動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn).

1、動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)張羽 劉曉東1 孫立堅(jiān)1（1.中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院，100039；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院，123000)摘要：電子地圖是目前表示地理空間信息的主要手段，本文主要對(duì)動(dòng)態(tài)點(diǎn)狀符號(hào)、線(xiàn)狀符號(hào)、面狀符號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)動(dòng)態(tài)參量的描述，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)符號(hào)在地圖背景下的標(biāo)注設(shè)計(jì)。便于用戶(hù)在視覺(jué)上直觀(guān)地進(jìn)行空間定位，通過(guò)使符號(hào)以動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)，使得地圖的展示更加生動(dòng)形象，用戶(hù)更容易理解在電子地圖背景依托下應(yīng)用所要向用戶(hù)傳達(dá)的信息，地圖信息的展示表達(dá)也更加完整、豐富和精確，增加地圖展示的美觀(guān)和易讀性。關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)符號(hào)；符號(hào)設(shè)計(jì)；參量描述1 引言地圖是人類(lèi)文明社會(huì)的一個(gè)重要標(biāo)志

2、1，自從它的出現(xiàn)以來(lái)就和人們的活動(dòng)密不可分，隨著GIS的快速發(fā)展，地圖由最初的紙制地圖演變?yōu)殡娮拥貓D，數(shù)字地圖，使我們可以從不同的角度進(jìn)入地理信息學(xué)的領(lǐng)域，通過(guò)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接，了解地理實(shí)體的空間分布以及數(shù)量、質(zhì)量和空間特征等信息。GIS最重要的技術(shù)和方法學(xué)的基礎(chǔ)是地圖學(xué)，通過(guò)地圖使抽象的數(shù)字信息形象化，使人們更容易理解所要反映的內(nèi)容。現(xiàn)有的地圖符號(hào)研究理論包括：法國(guó)地圖學(xué)家貝爾廷提出的視覺(jué)變量理論，他提出構(gòu)成地圖符號(hào)的基本要素：形狀、尺寸、色彩、亮度、紋理和方向；美國(guó)地圖學(xué)家魯賓遜等在地圖學(xué)原理一書(shū)中提出的“基本圖形要素”是形狀、尺寸、方向、圖案、明度和顏色；前蘇聯(lián)地圖學(xué)家薩里謝夫把

3、變量稱(chēng)之為“繪圖方法”，包括形狀、尺寸、顏色、方向、明度、結(jié)構(gòu)，其中“結(jié)構(gòu)”的概念也與密度不同；王家耀院士提出的地圖符號(hào)系統(tǒng)的核心是幾何數(shù)據(jù)模型、幾何空間關(guān)系與高精度可視化；俞連笙等則認(rèn)為，視覺(jué)變量應(yīng)包括形狀、尺寸、方向、明度、密度、結(jié)構(gòu)、顏色和位置等2。地圖符號(hào)使抽象的問(wèn)題形象化，方便于空間定位。目前，我們所接觸的地圖標(biāo)注大部分都是靜態(tài)的，而閃爍、跳躍、變化著的現(xiàn)象比靜止現(xiàn)象對(duì)視覺(jué)感受有超常的吸引力，通過(guò)動(dòng)態(tài)標(biāo)注，使人們很容易捕獲地物的空間位置，在靜態(tài)背景下，突出某地物的空間定位，使人們?cè)谝曈X(jué)上獲取所要的信息。動(dòng)態(tài)地圖標(biāo)注豐富了地圖的內(nèi)容，增強(qiáng)了地圖的易讀性。2 動(dòng)態(tài)符號(hào)基本概念2.1 動(dòng)態(tài)

4、符號(hào)定義動(dòng)態(tài)符號(hào)是地圖符號(hào)和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。一方面動(dòng)態(tài)符號(hào)首先是一種地圖符號(hào)，動(dòng)畫(huà)的每一幀都表現(xiàn)了地圖符號(hào)應(yīng)具有的意義。另一方面動(dòng)態(tài)符號(hào)作為一種計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)它有雙重功能，一方面通過(guò)當(dāng)前的動(dòng)畫(huà)幀可以判斷當(dāng)前的時(shí)間(tell time)，空間數(shù)據(jù)的狀況，另一方面它也隱含了空間數(shù)據(jù)變化的整個(gè)時(shí)間跨度(travel time)，從而用戶(hù)可以對(duì)符號(hào)進(jìn)行操縱，比如移動(dòng)某些關(guān)鍵幀，或者在某點(diǎn)時(shí)間添加關(guān)鍵幀等等3。2.2 動(dòng)態(tài)符號(hào)的參量描述 本文引入文獻(xiàn)2中動(dòng)態(tài)符號(hào)的參量描述：變化時(shí)長(zhǎng)、變化速率、變化次序、變化節(jié)奏和變化內(nèi)容。動(dòng)態(tài)符號(hào)的參量不僅可以表現(xiàn)時(shí)間、空間位置上的變化，也可以表現(xiàn)出物體數(shù)量、等級(jí)

