積的山體雖然不適用，但用來表示沙質(zhì)地貌形態(tài)時效果卻非常好。如沙漠，沙丘，河岸，海岸沙灘等地形，用暈點表示顯得很真實，形象生動，至今仍在使用。

第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地貌表示法及其發(fā)展七、暈渲法暈渲法是目前在地圖上產(chǎn)生地貌立體效果的主要方法，其基本原理是：根據(jù)假定的光源對地面照射所產(chǎn)生的陰影強(qiáng)弱或明暗程度，用相應(yīng)濃淡的墨或顏料沿斜坡渲繪其陰影，通過人的視覺心理間接地感受到地貌的起伏變化。這種方法稱暈渲法(或陰影法、光影法)。暈誼法的關(guān)鍵是正確地設(shè)置光源和描繪光影。由此區(qū)分出斜照暈誼、直照暈渲和綜合光照暈誼三種類型。

第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二暈渲法出現(xiàn)于十七世紀(jì)初，到十八世紀(jì)開始用于地形圖。當(dāng)時對用暈渲顯示地貌的可能性和要求是極其有限的。因為用暈渲法只能表現(xiàn)正向、負(fù)向地貌和山脈的走向。其后隨著實測地形圖方法的發(fā)展，對暈渲地貌提出了嚴(yán)格的要求，不僅要求顯示地貌的一般形態(tài)，對地貌的高度、坡度也應(yīng)作出詳細(xì)的反映。地貌暈渲對印刷技術(shù)和設(shè)備要求較高，必須采用精細(xì)的網(wǎng)目攝影，方能顯示其細(xì)膩的層次關(guān)系和強(qiáng)烈的立體效果。二十世紀(jì)以來，由于制印技術(shù)不斷發(fā)展，給印刷精致的地貌暈渲圖提供了有利條件，逐漸擴(kuò)大了暈渲的使用范圍，從而使其獲得進(jìn)一步發(fā)展。以上三種方法（暈滃法、暈點法和暈渲法）表現(xiàn)形式完全不同，但原理相同，都是根據(jù)光線與地面傾斜關(guān)系，對所產(chǎn)生的陰影繪以相應(yīng)粗細(xì)的線劃或大小不同的點，或深淺不同的顏色，顯示地貌形態(tài)，故統(tǒng)稱光影造型。第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二八、等高線法

