第8章數字制圖

第8章數字制圖1第8章數字制圖 1數字制圖的理論與技術基礎

2數字地圖制圖方法

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

數字制圖的理論與技術基礎數字制圖P290：根據地圖學原理，利用計算機和輸入輸出設備，應用數據庫技術和圖形圖像處理方法，實現地圖數據獲取、處理、識別、顯示、存儲和輸出。3一、信息科學與技術基礎

1.計算機圖形學2.空間數據結構與空間數據管理

3.多媒體技術41.計算機圖形學(ComputerGraphics)研究應用計算機將數據轉換為圖形，并在專用顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科。計算機圖形學主要研究內容：

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.空間數據結構和空間數據管理

數據庫系統：數據庫和數據庫管理系統的合稱。在地圖中的應用表現為對空間和非空間數據的管理常用的空間數據結構有矢量結構和柵格結構。6地圖數據分為空間數據：定位信息（量度信息）非空間數據：語義信息和時間信息將地理系統中復雜的地理現象進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，即構成數字地圖。7（1）空間數據結構

空間數據對應于地圖基本要素即實體，稱幾何數據，其表現形式有兩種：矢量（圖形）數據和柵格（圖像）數據。矢量（Vector）：在計算機圖形中指一個有向線段，每個有向線段由有序的特征點來表示，其集合構成了圖形。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數據，得到每個點的屬性特征值，其空間特征已隱含其中。8表達真實的世界EEERHRRRRRRRRRPRPPPPPEEEHEE561000581000HouseRiverPineForestEucalyptsEPEHHRealWorldRasterRepresentationVectorRepresentation9矢量數據10柵格數據11放大以柵格線為例放大放大每個方格為純色12a.矢量數據：圖形數據的基本要素為點、線、面和體圖形要素只出現在三維空間數據結構中，表達地圖要素的圖形都可看作是點的集合。特征碼坐標位置點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(拓撲)”

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。圖形數據的另一重要結構是拓撲結構，即點、線、面、體之間具有鄰接、關聯和包含的拓撲關系。14b.柵格數據：圖像數據的最小單元為像元(pixel)圖像數據的數據結構實質是像元陣列，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，形成“層”。15柵格數據像元陣列X(column)Y(row)16（2）非空間數據結構非空間數據包括：

專題屬性數據，質量屬性數據，時間屬性數據地圖數據庫的非空間數據組織模式：簡單表格數據結構層次數據結構網絡數據結構關系數據結構17非空間數據作為空間數據的懸掛體183.多媒體技術多媒體技術是以計算機為核心對文本、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。19（一）、數字地圖制圖的硬件計算機硬件地圖輸入設備地圖輸出設備二、數字制圖的硬件、軟件環(huán)境201.計算機硬件控制器運算器存儲器核心部件CPU主機212.數字地圖輸入設備鍵盤——數字、文字鼠標——圖形數據的輸入存儲設備——接收從其他設備或儀器接受數據數字化儀：跟蹤式和掃描式22跟蹤式數字化儀跟蹤式是以跟蹤線劃要素，記錄特征點坐標形式將圖形數字化233.地圖輸出設備數字地圖輸出分為顯示器顯示輸出和硬拷貝輸出兩類。241.數字地圖制圖技術的發(fā)展初期階段：20世紀60年代牛津自動制圖系統哈佛SYMAP制圖系統發(fā)展階段：20世紀60年代后期——80年代中期計算機及外部設備大發(fā)展主要側重數字地圖應用飛躍階段：20世紀80年代中期至今硬、軟件進一步完善，軟件形成兩分支向大型網絡、數據倉庫、空間和屬性統一發(fā)展地理信息系統地圖出版系統（二）數字制圖常用的軟件252.數字地圖制圖軟件系統數字地圖制圖系統，應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.編制數字地圖主要軟件產品介紹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有限公司）

GeoStar

（武漢吉奧信息工程技術有限公司）方正智繪（北大方正技術研究所）國產軟件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。該軟件系統將強有力的智能自動數字化技術與方便易用的菜單驅動圖形用戶界面有機地結合到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換，具有良好的適應性和高精確度，其非常適合于GIS、地形圖、CAD及科學計算等應用。30Photoshop是一個非常強大的作圖修圖軟件。在計算機制圖過程中，由于很多源數據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強大而且簡單的作圖修圖功能對源數據進行相應的拼接修改。31CorelDraw套裝含兩個繪圖應用程序：一個用于矢量圖及頁面設計，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。在計算機制圖過程中主要用于柵格圖像的校準工作。也可以用他們對柵格圖像進行精確拼接。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軟件支持各種數據的輸入、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數字地圖P296，也稱為電子地圖，是一種以數字形式儲存在磁帶、磁盤、光盤等電子介質上的地圖，是一種數字化了的地圖。三、數字制圖產品——數字地圖36電子地圖37a、圖像的類型及其特性

矢量圖在數學上定義為一系列由線連接的點。矢量圖形是用數學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，利用數字化軟件數字化。autoCADMAPCADMAPGISMaplnfoAdobeIllustratorCorelDRAW39

柵格圖又稱位圖。柵格圖像將一幅圖像分成多個細小網格，通過采樣、量化，將模擬圖像用數字列陣來表示。

灰度圖：每一采樣點用一個量化值來描述。彩色圖：每一個采樣點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，數碼相機，計算機繪制后轉化，獲取等。40矢量圖與柵格圖主要優(yōu)缺點比較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據量的主要因素之一，既要保證圖像清晰，又要減少數據量，合理設置分辨率很重要。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中所使用的這種位數稱為位深度，又叫色彩位數或色彩深度。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色增強色24bit(位)224=16777216色真彩色48bit(位)248=2856色專業(yè)掃描儀

當圖像的彩色深度≧24bit時，圖像的色彩和表現力非常強，基本上還原了自然影像，習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。國際互聯網——GIF格式數碼相機——JPG壓縮格式Windows——BMP格式印刷——TIF格式47d、文件格式與數據量

圖像文件的數據量與圖像所表現的內容無關，與以下因素有關：

畫面尺寸分辨率色彩數量文件格式圖像文件格式保存→→數據量、色彩數量和表現力

48文件格式與圖像數據量比較bmp格式圖2.46MB，jpg格式圖172KB，約15倍。49（一）.數字地圖的特點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）數字地圖的應用1.輸出模擬地圖2.代替模擬地圖3.融入數字地球51（三）數字地圖產品現狀1.數字地圖光盤2.網絡地圖3.GIS行業(yè)用的專業(yè)地圖國家基礎地理信息中心52§2數字地圖制圖方法一、數字地圖制圖的一般過程二、計算機輔助制圖53一、數字地圖制圖的一般過程541.地圖設計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、地圖內容、表示方法；確定數字化方法、確定制圖軟件等。關鍵內容：選定底圖更新資料軟件選擇5556572.地圖數據輸入數字化方法分為兩類：跟蹤式和掃描式。相應的數字記錄結構：矢量格式和柵格格式。58跟蹤數字化儀59平臺式掃描儀掃描式是將原圖分解為柵格像元，記錄每個像元點灰階值，將圖形數字化滾筒式掃描儀60掃描設置的主要內容色彩模式：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.地圖編輯數字化信息規(guī)范化處理：檢查、糾正、重新生成，轉換特征碼，統一坐標原點，比例尺變換，數據合并歸類等。實施地圖編制的數據處理：數學基礎建立，投影變換，數據選取概括，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，在數字制圖軟件中，都可以通過相應參數的設定作出選擇。如MapInfo等GIS軟件以菜單形式