5、等屬性信息，使抽象的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為形象的圖像信息。2.2.1 發(fā)生時(shí)長(zhǎng)發(fā)生時(shí)長(zhǎng)描述觀(guān)察者從視覺(jué)上感知符號(hào)的存在到符號(hào)消亡的時(shí)間長(zhǎng)短2。發(fā)生時(shí)長(zhǎng)與多媒體中幀的概念相對(duì)應(yīng)。幀值越大，圖像變化前后的時(shí)間就越長(zhǎng)，否則就越短。發(fā)生時(shí)長(zhǎng)可以反映出事件發(fā)生的時(shí)間，通過(guò)用戶(hù)視覺(jué)感覺(jué)的不同體現(xiàn)出屬性信息的不同。2.2.2 變化速率變化速率用來(lái)描述符號(hào)的狀態(tài)改變速度2。變化速率反映了符號(hào)變化的快慢，與物體運(yùn)動(dòng)的快慢相對(duì)應(yīng)，從而可以形象地描述物體的運(yùn)動(dòng)速度。如通過(guò)變化速率的調(diào)節(jié)可以反映時(shí)間發(fā)生的緊急程度，還可以通過(guò)對(duì)人視覺(jué)刺激的不同表現(xiàn)等級(jí)層次。圖1 符號(hào)變化速率2.2.3 變化順序符號(hào)的變化次序描述符號(hào)狀態(tài)改變過(guò)

6、程中各幀狀態(tài)出現(xiàn)的順序2。各幀出現(xiàn)的順序反映了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，使單獨(dú)的圖像連續(xù)顯示，表現(xiàn)出動(dòng)畫(huà)效果。如顏色的變化對(duì)應(yīng)著污染的嚴(yán)重程度的變化。2.2.4 變化節(jié)奏 符號(hào)的節(jié)奏描述符號(hào)周期性變化的特征，它是由發(fā)生時(shí)長(zhǎng)、變化速率以及其它參量融合到一起而生成的復(fù)合參量，同時(shí)又表現(xiàn)獨(dú)立的視覺(jué)意義用于地理信息的時(shí)態(tài)特征及變化規(guī)律的描述。符號(hào)的節(jié)奏變化可以用周期性函數(shù)表示，并用周期性曲線(xiàn)顯示，如圖2和圖3所示。節(jié)奏的振幅對(duì)應(yīng)著地理現(xiàn)象變化的峰值，頻率則對(duì)應(yīng)著變化速度。 圖2 符號(hào)大小變化節(jié)奏曲線(xiàn) 圖3 符號(hào)灰度變化節(jié)奏曲線(xiàn)2.2.5 變化內(nèi)容 當(dāng)空間數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化時(shí)，符號(hào)的顏色、大小、變化速率等都可能

7、發(fā)生變化，甚至整個(gè)符號(hào)的類(lèi)型都可能發(fā)生替換。如暴雨過(guò)后，河流的流速、流量都可能發(fā)生變化；又如由于交通事故造成車(chē)流運(yùn)動(dòng)速率的變化，甚至速度為零；當(dāng)污染得到有利控制并治理的時(shí)候，污染面的顏色會(huì)相應(yīng)的變淺。3 動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)方案3.1 點(diǎn)狀符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)方案對(duì)于動(dòng)態(tài)點(diǎn)狀符號(hào)，可以利用插件的形式，將其嵌入到圖片中。利用圖形處理軟件，如Photoshop、Flash和Firework等制作出我們所需要的動(dòng)態(tài)點(diǎn)狀符號(hào)，建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)狀符號(hào)符號(hào)庫(kù)。對(duì)于點(diǎn)狀符號(hào)的標(biāo)注，按照注記標(biāo)注的方式，考慮如表1所示的8個(gè)方向。根據(jù)點(diǎn)狀符號(hào)的屬性信息及人們的視覺(jué)感應(yīng)判斷它的所在位置，對(duì)圖層進(jìn)行批處理。如暴雨給人的感覺(jué)是從