等高線法的基本點是用一組有一定間隔(高差)的等高線的組合來反映地面的起伏形態(tài)。從構(gòu)成等高線的原理來看，這是一種很科學(xué)的方法。它可以反映地面高程、山體、坡度、坡形、山脈走向等基本形態(tài)及其變化。但等高線的缺點在于無法描繪微小地貌、缺乏立體效果。第三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二等高線法的基本點是用一組有一定間隔(高差)的等高線的組合來反映地面的起伏形態(tài)。從構(gòu)成等高線的原理來看，這是一種很科學(xué)的方法。它可以反映地面高程、山體、坡度、坡形、山脈走向等基本形態(tài)及其變化。等高線的缺點在于無法描繪微小地貌、缺乏立體效果。等高線圖形至今仍然是地圖制圖工作者公認(rèn)的地圖上表現(xiàn)地貌的一種科學(xué)的方法。第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二由于地貌的復(fù)雜性，制圖工作者想等高線圖形的基礎(chǔ)上提高其表現(xiàn)力，采用了一種明暗等高線畫法－等高線圖形的立體裝飾。第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二等高線圖形的立體裝飾，在變換(或設(shè)計)等高線的明暗或粗細(xì)，色彩時，其最基本的依據(jù)是光線與地面的關(guān)系，即利用垂直光線建立的等高線圖形是“陡坡粗，緩坡細(xì)”，利用傾斜光線建立的等高線圖形是“受光面細(xì)，背光面粗”或“受光面色亮，背光面色暗”。依此種方法繪制的等高線圖形，能提高圖上地貌圖形的明顯性和閱讀效果，但制作工本高，只適宜小范圍的應(yīng)用。第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地貌表示法及其發(fā)展九、分層設(shè)色法分層設(shè)色法是在等高線地形圖上的再次加工，其基本原理是根據(jù)等高線設(shè)置色感高度帶(一定的高度范圍)，按一定的設(shè)色原則，給不同的高度帶設(shè)置不同的顏色。它有兩個主要特點：第一，它使等高線地形圖能立即給人以高程分布和對比的印象；第二，它使等高線有了一定的立體感，不那么單調(diào)。第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地貌表示法及其發(fā)展等高線法和分層設(shè)色法是目前應(yīng)用最廣泛的方法。通常結(jié)合在一起用。隨著自動地貌暈渲技術(shù)的產(chǎn)生和成熟，在地形圖上，地貌暈渲和等高線結(jié)合使用的情況也越來越多。第四十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二十地形三維可視化技術(shù)從古到今，尋求地形立體表示的最佳方法，做到直觀性與量測性的有機(jī)統(tǒng)一，一直是地圖工作者苦苦探索的難題。60年代末以來，人們通過引用光照模型，繪制具有表面明暗灰度連續(xù)變化的地形實體模型圖，也就是以模擬灰度表示的地形表面圖。這種立體圖的立體效果更強(qiáng)、有一定的真實感，但信息量仍不足，實用性也不夠強(qiáng)。第四十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地形三維可視化技術(shù)三維可視化的硬件和軟件在硬件方面 由于三維可視化需要進(jìn)行大量的消隱和著色運(yùn)算，但是要開發(fā)出能完成這類算法的硬件并不是一件容易的事，過去很長一段時期，專用芯片曾遲遲不能問世就是例證；在軟件方面 由于缺少統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，使得人們在實現(xiàn)三維可視化時，不得不將大量的工作投入到設(shè)計三維顯示的算法上，但隨著三維圖形硬件芯片的出現(xiàn)和OpenGL,Direct3D三維軟件標(biāo)準(zhǔn)的建立，地形三維可視化逐漸由夢想變成了現(xiàn)實。

第四十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二第四十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地形三維可視化技術(shù)從遠(yuǎn)古到現(xiàn)代，地形的三維顯示技術(shù)(地形三維模型的制作)最直接、最重要的莫過于軍事上的應(yīng)用。美軍50年代的SAGE防空指揮系統(tǒng)著名的C3I系統(tǒng)海灣戰(zhàn)爭中的Terra-Base系統(tǒng)就我國國情而言，在以高性能微機(jī)和圖形卡上實現(xiàn)地形的高逼真性三維顯示以及相應(yīng)的空間分析等功能，具有普遍的應(yīng)用價值。地形三維可視化是地理信息系統(tǒng)的一個重要研究內(nèi)容，也是建立“數(shù)字地球”的重要技術(shù)之一。

第四十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地形三維可視化技術(shù)在GIS中借助于可視化技術(shù)，將地理空間信息以三維立體形式直觀、真實地表現(xiàn)出來，是地理信息可視化的主要和有潛力的發(fā)展方向之一。已有許多學(xué)者在以地圖為墓礎(chǔ)的地形顯示、分析、景觀仿真和瀏覽、城市可視化、三維地圖符號設(shè)計等方面做了大量的工作。地形可視化方面的研究數(shù)字地形建模；地形模型的簡化與多分辨率模型；地形的三維顯示技術(shù)；海量數(shù)據(jù)的三維地形的動態(tài)顯示與交互操作；地形空間分析；等等。第四十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二地形三維可視化技術(shù)數(shù)字地形模型的概念地形三維顯示所需的數(shù)據(jù)以及獲取途徑規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)DTM的建立的若干算法不規(guī)則三角網(wǎng)DTM的建立方法地形三維顯示的基本理論和算法三維地形的動態(tài)交互技術(shù)基于三維地形圖的空間操作與地形分析第四十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期二衛(wèi)星影象實時動態(tài)監(jiān)測