8、上面降落的所以將暴雨符號(hào)放在點(diǎn)的正上方，即圖4中2所示位置。 表1點(diǎn)狀符號(hào)的8個(gè)位置62531847 可以GIF插件將一些符號(hào)制作成GIF圖片，通過(guò)對(duì)每一幀的變化，反映出點(diǎn)狀符號(hào)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；通過(guò)設(shè)置幀延遲的時(shí)間，反映出運(yùn)動(dòng)速度的快慢。利用GIF本身的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)效果。這種GIF動(dòng)畫(huà)可以由應(yīng)用層控制，當(dāng)信息發(fā)生變化時(shí)，由應(yīng)用層進(jìn)行符號(hào)的改變，如圖4所示某地發(fā)生風(fēng)暴災(zāi)害轉(zhuǎn)變?yōu)楹闈碁?zāi)害時(shí)，就可以由應(yīng)用層直接通過(guò)改變符號(hào)實(shí)現(xiàn)。 圖4 符號(hào)的改變3.2 線(xiàn)狀符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)方案3.2.1 簡(jiǎn)單線(xiàn)型符號(hào)設(shè)計(jì)對(duì)于簡(jiǎn)單線(xiàn)型的符號(hào)通過(guò)定義如表2所示結(jié)構(gòu)，利用Vector類(lèi)實(shí)現(xiàn)可增長(zhǎng)的對(duì)象數(shù)組，類(lèi) Grap

9、hics2D繪制線(xiàn)型，BasicStroke size設(shè)置畫(huà)筆粗細(xì)，Color c 定義畫(huà)筆顏色。通過(guò)獲取屏幕上的坐標(biāo)，按ID號(hào)順序生成線(xiàn)型，如運(yùn)輸路線(xiàn)、動(dòng)物遷徙路線(xiàn)等都可以通過(guò)簡(jiǎn)單線(xiàn)型制作。如圖5所示的經(jīng)安岳到銅梁的運(yùn)輸路線(xiàn)圖由簡(jiǎn)單線(xiàn)型繪制完成。表2 簡(jiǎn)單線(xiàn)型結(jié)構(gòu)表IDXYCOLORWIDTHBIA 圖5 運(yùn)輸路線(xiàn)圖3.2.2 配置線(xiàn)型符號(hào)設(shè)計(jì)這類(lèi)線(xiàn)型是簡(jiǎn)單線(xiàn)型的組合，通過(guò)簡(jiǎn)單線(xiàn)型與簡(jiǎn)單線(xiàn)型的組合、簡(jiǎn)單線(xiàn)型與點(diǎn)的組合來(lái)完成，線(xiàn)狀符號(hào)一般都是周期性變化的，可以制定基本圖元，然后將極板圖元串連并循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)配置線(xiàn)型的制作。它給出了幾種簡(jiǎn)單線(xiàn)型的信息以及對(duì)基準(zhǔn)線(xiàn)的偏移量。諸如鐵路，可以用這種線(xiàn)型來(lái)繪

10、制。通過(guò)建立線(xiàn)性符號(hào)的符號(hào)庫(kù)，存儲(chǔ)各種類(lèi)型的線(xiàn)狀符號(hào)，在繪制圖標(biāo)時(shí)直接調(diào)用。對(duì)于線(xiàn)狀符號(hào)可以定義規(guī)則，通過(guò)不同規(guī)則的變化，使符號(hào)在不同的時(shí)間表現(xiàn)出不同的樣式，如顏色、方向、線(xiàn)寬、速度的變化等。這種定義規(guī)則的方式，當(dāng)信息發(fā)生變化時(shí)，由應(yīng)用層給出規(guī)則，只重新傳遞數(shù)據(jù)，符號(hào)的改變由內(nèi)部完成。利用doCaptureArr()捕獲點(diǎn)數(shù)組，txt_poly_freq設(shè)置頻率， ta_poly_colors 設(shè)置顏色，txt_line_stroke 設(shè)置線(xiàn)寬。如圖6所示的行進(jìn)路線(xiàn)，由某地到另一地點(diǎn)時(shí)線(xiàn)狀符號(hào)的變化示意。 圖6 行進(jìn)路線(xiàn)圖3.3 面狀符號(hào)標(biāo)注設(shè)計(jì)方案面狀符號(hào)可以由連通集進(jìn)行描述。因?yàn)檫B通集可以

11、對(duì)任意形狀的面域進(jìn)行描述，連通集內(nèi)的任意兩點(diǎn)都可以在它所被包圍的封閉曲線(xiàn)內(nèi)部連接起來(lái)，所以說(shuō)封閉它的曲線(xiàn)的形狀是任意的，甚至可以是含島或多島的面域。面狀符號(hào)的設(shè)計(jì)主要是邊界線(xiàn)、顏色、填充樣式的設(shè)計(jì)，填充樣式可以是點(diǎn)填充、線(xiàn)填充、符號(hào)填充；顏色可以是單色、漸變色等；對(duì)于邊界線(xiàn)按照地物實(shí)際屬性進(jìn)行定義，如地類(lèi)界的界線(xiàn)就該是虛線(xiàn)，居民地的界線(xiàn)是實(shí)線(xiàn)，境界線(xiàn)一般是點(diǎn)線(xiàn)結(jié)合的方式等。 對(duì)于面狀符號(hào)，與線(xiàn)狀符號(hào)一樣定義規(guī)則，當(dāng)面域發(fā)生位移、擴(kuò)張、縮小等變化的時(shí)候，利用不同的規(guī)則，生成方法函數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的傳遞，實(shí)現(xiàn)符號(hào)的改變。面狀符號(hào)的變化規(guī)則較難制定，一般通過(guò)使用模型來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬。同樣，這也由應(yīng)用層給

12、出變化的規(guī)則，由內(nèi)部完成動(dòng)態(tài)面狀符號(hào)的變化。動(dòng)態(tài)面狀符號(hào)可以反映出植被覆蓋面積的變化、湖泊污染范圍的變化、火災(zāi)擴(kuò)散范圍的變化以及地震的影響區(qū)域等等。如圖7所示，地震時(shí)通過(guò)每個(gè)圓面顏色的變化表示離震中的距離，顏色深的離震中近，顏色淺的離震中遠(yuǎn)。圖7 地震影響面變化4 動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注4.1動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注流程 首先定義動(dòng)態(tài)符號(hào)的參量，通過(guò)參量的描述來(lái)分別設(shè)計(jì)點(diǎn)狀符號(hào)、線(xiàn)狀符號(hào)和面狀符號(hào)。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的點(diǎn)狀符號(hào)可以利用GIF插件的形式，用圖像處理軟件繪制GIF動(dòng)畫(huà)，當(dāng)信息發(fā)生變化時(shí)，由應(yīng)用層控制變化；對(duì)于較復(fù)雜的線(xiàn)狀和面狀動(dòng)態(tài)符號(hào)通過(guò)傳遞定義的規(guī)則，由內(nèi)部完成符號(hào)的改變，如圖8所示。圖8 動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注流程

13、圖4.2 動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注特點(diǎn)4.2.1 突出空間定位普通文字進(jìn)行標(biāo)注時(shí)，我們想獲得信息時(shí)，要在諸多注記中搜索，運(yùn)用符號(hào)注記后，縮短了搜索的時(shí)間，而動(dòng)態(tài)符號(hào)閃爍、跳躍的特性，比普通的符號(hào)更容易引起用戶(hù)的注意，使用戶(hù)能短時(shí)間感受到它的存在，從而比靜態(tài)符號(hào)更容易突現(xiàn)其空間位置。如在地圖上，地震圖標(biāo)的閃動(dòng)，很容易捕獲到地震發(fā)生的地理位置。4.2.2 突出屬性信息動(dòng)態(tài)符號(hào)使用戶(hù)在視覺(jué)上反映出它所代表的含義，通過(guò)符號(hào)的顏色、樣式及閃爍的頻率，表現(xiàn)出地物的等級(jí)、數(shù)量、方向及其它屬性信息。符號(hào)本身的含義較文字形式更加容易理解，通過(guò)暴雨符號(hào)中雨點(diǎn)的變化，馬上就會(huì)聯(lián)想到正在下雨，而普通靜態(tài)符號(hào)只能給人們“雨”這個(gè)信

14、息，并不能感受到是正在下，下過(guò)了還是將要下雨。動(dòng)態(tài)符號(hào)本身的寓意不言而喻，顯然是文字和靜態(tài)符號(hào)不可比擬的。如用戶(hù)通過(guò)臺(tái)風(fēng)的旋轉(zhuǎn)速率很容易判斷臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)弱，通過(guò)污染面顏色的深淺判斷污染的嚴(yán)重程度，通過(guò)線(xiàn)狀符號(hào)的移動(dòng)表現(xiàn)車(chē)流的方向等。4.2.3 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模擬依據(jù)建立的規(guī)則，通過(guò)動(dòng)態(tài)參量的調(diào)節(jié)，使動(dòng)態(tài)參量與物體建立一定的映射關(guān)系，可以從視覺(jué)上模擬出物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度、位置的移動(dòng)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)的模擬，在視覺(jué)上很容易看出由A點(diǎn)到B點(diǎn)時(shí)所經(jīng)過(guò)的路線(xiàn)，使用戶(hù)形象的感受到距離的長(zhǎng)短。如運(yùn)輸路線(xiàn)可以通過(guò)發(fā)生時(shí)長(zhǎng)、發(fā)生速率、變化順序模擬出運(yùn)輸方向、運(yùn)輸數(shù)量和運(yùn)輸速度。5 動(dòng)態(tài)符號(hào)標(biāo)注應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例國(guó)家測(cè)繪局和

15、國(guó)家減災(zāi)中心自2008年1月起聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一套“災(zāi)情地理信息”服務(wù)系統(tǒng)，由國(guó)家減災(zāi)中心提供“昨日災(zāi)情”文檔信息，由國(guó)家測(cè)繪局提供基礎(chǔ)空間地理信息，有中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院提供技術(shù)支持，將“昨日災(zāi)情”信息標(biāo)注到以空間位置信息為背景的地圖網(wǎng)頁(yè)中，形成圖文并茂的帶災(zāi)情信息的地圖網(wǎng)頁(yè)發(fā)布系統(tǒng)。該系統(tǒng)的維護(hù)是將每天的昨日災(zāi)情的信息利用動(dòng)態(tài)點(diǎn)狀符號(hào)嵌入到地圖網(wǎng)頁(yè)中的方法，實(shí)現(xiàn)了基本的動(dòng)畫(huà)模擬，使圖像清晰明了，用戶(hù)很容易獲取重點(diǎn)信息。如圖9所示為每日災(zāi)情圖，通過(guò)動(dòng)態(tài)符號(hào)暴雨的動(dòng)畫(huà)顯示，可以快速的獲取空間位置及屬性信息，比以往的文字標(biāo)注的效果更加生動(dòng)、形象。 圖9 災(zāi)情圖另外該系統(tǒng)還提供了各種條件的組合查詢(xún)信息，用

16、戶(hù)可以按災(zāi)情類(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地域進(jìn)行相關(guān)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析等，如圖10所示。目前該系統(tǒng)運(yùn)行在國(guó)家測(cè)繪局和國(guó)家減災(zāi)中心的門(mén)戶(hù)網(wǎng)站上。 圖10 統(tǒng)計(jì)分析6 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)動(dòng)態(tài)符號(hào)的標(biāo)注，使地圖充滿(mǎn)動(dòng)感，抽象問(wèn)題形象化，比單調(diào)的靜態(tài)地圖更加容易理解，增強(qiáng)了可視化性。隨著GIS的發(fā)展，動(dòng)態(tài)符號(hào)和動(dòng)態(tài)地圖的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，3D技術(shù)日趨完善，動(dòng)態(tài)符號(hào)的研究更有價(jià)值。但是動(dòng)態(tài)面狀符號(hào)的制作上還有很多不足，需要進(jìn)一步完善，動(dòng)態(tài)符號(hào)的存儲(chǔ)及規(guī)則的制定都還不完善，需要進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)1 王家耀,陳毓芬. 理論地圖學(xué)M. 北京:解放軍出版社,2000.2 繆任建. 浙江大學(xué)碩士論文. 2006.3 Menno-Jan Kraak, Rob Edsall and Alan MacEachren.CARTOGRAPHIC ANIMATION AND LEGENDS FOR TEMPORAL MAPS: EXPLORATION AND OR INTERACTION. :/ itc.nl/kraak/legends/second draft 2-4.4 李孝傳, 陳玉清. 一般拓?fù)鋵W(xué)導(dǎo)引M. 北京:高等教育出版社,1982.5 黃齊飛,黃曄. 線(xiàn)狀地物動(dòng)態(tài)標(biāo)注的實(shí)現(xiàn)J. 測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化,2005年第4期.6 周巖,文江.基于P